Київський національний університет імені Тараса Шевченка С.І. Сніжкo теорія І методи аналізу регіональних гідрохімічних систем монографія Київ Ніка-Центр 2005
| Вид материала | Документы |
СодержаниеХарактеристики басейнових гідрохімічних систем лісостепової та степової зони україни |
- 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.
+
SO4,Cl, сполуки азоту, фосфору
Тетерів- 1км нижче гирла р. Гнилоп’ять
+
ПО, БО, SO4,Cl, сполуки азоту, фосфору, рН
Тетерів-гирло р.Гуйви
+
+
ДДТ, ГХЦГ Ca, Mg,Fe
Тетерів - 0,5км н гирла р.Кам’янки
+
+
ДДТ, ГХЦГ Cu, Zn, NH4, СПАР, БСК5
Тетерів-Житомир,2,5 км н
+
Cu, Zn, NH4, СПАР, БСК5
Тетерів-Житомир,5 км н
+
+
SO4,Cl, сполуки азоту, фосфору Cu, Zn, NH4, СПАР, БСК5
Тетерів-Радомишль,1км в
+
+
ПО, БО, SO4,Cl, сполуки азоту, фосфору, рН Ca, Mg,Fe
Тетерів-Радомишль,1км н
+
+
ПО, БО, SO4,Cl, сполуки азоту, фосфору, рН Ca, Mg,Fe
Тетерів-Вишневичі,2км н
+
+
SO4,Cl, Ca, Mg,Fe сполуки азоту, фосфору
Ірпінь-с. Сущанка
+
+
ПО, БО, SO4,Cl, сполуки азоту, фосфору, рН Ca, Mg,Fe
Кам’янка-Кожанка, 0,5км в
+
+
ПО, БО, SO4,Cl, сполуки азоту, фосфору, рН Ca, Mg,Fe
Уж-Коростень, 1 км в
+
+
ПО, БО, SO4,Cl, сполуки азоту, фосфору, рН
Норинь,0,5 км в скиду очисних споруд
+
+
ПО, БО, SO4,Cl, сполуки азоту, фосфору, рН Cu, Zn, NH4, СПАР, БСК5
Норинь, 0,5 км нижче скиду очисних споруд
+
+
ПО, БО, SO4,Cl, сполуки азоту, фосфору, рН Cu, Zn, NH4, СПАР, БСК5
4.6.2. Оптимізація мережі
гідроекологічного моніторингу
Аналіз розміщення пунктів спостережень обох відомств з точки зору їх репрезентативності щодо просторово-часової характеристики окремих річкових басейнів, чи часткових елементарних водозборів, а також щодо можливості проведення оперативного гідрохімічного контролю у найважливіших пунктах водокористування дає підставу рекомендувати мережу гідроекологічного моніторингу що базується на 32 пунктах контролю обох відомств. Розміщення пунктів спостережень показано на рис.4.16, а їх гідрохімічні параметри – концентрації хімічних речовин 50% забезпеченості – в Додатку Б.
Поєднання в пропонованій мережі моніторингу пунктів контролю Державної гідрометеорологічної служби України та Житомирського управління екоресурсів дозволяє з меншими затратами державних коштів і з більшою ефективністю проводити гідроекологічний моніторинг у регіоні, що з часом дасть значний економічний та екологічний ефект.
Розміщення цих пунктів моніторингу орієнтоване в значній мірі на жорсткий контроль якості води в місцях скиду стічних вод, які в багатьох випадках є потужними точковими джерелами надходження забруднюючих речовин у поверхневі води.
4.6.3. Використання гідрохімічної інформації
різних відомств при проведенні єдиного
гідроекологічного моніторингу в регіоні
Першою необхідною умовою проведення єдиного гідроекологічного моніторингу у регіоні за участю двох відомств повинна бути співставимість результатів визначення аналогічних показників якості води у різних лабораторіях.
Для порівняння результатів лабораторних аналізів хімічного складу води, виконаних Державною гідрометеорологічною службою України та Укравлінням екоресурсів у Житомирській області, було проаналізовано характеристики пунктів спостережень та показників хімічного складу води для визначення якоїсь обмеженої групи показників щодо їх тестування.
Більшість показників не можна було співставити через:
1) невідповідність місць розташування пунктів відбору проб;
2) неспівпаданні методик аналізу проб;
3) неспівпадання переліку показників у списках показників хімічного складу води та їх відсутність у програмах досліджень;
Вміст головних іонів було недоцільно порівнювати спеціально, адже обидві служби однаково кваліфіковано виконують нескладні визначення цих показників, застосовуючи класичні аналітичні методи. До того ж, результати статистичної обробки даних або ж служб, показали досить точне співпадання середніх та медіанних концентрацій головних іонів у визначеннях і Державною гідрометеорологічною службою України і Управлінням екології та природних ресурсів у Житомирській області.
