Міністерство освіти і науки України

Чернігівський державний педагогічний університет імені Т.Г. Шевченка

Кафедра екології та техногенної безпеки

КУРСОВА РОБОТА

Формування якості та захисту поверхневих вод

Виконала: студентка 45 групи

Картава М.В.

Науковий керівник: ас. кафедри екології та техногенної безпеки

Яковенко О.І.

Чернігів – 2007

ЗМІСТ

Вступ

РОЗДІЛ 1. Характеристика поверхневих вод, їх забруднення

1.1 Характеристика поверхневих вод

1.2 Овновні забруднювачі поверхневих вод

РОЗДІЛ 2. Процеси формування якості поверхневих вод

2.1 Гідравлічні процеси формування якості води

2.2 Самоочищення водних об'єктів

РОЗДІЛ 3. Методи захисту поверхневих вод

3.1 Зменшення зовнішнього впливу на поверхневі водні об'єкти

3.2 Інтенсифікація внутріводоймових процесів

ВИСНОВКИ

ЛІТЕРАТУРА

ДОДАТКИ

Вступ

Якість води є наслідком двох основних процесів - надходження речовин із зовнішніх стосовно даного водному об'єкт джерел і внутріводоймних змін, що відбуваються з речовинам унаслідок функціонування водних екосистем. Оскільки екосистема - це єдиний природний комплекс, утворений живими організмами і середовищем їх існування, його компоненти зв'язані обміном речовини й енергії. Таким чином, у водній екосистемі одночасно функціонують біотичне співтовариство і нежива природа, причому нежива природа є джерелом речовин і енергії, необхідних для існування біоти. Потрапляючи у водний об'єкт, речовини стають элементами водних екосистем і включаються в основні процеси, які відбуваються в них.

Здатність поверхневих водних, що самоочищення, об'єктів, підданих антропогенному навантаженню, як правило, недостатня для протистояння високому рівню зовнішнього негативного впливу. У результаті водні екосистеми піддаються перебудові, наслідком якої відбувається збідніння видового складу, біологічної цінності гідробіонтів, погіршення якісних характеристик води. З цієї причини для промислово розвинених країн із граничною гостротою виникає проблема захисту водних об'єктів і відновлення деградировавших водних экосистем. Вирішення цієї задачі можливо тільки шляхом спільного впливу на алохтонне надходження речовин у водні об'єкти і внутрішньо-водні процеси.

Предмет дослідження – процеси, які протікають при формуванні якості води.

Об`єкт дослідження – поверхневі води.

Мета роботи полягає в тому, щоб проаналізувати протікання процесів щодо формування якості поверхневих вод.

Задання роботи:

1. дати характеристику поверхневих вод;

2. охарактеризувати основні процеси формування якості поверхневих вод;

3. розглянути можливість використання різних методів захисту та відновлення поверхневих вод.

РОЗДІЛ 1. Характеристика поверхневих вод, їх забруднення

1.1 Характеристика поверхневих вод

Складовою частиною гідросфери є води суходолу, які поділяються на поверхневі і підземні.

Поверхневі води — води суходолу, що постійно або тимчасово знаходяться на земній поверхні в рідкому або твердому стані у формі водних об'єктів (водних потоків, водойм), а також скупчень льоду і снігу (льодовиків, снігового покриву).

Ріка — природний водний потік, що тече у розробленому ним заглибленні — річищі. Річище ріки, що постійно заповнене водою, е частиною річкової долини — заглиблення, яке потік води створював тисячі, мільйони років, розмиваючи гірські породи. Головна ріка з усіма притоками утворює річкову системі/. Територія, з якої ріка та її притоки збирають воду, називається басейном ріки, межа між басейнами сусідніх рік — вододілом. Виділяють такі види живлення рік: дощове, снігове, підземне, льодовикове. Зміни рівня води в річці визначають її режим. Режим, ріки насамперед залежить від клімату [16].

Найдовша ріка в світі — Ніл (6671 км), найповноводніша — Амазонка (середня витрата води в гирлі становить 200 тис. м³/с). Головна ріка України — Дніпро — має довжину 2201 км і витрату води в гирлі близько 2 тис. м³/с.

Ріки є джерелом прісної води для промисловості, сільського господарства, водопостачання населених пунктів, використовуються також для одержання електроенергії (на них працюють тисячі ГЕС), як транспортні шляхи, місця рибальства, відпочинку, туризму, спортивних змагань.

Озеро — водойма, що утворилася в замкненому природному заглибленні на поверхні суходолу. Озерні улоговини можуть мати різне походження. Виділяють тектонічні озера (Каспійське море, Байкал та ін.), льодовикові (озера Фінляндії, Канади), загатні (Синевир у Карпатах), кратерні (Кроноцьке на Камчатці), карстові (Світязь), лиманні (Ялпуг) та ін. Озера поділяються за водним режимом на стічні — з прісною водою та безстічні — з солоною.

Озера використовуються як шляхи сполучення, джерела водопостачання, місця відпочинку та рибальства. З солоних озер добувають сіль (кухонну, глауберову), магній та іншу мінеральну сировину. Видобувають також лікувальну грязь [6].

