Київський національний університет імені Тараса Шевченка С.І. Сніжкo теорія І методи аналізу регіональних гідрохімічних систем монографія Київ Ніка-Центр 2005
| Вид материала | Документы |
- Київський національний університет імені тараса шевченка герасимова світлана василівна, 682.99kb.
- Араса шевченка 175 річчю Київського університету І 75 річчю географічного факультету, 2611.19kb.
- Київський Національний університет імені Тараса Шевченка Кохановська Олена Велеонінівна, 751.92kb.
- Полтавський національний педагогічний університет імені В. Г. Короленка Історичний, 675.02kb.
- Текст роботи: київський національний університет імені тараса шевченка жуковська галина, 546.29kb.
- Київський національний університет імені тараса шевченка, 355.25kb.
- Исследование окислительно-антиокислительных процессов в крови антарктических рыб, 153kb.
- Київський національний університет імені тараса шевченка науково-дослідна робота, 4074.91kb.
- Програма конференції передбачає: пленарні доповіді провідних науковців та представників, 93.09kb.
- Київський національний університет імені тараса шевченка на правах рукопису мазур тамара, 1244.31kb.
Гуйвинська локальна мезо-ГХС I порядку охоплює водозбір р. Гуйви, що характеризується горбистою місцевістю, складеною воднольодовиковими різнозернистими пісками і перекритими мореною. Ґрунти переважно дерново-середньопідзолисті, в пониженнях глеєві. Трапляються сірі лісові ґрунти та опідзолені чорноземи. Розораність коливається в межах 63-85%, що в поєднанні з рельєфом обумовлює домінування впливу ерозійно-дефляційних процесів (33% від сумарного впливу усіх факторів) на формування даної ГХС. На другому місці за значимістю стоїть такий фактор як скид стічних вод (31%). Наявність цього фактора – результат скидання стічних вод Андрушівського цукрового, спиртового заводів, інших промислових та комунальних підприємств у річку Гуйву.
Житомирська локальна мезо-ГХС I порядку як за своїми параметрами, що характеризують її процесно-функціональну структуру, так і за структурою факторів формування є унікальною. Вона характеризує типову антропогенно трансформовану гідрохімічну систему.
Домінуючим фактором, який сприяв вирізненню цієї частини водозбірної території р. Тетерів є скидання стічних вод.
Джерелом стічних вод є безпосередньо м. Житомир, комунальні господарства та виробництва якого споживають переважну частину річкової води, а потім і відводять до неї свої стічні води. Зокрема, забруднюючі речовини надходять зі стічними водами Житомирського УВКГ, Романівського склозаводу, СП “Звірогосподарство” та комбінату “Рекорд”. Вони збагачені іонами амонію та фосфору, підвищений вміст яких у водоймі призводить до її евтрофікації .
Частка названого фактора у сумарному внеску усіх факторів складає 84%. У порівнянні з ним інші фактори практично не впливають на параметри ГХС. Зростання концентрацій амонійного азоту та фосфатів впродовж течії р. Тетерів в межах поширення Житомирської локальної мезо-ГХС (ІІ-6) внаслідок скиду стічних вод було показано на рис.4.2. В межах цієї системи спостерігається різка зміна й багатьох інших її параметрів.
Протяжність виділеної ділянки басейну обумовлена поширенням зони максимального забруднення р. Тетерів від м. Житомира вниз по її течії. Проведені нами розрахунки показали, що в місці скидання стічних вод з комунальних очисних споруд спостерігаються високі рівні перевищення ГДК забруднюючих речовин. Так, величини перевищення ГДК становлять: для БСК20 - 5,7, завислих речовин – 7,3, ХСК – 2,1, - 3,8, - 2,2, Fe –7 разів.
Розрахункова довжина забрудненої ділянки річки за показником змінюється від 10,8 (влітку) до 31,5 км (взимку), а за показником БСК20 – 32,5 (влітку) і 94,8 км (взимку). Враховуючи ці параметри зони поширення забруднень можна з впевненістю сказати, що в природних умовах в більшості випадків суттєве забруднення річкової води стічними водами м. Житомира буде прослідковуватись щонайменше до м. Коростишева. Саме через це до даної ГХС була віднесена частина водозбору із замикаючим створом на р. Тетерів вище м. Коростишева.
Полісько-Убортсько-Тетерівська локальна гідрохімічна мезосистема ІІ порядку. Область її поширення – це водозбори Уборті, Ужа, Ірші в межах Житомирського Полісся. Внаслідок деякої відмінності природних умов та різних рівнів антропогенного навантаження на водні об’єкти, тут виділяється ще 6 локальних гідрохімічних мезосистем I порядку (рис.4.34): Убортська, Верхнє-Ужська, Нижнє-Ужська, Іршанська, Тетерівсько-Коростишівська, Тетерівсько-Радомишльська .