Із великого списку показників, що співпадають у програмах досліджень або ж відомств, було вибрано групу біогенних речовин, а саме , , , , . Вибір саме цих показників був обумовлений ще й тим, що ці важливі для оцінки якості води показники вимагають спеціального відбору та консервації проб, а також інструментальних методів визначення з використанням хоч і класичних, проте непростих у використанні методик.
Слід зазначити, що концентрації цих речовин дуже залежать від фізико-хімічних умов у воді річки, навіть у відібраній пробі. Через це будь-які помилки на етапі відбору, консервування проби, її обробки може призвести до виникнення значних відхилень отриманих результатів від справжніх значень.
Для порівняння було виконано статистичну обробку рядів спостережень обох служб за перерахованими показниками в створах р. Тетерів - м. Житомир, 5 км вище міста та р. Уборть - с. Перга. Результати обробки були представлені у формі графіків Бокс-Віскера, які одночасно подають для кожного із показників декілька статистичних параметрів ряду спостережень за ними (мінімальне та максимальне значення, медіальне значення концентрація 50% забезпеченості) та виділяють інтервал значень у межах забезпеченості 25-75% і представляють ряд графічно, що дуже зручно для візуального співставлення і порівняння.
Для р. Тетерів (рис.4.40) відмінність отриманих результатів обробки виявлена лише для . Дані Управління екології та природних ресурсів у Житомирській області дещо завищені порівняно з даними Державної гідрометеорологічної служби України, або навпаки, дані Державної гідрометеорологічної служби України дещо занижені, порівнюючи з даними Управління екоресурсів у Житомирській області. Інші ж показники практично співпадають і це свідчить про порівняльність даних обох служб.
Результати порівняння даних для р. Уборть (рис. 4.41). свідчать про повне співпадання результатів визначення сполук , , лабораторіями обох служб. В той же час помітний контраст у результатах визначення та Fe цими лабораторіями. Концентрації нітратного азоту відрізняються як для середніх, так і для медіанних значень у 7 разів. Концентрації заліза різняться у 4 рази .
Беручи до уваги, що між часом відбору та часом аналізу проб Державної гідрометеорологічної служби України проходить невизначена кількість часу, пов`язана з доставкою проб в лабораторію поштовою посилкою через відділення зв`язку, можна допустити про протікання у герметично закритій незаконсервованій пробі відповідних відновних реакцій, що призводять до зниження реальних концентрацій нітритів та загального заліза.
Таким чином, у спірних випадках, при проведенні гідрохімічних розрахунків, оперативного прогнозування якості води, створення гідрохімічних карт, тощо рекомендується використовувати дані Упрекобезпеки у Житомирській області.
Рис.4.40. Порівняння результатів аналізу проб води р. Тетерів, які були виконані лабораторіями Державної гідрометеорологічної служби України та Управління екоресурсів у Житомирській області
Рис. 4.41. Порівняння результатів дослідження хімічного складу води лабораторіями Державної гідрометеорологічної служби України (показники з індексами G) та Управління екоресурсів у Житомирській області (показники з індексами ЕК) для р. Уборті ( 0,5 км нижче села Перга)
4.6.4.Покращення стану якості поверхневих вод
Проведені дослідження показали, що найбільший вплив на формування гідрохімічної системи річкових вод Житомирського Полісся мають фактори, які залежать від стану поверхні водозбору, структури використання водозборів.
Для останньої характерне домінування сільськогосподарських угідь (понад 50 – 60%), виключення складають поодинокі річкові водозбори, де переважають природні території, як, наприклад, водозбір р. Перга, залісеність якого майже в два рази перевищує характерну норму для річок області.
Різна структура використання водозбірних площ належить до опосередкованих чинників формування якості води. Цей чинник створює різні умови для міграції речовин природного і антропогенного походження у річковій гідрохімічній макросистемі.
Сучасне сільськогосподарське використання земельних ресурсів не відповідає вимогам раціонального природокористування. Порушене екологічно допустиме співвідношення площ ріллі, природних кормових угідь, лісових насаджень, що негативно впливає на стійкість агроландшафту та природних ландшафтів в цілому.