Убортська ГХС поширена в межах водозбору р. Уборть. Територія її рівнинна, заболочена, широко розповсюджені лісові масиви.
У ґрунтовому покриві переважають піщані, дерново-слабопідзолисті ґрунти, що чергуються з болотними ґрунтами. Усі вони мають низьку природну родючість і через це в даному районі широко застосовують органічні та мінеральні добрива, проводиться вапнування ґрунтів. Внаслідок цих заходів утворюються антропогенні потоки хімічних речовин у гідрохімічній системі. Прискорюють процеси надходження забруднюючих речовин у воду меліоративні заходи. Дренажні канали полегшують взаємообмін ґрунтових та поверхневих вод, збирають і транспортують продукти розкладу добрив та пестицидів до річкової мережі. Саме тому домінуючим фактором формування Убортської ГХС є вплив меліоративних заходів (66%).
Водозбір р. Уж характеризують 2 локальні гідрохімічні мезосистеми I порядку (рис.4.34). Перша з них Верхнє-Ужська (IІІ-1) Характеризує водозбір р. Уж із замикаючим створом у м. Коростень – до місця скиду комунально побутових стічних вод.
Територія району характеризується неглибоким заляганням та виходом на поверхню корінних порід – коростенських гранітів. Широко розповсюджені льодовикові відклади у вигляді супіщаної та суглинкової морени. Розвинуті супіщані дерново-середньоопідзолені ґрунти.
Переважає денудаційно-горбистий тип місцевості, що сприяє протіканню ерозійно-дефляційних процесів, які можна назвати переважаючим фактором формування даної локальної системи (39%). Цей же фактор сприяє дифузному надходженню речовин з поверхні водозбору. Внесок дифузних джерел у формування параметрів даної ГХС складає 23%.
Нижнє-Ужська локальна гідрохімічна мезосистема I порядку охоплює нижню частину басейну р. Уж від місця скиду стічних вод м. Коростеня. Вона є антропогенно порушеною гідрохімічною системою і характеризує власне комплекс процесів самоочищення річки від забруднюючих речовин та надходження речовин з різноманітних природних та антропогенних джерел в межах всього водозбору. Швидкість протікання цих процесів і визначає протяжність руслової гідрохімічної системи. Протяжність системи, що виражається в перевищенні фонових концентрацій біогенних та органічних речовин, досягає влітку 14,9 км, а взимку – 43,1 км. Таким чином, обумовлюється поширення даної ГХС практично за межі Житомирського Полісся, приблизно до смт Поліське.
Іршанська локальна гідрохімічна мезосистема І порядку охоплює водозбір р. Ірші із замикаючим створом нижче м. Малина.
Важливе значення у формуванні даної ГХС відіграє моренно-горбистий рельєф та обумовлені ним ерозійно – дефляційні процеси. Значна ступінь розораності водозбору та поширення ерозійних процесів сприяють надходженню забруднюючих речовин у руслову мережу з поверхнево-схиловими водами. Усі інші фактори, включаючи вплив скидних комунально побутових вод м. Малина, відіграють другорядну роль.
В межах Поліської Убортсько-Тетерівської локальної мезо-ГХС ІІ порядку виділяються ще дві невеликі за площею поширення локальні ГХС І порядку: Тетерівсько-Коростишівська та Тетерівсько-Радомишльська. За процесно-функціональною структурою вони дуже схожі. Їх формування визначається, головним чином, впливом дифузних джерел надходження забруднюючих речовин та розвитком ерозійно-дефляційних процесів на водозборі а також значним впливом скидних комунально побутових вод м. Коростишева та м. Радомишля.
Єдина відмінність між ними – значний вплив на формування Тетерівсько-Коростишівської ГХС меліоративних заходів.
У північній частині досліджуваної території сформувалася Словечансько-Овруцька локальна гідрохімічна мезосистема IІ порядку, якій підпорядковані дві локальні гідрохімічні мезосистеми І порядку: Верхнєноринсько-Словечанська (ІV-17) та Овруцько-Норинська (ІV-18). Обидві вони схожі за умовами формування, а різняться лише за ступенем антропогенного навантаження.
Перша з них має область поширення, головним чином, в межах Словечансько-Овручської височини, південний схил якої складений потужними лесовидними суглинками. Ця частина території розорана і еродована.
Овруцько-Норинська локальна гідрохімічна мезосистема I порядку формується в межах водозбору р. Норин нижче м. Овруча. Домінуючим фактором формування цієї ГХС та причиною її вирізнення є різке збільшення антропогенного навантаження на руслову гідрохімічну систему через скидання стічних комунально-побутових стічних вод м. Овруча. Внесок цього фактора у формування системи складає 35%.
У середній течії р. Норин її водозбір характеризується долинно-зандровим типом місцевості. Поширені низинні та перехідні болота. Проведення осушувальних меліорацій у річковій заплаві суттєво вплинуло на природний стан ГХС.
Методами системного аналізу було також визначено, що вплив меліоративних заходів є одним із домінуючих факторів формування ГХС ІV-17 та ІV-18 і обумовлює 32% дисперсії параметрів цих систем.
Виконане та описане вище районування регіональної гідрохімічної макросистеми поверхневих вод Житомирського Полісся має не тільки теоретичне а і значне практичне значення. Його результати можуть бути використані безпосередньо для вдосконалення мережі гідрохімічного моніторингу поверхневих вод, для уточнення основних причин погіршення якості води у регіоні та проведення водоохоронних заходів.
4.6. Рекомендації щодо покращення стану якості води
та підвищення ефективності
гідроекологічного моніторингу поверхневих вод
4.6.1. Вибір репрезентативних показників
для їх подальшого включення в систему гідроекологічного моніторингу
Оптимізація систем моніторингу поверхневих вод з метою підвищення їх екологічної та економічної ефективності вимагає ретельного періодичного перегляду переліку контрольованих параметрів якості води в залежності від зміни природно-екологічної ситуації та рівня і видів господарської діяльності в басейнах річок. Завданням таких уточнень переліків показників є виявлення репрезентативних показників стану якості води, тобто показників, які найбільш повно і постійно характеризують контрольований водний об’єкт.
Репрезентативність показників якості води як індикаторів забруднення залежить безпосередньо від того, як часто вони виявляються у річковій воді у гранично допустимих для водокористування концентраціях (ГДК), чи перевищують ці концентрації.
Присутність будь-яких показників якості води у концентраціях, що не перевищують встановлені ГДК для того, чи іншого виду водокористування не може вважатися ознакою їх репрезентативності як показників забруднення.
За повторюваністю забруднення може бути нестійким, спостерігатися в окремих пробах, тобто бути одиничним; може не являтися домінуючим, але в той же час очевидно мати стійкий характер, і, нарешті, забруднення може бути домінуючим, тобто являтися характерним [283]. Якісним вираженням виділених характеристик забруднення води присуджуються кількісні оцінки в балах (табл.4.16).
Таблиця 4.16
Класифікація води водних об`єктів за ознаками повторюваності
випадків забрудненості
Повторюваність, %
Характеристика забруднення води
водних об`єктів за ознакою повторюваності
(0; 10)
одинична
(10; 30)
нестійка
(30; 50)
стійка
(50; 100)
характерна
Стійкість речовини в водному середовищі характеризує небезпеку, яку може становити дана речовина для нього. Чим триваліша присутність даної речовини у воді, тим вища ймовірність її впливу на контрольні об`єкти.
Другою ознакою репрезентативності показників якості води як індикаторів забруднення є рівень забруднення, в якості міри якого використовується широко розповсюджений в гідрохімічній практиці показник кратності перевищення ГДК
(4.5)
де Кі - кратність перевищення ГДК по і-тому інградієнту;
Сі - концентрація і-того інгредієнта у воді водного об`єкта, мг/дм3;
Сгдк - гранично допустима концентрація і-того інгредієнта, мг/дм3.
За кратністю перевищень присвоюються кількісні оцінки градацій в балах (табл.4.17).
Таблиця 4.17
Характеристика рівня забрудненості води за кратністю перевищення нормативів якості води
Кратність
перевищень
нормативів
Характеристика
рівня забрудненості
(0;2)
низький
(2;10)
середній
(10;50)
високий
(50;100)
дуже високий
Для визначення репрезентативності показників за фактором стійкості міри забруднення ідеально підходять концентрації типових показників забруднення 50% забезпеченості [284]. Їх можна порівняти з концентраціями-нормативами ІІІ класу якості води української класифікації [285] з використанням методики ГХІ [283] .
Концентрації речовин 50% забезпеченості показують, що в 50% спостережених значень даного показника спостерігається ця, або й вища концентрація.