Під активним впливом вітрової ерозії знаходиться більшість території області, особливо Поліська її частина, де в структурі ґрунтового покриву переважають ґрунти піщаного та супіщаного механічного складу. Порушена природна структура водозборів річок обумовлює процеси забруднення поверхневих вод за рахунок дифузних джерел, яким сприяють ерозійно-дефляційні процеси та водно - меліоративні заходи, які теж у більшості випадків проводяться, чи проводилися з метою розширення площ сільськогосподарських угідь.
Частина річок області, особливо зони Полісся, ще має значну залісненість водозабірних площ. В північних районах, в зв'язку з радіоактивним забрудненням, значні площі виведені з орних земель, вони залужені і поступово будуть заліснені. Зменшилось розорювання в заплавах річок і в південних районах, але майже не змінилася ситуація з розорюванням крутих схилів річкових долин, що на даний час є головною причиною замулення малих річок і водойм та заболочення заплав.
На даний час замулення водойм перевищує 40%. Значна кількість ставів водосховищ замулені майже повністю.
Потребують розчисток від замулення водосховища: Бердичівське, Паволоцьке, Строківське, Андрушівське, в с. Старосілля, Млинище, малі ріки: Словечна (30 км), Ірпінь (30 км).
На ділянках рік, що потребують розчищення, під час весняних та літніх повеней гинуть сінокоси та посіви, підтоплюються житло, інші будівлі, дороги.
Другою актуальною проблемою є забруднення поверхневих вод комунально-побутовими та промисловими стічними водами.. Незважаючи на те, що щорічно відбувається зменшення обсягів скиду зворотних вод у поверхневі води внаслідок скорочення промислового виробництва, частка забруднених стічних вод залишається все ж високою ( в 1998 р. - 63,2 %, в 1999 р. - 57,3 %). 17 підприємств, в т.ч. 9 системи житлово-комунального господарства, в 1999 р. скидали недостатньо очищені стічні води (35, 9 млн.куб.м).
Серед причин незадовільного стану зазначених об'єктів є перевантаження комплексів очисних споруд Житомирського, Бердичівського, Коростенського ВУВКГ, аварійний стан значної частини каналізаційних мереж, їх спрацьованість.
Для покращення стану поверхневих вод необхідно розробити і впровадити:
- оптимальну структуру земельних угідь (нормативне співвідношення на водозборах поле – ліс – луг) шляхом вилучення з активного обігу деградованих, порушених та малопродуктивних земель з подальшим їх залісенням і залуженням, скороченням розораності і сільськогосподарської освоєності, що дасть змогу в стислі строки перейти до збалансованого природокористування у повній відповідності до концепції сталого розвитку;
- ґрунтозахисну систему землеробства, розподіл орних земель по технологічних групах за умовами рельєфу і ступенем еродованості ґрунтів;
- екологічно безпечне та раціональне використання водних ресурсів, відродження і підтримання природного гідрологічного режиму річок та заходи боротьби з шкідливою дією вод, забезпечення екологічно стійкого функціонування водного об’єкту як елемента природного середовища;
- обмеження шкідливого впливу небезпечних забруднювачів водних об’єктів, припинення скидів забруднених і недостатньо очищених стічних вод;
- збільшення потужностей діючих очисних споруд, їх реконструкція та впровадження досконалих технологій очистки і ефективного обладнання, підвищення надійності і безаварійності їх роботи;
- контроль за зберіганням та використанням добрив, отрутохімікатів, техногенних і побутових відходів з метою запобігання їх виносу у водні об’єкти;
- водоохоронні заходи в прибережних смугах та водоохоронних зонах, створення захисних лісонасаджень;
- впровадження удосконаленої системи моніторингу вод басейнів річок, створення автоматизованої системи спостережень за станом водних об’єктів.
Таким чином, виконані в даному розділі дослідження дозволили апробувати теоретико-методичні розробки, викладені у розділах 1-3. Головними результатами апробації слід вважати:
- розробку структурно-функціональної моделі гідрохімічної регіональної макросистеми вод поверхневого стоку Житомирського Полісся;
- районування гідрохімічної макросистеми Житомирського Полісся за умовами формування хімічного складу та якості води;
- рекомендації щодо покращення стану якості води та підвищення ефективності гідроекологічного моніторингу поверхневих вод Житомирського Полісся.
Результати даних досліджень опубліковані нами у наступних роботах [62, 89, 144, 274, 287-290].