Аналіз даних, отриманих в результаті дворічних досліджень зміни концентрацій показників хімічного складу води, свідчать про те , що у більшості випадків для таких показників як O2, БСК5, NH4 їх концентрації у воді річок, особливо у створах нижче скиду стічних вод, можна характеризувати як характерне забруднення середнього та високого рівня.
Для порівняння концентрацій амонійного азоту у воді річок Житомирщини з класами якості води за українською методикою оцінки якості води спеціально побудовано графік (рис. 4.36).
Цей показник є дуже добрим індикатором “свіжого” забруднення річкових вод. Збільшення його концентрацій у воді супроводжується також зміною інших фізико-хімічних параметрів. Тому його варто розглянути детальніше, ніж інші показники.
Згідно вітчизняної “Методики екологічної оцінки якості поверхневих вод за відповідними категоріями” [285] для І та ІІ класу якості допускаються концентрації від <0,1 до 0,3 мг/дм3, для ІІІ класу – до 1,0 мг/дм3.
Що ж стосується реальних концентрацій цієї речовини у воді річок , то лише в невеликій кількості з них вміст амонію залишається в межах допустимих норм для питної води (0,5 мгN/дм3). Це - річки Ірша, гирло Гуйви, Уж (вище м. Коростеня). Концентрації амонію тут відповідають 4 категорії якості води , яка характеризується як слабо забруднена.
Більшість річок характеризуються як помірно забруднені (5 категорія якості).
Вода річки Гнилоп’ять в створі нижче Бердичівського шкірзаводу відповідає за вмістом амонію 6 категорії якості – “сильно забруднена вода”, а в створі нижче Бердичева 7 категорії – “брудна вода”.
Рис. 4.36. Порівняння концентрацій іонів амонію (50% забезпеченості) у воді річок Житомирщини з шкалою концентрацій української методики оцінки якості води
Те ж стосується і якості води р. Тетерів нижче м. Житомира, яка характеризується за вмістом амонію як вода 7 категорії – “брудна вода”.
Дані наведеного вище рисунка свідчать про те, що в 14 пунктах контролю якості води річок за вмістом характеризуються як помірно забруднені (5 категорія). В 7 пунктах спостережень води характеризуються як брудні, в 3 пунктах - як брудні.
Таким чином, в більшості пунктів спостережень постійно реєструється забруднення води амонійним азотом, що свідчить про стабільний вплив скидних вод на якість води річки.
Слід визнати, що іон амонію є одним із найкращих показників забруднення води і що репрезентативність його, як індикатора забруднення, може вважатися доведеною.
Нижче представлено також порівняння концентрацій сульфатів та хлоридів у воді річок Житомирщини як індикаторів засолення прісних континентальних вод з класами якості води за українською методикою оцінки якості (рис.4.37).
Приводом для детального аналізу вмісту цих іонів у воді річок стали результати наших досліджень, які наведено в попередніх розділах. Вони свідчать про регулярне забруднення вод хімічними речовинами, що містять ці сполуки. Як видно з цього рисунку, вміст іонів значно зріс за останні 30-40 років. Це підтверджує порівняння сучасного вмісту речовин з фоновими концентраціями, розрахованими на 1961-1973 рр.
Вміст розглядуваних речовин збільшився в 3-4 рази, а якість води відповідає 2-3 категорії – “добра” та “досить добра” вода. Незважаючи на це, пункти з водою 3 категорії треба взяти до уваги як такі, що знаходяться у зоні значного антропогенного навантаження. Збереження наявної тенденції до зростання концентрацій здатне на протязі наступних 50 років призвести до значного погіршення якості води, що зробить її непридатною для пиття.
Рис. 4.37. Порівняння концентрацій хлорид- та сульфат-іонів
(50% забезпеченості) у воді річок Житомирщини зі шкалою концентрацій української методики оцінки якості води
На основі наявних даних про забруднення річок цинком, хромом, міддю можна лише констатувати, що на більшості станцій вода характеризується категорією 4-6, тобто за вітчизняною класифікацією вона є помірно-забрудненою та брудною.
За залізом та марганцем відмічаються переважно помірно забруднені води.
В той же час помічено стабільно високий вміст марганцю у воді деяких річок (рис.4.38). Найбільший вміст марганцю помічено в районі м. Малина у воді р. Ірша, у р. Тетерів – вище і нижче м. Житомира. та в районі м. Бердичева у р. Гнилоп’ять. Концентрації марганцю досягають тут ГДК для питних цілей (0,1 мг/дм3), або перевищують його.
Слід підкреслити, що мова йде не про одиночні проби, а про медіанні концентрації. Це означає, що описана ситуація з перевищенням ГДК спостерігається тут в кожній другій пробі води. Це свідчить про стабільне забруднення води сполуками марганцю та про наявність постійного джерела надходження його у поверхневі води.
Враховуючи багаторічну тенденцію до зростання концентрації марганцю у воді р. Тетерів, слід провести додаткові спеціальні дослідження для вияснення причини цього процесу та ідентифікації джерел надходження марганцю.
Вміст нафтопродуктів коливається в межах категорій 4 (слабко забруднені) – 6 (брудні). Згідно з результатами визначення синтетичних поверхнево-активних речовин (СПАР) в більшості пунктів за середнім вмістом переважає вода категорій 4 і 5.
Використовуючи результати комплексної оцінки якості води річок та рекомендації “Методики картографування екологічного стану поверхневих вод України за якістю води” [286] була розроблена карта якості води річок Житомирського Полісся (рис.4.39), яка теж була використана для обґрунтування вибору репрезентативних параметрів для проведення гідро екологічного моніторингу.
Рис. 4.39. Медіанні концентрації марганцю у воді річок Житомирщини
Таким чином, проведений аналіз стану якості води досліджуваних річок показав, що забруднюючі речовини, які характеризуються розглянутими гідрохімічними показниками, визначаються в пробах води постійно, чи епізодично і містяться в концентраціях, які часто не дозволяють віднести воду до класу задовільної якості. Це підтверджує необхідність включення переглянутих гідрохімічних показників до програми подальших спостережень за станом якості води цих водотоків.
Рис.4.39. Карта якості води річок Житомирського Полісся
Найбільша увага в програмі моніторингу повинна бути приділена тим показникам, вміст яких свідчить про регулярне забруднення водних об’єктів, а саме:
а) трофо-сапробіологічні показники: БСК5, розчинений кисень, амонійний, нітритний та нітратний азот, фосфор фосфатів;
б) специфічні показники токсичної дії: кадмій, мідь, цинк, хром, марганець, залізо, феноли, СПАР;
в) показники сольового складу: сульфати, хлориди.
Враховуючи результати системного аналізу, які наведені в підрозділі 3.4 та результати районування гідрохімічної макросистеми Житомирського Полісся (підрозділ 4.5), можна представити перелік показників хімічного складу води, які є репрезентативними показниками процесів забруднення річкових вод у різних пунктах гідроекологічного контролю. Для зручності ця інформація подана у вигляді таблиці (табл.4.18).
Таблиця 4.18
Репрезентативні показники процесів забруднення річкових вод у різних пунктах гідроекологічного моніторингу, що рекомендуються для першочергового визначення
Річка - пункт
Домінуючі фактори (+) формування ГХС, в межах яких знаходиться пункт моніторингу
Показники
Дифузні
джерела
Ерозія
Меліорація
Стічні
води
Отруто-
хімікати
Гнилоп’ять-Бердичів, 1км в[1]
+
ДДТ, ГХЦГ
Гнилоп’ять-Бердичів, 3 км н[2]
+
ДДТ, ГХЦГ
Гнилоп’ять-Бердичів, шкірзавод,0,5 км в
+
SO4, Cl, сполуки азоту, фосфору
Гнилоп’ять-Бердичів, шкірзавод,3 км н
+
SO4,Cl, сполуки азоту, фосфору
Случ-Новоград-Волинський, 0,5 км в
+
ПО, БО, SO4,Cl, сполуки азоту, фосфору, рН
Случ- Новоград-Волинський.,2,5 км н
+
+
ПО, БО, SO4,Cl, сполуки азоту, фосфору, рН Cu, Zn, NH4, СПАР, БСК5
Случ-Вигнанка,1 км в
+
ПО, БО, SO4,Cl, сполуки азоту, фосфору, рН
Ірша-Малин,1,5 км в
+
*
ПО, БО, SO4,Cl, сполуки азоту, фосфору, рН, Ca, Mg
Ірша-Малин
+
+
Ca, Mg, SO4, Cl, Fe, сполуки азоту, фосфору
Ірша-Малин,1 км н
+
*
Ca, Mg, SO4,Cl, сполуки азоту, фосфору
Ірша - с.Українка,1км н
+
Ca, Mg,Fe
Тетерів-Чуднів,1км в
+
+
ДДТ, ГХЦГ Ca, Mg,Fe
Тетерів-Чуднів,1км н
+
+
ДДТ, ГХЦГ Ca, Mg,Fe
Тетерів-Житомир,5 км в
+
ДДТ, ГХЦГ
Тетерів-гирло р. Гнилоп’ять