РОЗДІЛ 5
ХАРАКТЕРИСТИКИ БАСЕЙНОВИХ ГІДРОХІМІЧНИХ СИСТЕМ ЛІСОСТЕПОВОЇ ТА СТЕПОВОЇ ЗОНИ УКРАЇНИ
5.1. Характеристика об’єктів дослідження
Для дослідження особливостей формування та функціонування гідрохімічних макросистем річкових басейнів лісостепової та степової зони України було обрано декілька репрезентативних в гідрохімічному відношенні річкових басейнів, які найкращим чином поєднували зональні особливості природних умов, типових для лісостепової, чи степової зон, а також характеризувалися різними рівнями антропогенного навантаження. Вже стратегія вибору об’єктів була зорієнтована на дослідження гідрохімічних систем з різним екзосистемним середовищем.
Вказані роботи проводилися в 1986-1990 рр. в рамках держбюджетної теми Проблемної науково-дослідної гідрохімічної лабораторії Київського національного університету імені Тараса Шевченка “Розробити і впровадити кількісну оцінку впливу різних антропогенних факторів на гідрохімічний режим річок Української РСР” (№ держ. реєстрації 01860089778 у ВНТІЦ (Москва).
В проблемній науково-дослідній гідрохімічній лабораторії Київського національного університету імені Тараса Шевченка були організовані й проведені під безпосереднім керівництвом автора комплексні гідролого-гідрохімічні експедиційні дослідження на вибраних характерних річках різних природних зон України з різним ступенем антропогенного навантаження.
В зоні лісостепу досліджені річки Бутеня (басейн Дніпра), Іква (басейн Південного Бугу), в степовій зоні – річка Корабельна (басейн Південного Бугу).
Крім того, для проведення досліджень були залучені також додаткові матеріали інших організацій та установ про стан гідрохімічних систем деяких річок цих природних зон:
- УФ ЦНДІКІВР та Інституту гідробіології АН України для водозбору р.Росави (басейн р.Дніпра);
- Державної гідрометеорологічної служби України по групі річок в басейні Південного Бугу.
Водозбір р. Росави та її притоки р. Бутені знаходяться в межиріччі Дніпра та Південного Бугу в межах Придніпровської височини, яка в геологічному відношенні належить до Українського кристалічного масиву. Орографічна височина є платоподібним підняттям, яке поступово знижується на південний схід. Середні висоти становлять 220 – 240 м над рівнем моря.
Ґрунтоутворюючими породами на плато і пологих схилах є лесоподібні суглинки, під якими залягають на підвищених місцях флювіогляціальні піски, що, в свою чергу, знаходяться на тонкому шарі моренних суглинків. Нижче розташовані полтавські піски, які містяться на гранітах або продуктах їх руйнування.
Територія водозборів досліджуваних річок глибоко розчленована ярами, поширені ерозійні процеси. Саме ця особливість геоморфологічних умов підвищує роль поверхнево-схилового стоку в формуванні гідрохімічних параметрів гідрохімічних систем цих річок. В речовинно-енергетичному балансі гідрохімічних систем малих річок типу р. Бутені переважає надходження забруднюючих речовин (пестициди, сполуки азоту та фосфору, мінеральні солі, органічні речовини) з поверхні водозбору під час танення снігу та літніх зливових паводків [291].
Оцінити фонові параметри гідрохімічних систем цих річок можна лише в періоди межені на ділянках без впливу антропогенних джерел забруднення. Гідрохімічний фон, що характеризується переважанням у сольовому складі води іонів Водний стік річок зарегульовано численними ставками, маленькими водосховищами. Поєднання інтенсивних ерозійних процесів з порушеним внаслідок зарегулювання гідрологічним режимом досліджуваних річок є передумовою їх замулення, зменшення природної водності , поштовхом до антропогенного евтрофування. Саме ці процеси є потенційно домінуючими в формуванні гідрохімічних систем річок лісостепової зони – Росави та Бутені.
Басейн Південного Бугу розміщений в двох природних зонах – лісостеповій та степовій і характеризується різноманітністю кліматичних, геологічних, геоморфологічних, ґрунтових та інших умов формування регіональної гідрохімічної системи. В геологічному відношенні басейн майже повністю розміщено в межах Українського кристалічного масиву. Кристалічні породи, які представлені гнейсами, гранітами і магматитами залягають близько до поверхні. Тріщинні води кристалічних порід, що живлять річки басейну Південного Бугу, характеризуються гідрокарбонатно-кальцієвим складом та помірною мінералізацією до 500 мг/дм3.
В південній частині басейну (це стосується і експериментального водозбору – р. Корабельна) живлення річок відбувається головним чином за рахунок підземних вод пліоценового горизонту, які формуються у вапняках та доломітах і мають підвищений вміст солей (мінералізація складає 1000 – 3000 мг/дм3). Для хімічного складу цих вод характерна підвищена кількість сульфатів та хлоридів. Води набувають сульфатно-кальцієвого та сульфатно-натрієвого типу.
Крім того, що обрані для досліджень басейнові гідрохімічні системи відрізняються екзосистемними умовами, вони ще й різняться своєю розмірністю.
Так, басейни малих річок, а саме Бутені, Росави, Малої та Великої Корабельної характеризуються як локальні гідрохімічні мезосистеми ІІ порядку. Басейн р. Південний Буг є типовою регіональною гідрохімічною макросистемою ІІ порядку, якій підпорядковані гідрохімічні системи нижчих рангів.
5.2. Локальна гідрохімічна мезосистема р. Бутеня
Річка Бутеня – права притока річки Росави. Основні гідрографічні характеристики: довжина – 12,0 км, площа басейну – 59,0 км2, лісистість – 15%, розораність – 65% від площі водозбору.
З метою збору даних про характеристики процесу формування гідрохімічного режиму річки, її басейн був умовно поділений на 21 елементарний водозбір. Стік з кожного водозбору вивчався в контрольних створах, розміщених як на самій річці, так і на її притоках (рис. 5.1). В кожному створі вимірювались витрата води, її температура та вміст розчиненого кисню, відбирались проби на хімічний аналіз та для визначення мутності води.
Крім того, за картографічними та довідковими матеріалами для кожного водозбору визначались величини розораності, лісистості, зарегульованості стоку, селітебного навантаження (населені пункти, або заселеність території).
Поряд з контрольними створами, пунктами спостереження за річковими водами, були створені також пункти спостереження за кількістю та хімічним складом підземних вод і атмосферних опадів. Для цього використовувались дані спостережень на геологічних свердловинах та метеорологічних постах Богуславської польової експериментальної гідрологічної бази Українського науково-дослідного гідрометеорологічного інституту.
Натурні гідролого-гідрохімічні дослідження з використанням цих пунктів спостережень проведені в травні-червні 1988р. Результати досліджень були частково опубліковані [ 58, 249].
Отримані під час досліджень результати дозволили оцінити елементи гідрохімічної системи у річкових водах та атмосферних опадах, а саме : вміст головних іонів ( , ), біогенних (Nзаг., Рзаг.) та органічних речовин (ПО), О2 тощо.
Річкові води мали гідрокарбонатний кальцієвий склад, рідше гідрокарбонатний кальцієво-магнієвий. Мінералізація води р. Бутеня знаходилась в межах 420-608 мг/дм3, а води притоків 430-720 мг/дм3. Вміст біогенних речовин коливався в значних межах: Nзаг. - 1,32 – 6,12 мг/дм3, Рзаг. – 0,01 – 0,58 мг/дм3. Вміст кисню змінювався від 4 до 12 мг/дм3, величина рН коливалась від 7,5 до 8,3. Значно змінювались вздовж течії річки температура води: від 14°С до 18-20°С в нижній течії. В гирлах мілководних притоків, що прогріваються вона досягала 22-24°С.
Водний стік р. Бутеня збільшувався в напрямку від витоку до гирла від 5 до 96 л/с, що пов`язано зі збільшенням області живлення річки в цьому напрямку. Модулі стоку води з віддалених елементарних водозборів змінювались від 0,19 (балка Демка) до 6,8 л/с км2 (верхів`я балки Шупики). Середній модуль стоку для басейну р. Бутеня за період спостережень склав 1,84 л/с км2.
Рис. 5.1. Схема водозбору р. Бутені з мережею стаціонарних пунктів
гідролого-гідрохімічного моніторингу
Для проведення аналізу параметрів гідрохімічної системи були взяті результати натурних досліджень у басейні р. Бутеня, отримані по кожному елементарному водозбору, і розраховані такі характеристики: лісистість (FL, %), розораність водозбору (Fp,%), зарегульованість водного стоку річки і її притоків ставками (ЗР,%), селітебне навантаження (СН,%), швидкість течії (Vт, м/с), модуль водного стоку річки (М пов., л/с км2), модуль надходження речовин з атмосферними опадами (R атм., кг/км 3 · доб.), показник сумарного іонного стоку річки (R пов. кг/км 2 · доб.), модуль підземного водного стоку (М під., л/с км2), показник підземного стоку (R під., кг/км 2 · доб.), показник стоку загального азоту (RN , кг/км2 на добу) та фосфору (RР, кг/км2 на добу). Таким чином разом з результатами натурних досліджень був складений масив вихідних даних із 336 значень ( табл. 5. 1).