Болота — надмірно зволожені ділянки суходолу Із шаром торфу не менше 0,3 м. Низинні болота виникають у місцях близького залягання або виходу на поверхню підземних вод. Таких боліт багато в Поліссі, на заплавах рік, по берегах озер. Верхові болота характерні для тайги, тундри,— вони лежать на вододілах, не пов'язані з підземними водами і живляться тільки атмосферними опадами.

Болота регулюють стік рік, зволожують атмосферне повітря, є місцями мешкання багатьох видів тварин і рослин. На болотах розробляють торф, що використовується як добриво, паливо і хімічна сировина.

Льодовики — природні скупчення льоду на земній поверхні. Займають площу 16,2 млн. км² — територію Антарктиди, Гренландії, багатьох арктичних островів, а також високогірних районів, що лежать вище снігової лінії. Гірським льодовикам належить важлива роль у живленні рік посушливих районів світу. Льодовики — один із головних ресурсів прісної води.

Поверхневі води чинним законодавством поділені на 5 категорій водокористування, починаючи від води, придатної для рибогосподарських та господарсько-побутовик потреб, і до води, яка може використовуватись для технічних потреб. ГОСТ на питну воду, прийнятий у Радянському Союзі, визначав її органоліптичні, мікробіологічні та інші показники. На той час це був грунтовний, єдиний нормативно-розпорядчий документ. Йшов час, поверхневі води забруднювались новими й старими хімічними елементами та сполуками, потужності з підготовки води зношувались морально й фізично, стали відомі негативні наслідки хлорування води, а між річковими басейнами колись єдиної держави постали кордони.

1.2 Овновні забруднювачі поверхневих вод

Господарсько-побутові, промислові сільськогосподарські скиди зумовлюють хімічне, фізичне, біологічне і теплове забруднення гідросфери.

Хімічне забруднення води відбувається внаслідок надходження у водойми зі стічними водами шкідливих домішок неорганічного та органічного походження: сполук миш'яку, свинцю, ртуті, міді, кадмію, хрому, фтору тощо. Вони поглинаються фітопланктоном і передаються далі харчовим ланцюжком більш високоорга-нізованим організмам, що супроводжується кумулятивним (лат. cumulo — нагромаджую) ефектом, який полягає в прогресуючому збільшенні вмісту шкідливих сполук у кожній наступній ланці харчового ланцюжка. Більшість цих домішок є токсичними для мешканців водойм [16].

Згубно впливають на стан водойм стічні води, що містять розчинені органічні речовини або суспензії органічного походження, оскільки сприяють зниженню вмісту кисню у воді.

Вода стічна — вода, що утворюється у процесі господарсько-побутової і виробничої діяльності (крім дренажної і скидної вод), а також при відведенні із забудованої території стоку атмосферних опадів.

Особливої шкоди завдають нафта та нафтопродукти, які утворюють на поверхні води плівку, що перешкоджає газообміну між водою і атмосферою та зменшує вміст кисню у воді. Осідаючи на дно водойм, органічні суспензії замулюють його і затримують або повністю припиняють життєдіяльність донних мікроорганізмів, які беруть участь у самоочищенні води. Основними постачальниками органічних речовин у стічні води є підприємства целюлозно-паперової промисловості, нафтопереробні заводи, великі тваринницькі комплекси тощо [6].

Велику кількість органічних сполук, яких раніше не було в природі, містять стоки хімічних підприємств. Більшість з цих речовин біологічно активні, дуже стійкі до біодеградації й важко видаляються зі стоків. Останнім часом особливо згубно діють синтетичні миючі засоби — детергенти у які часто містять фосфор. Зростання кількості фосфатів у річках, озерах і морях спричинює інтенсивний розвиток синьо-зелених водоростей, «цвітіння» водойм, що супроводжується різким зниженням вмісту у воді кисню, загибеллю риб та інших водних тварин. Детергенти ускладнюють роботу каналізаційних споруд, уповільнюють процеси коагуляції під час очищення стічних вод.

Кількість хімічних забруднювачів постійно зростає. Про шкідливу дію деяких з них ще мало відомо, оскільки вони мають пролонгований вплив, тобто шкідливі мутації, генетичні розлади тощо, виявляються в наступних поколіннях живих істот.

Фізичне забруднення води зумовлює зміни фізичних властивостей — прозорості, вмісту суспензій та інших нерозчинних домішок, радіоактивності і температури тощо. Суспензії (пісок, намул, глинисті частки) потрапляють у водойми здебільшого внаслідок поверхневого змиву дощовими водами із сільськогосподарських полів, особливо тоді, коли розорюються водозахисні смуги вздовж річок і орні ділянки наближаються до самої межі води. Багато суспензій з діючих підприємств гірничодобувної промисловості заносять у водойми сильні вітри (пил).

Тверді частки знижують прозорість води, пригнічуючи процеси фотосинтезу водяних рослин, забиваючи зябра риб, органи дихання водних тварин, погіршують смакові якості води. Особливу небезпеку для всього живого становлять радіоактивні відходи, які потрапляють у водойми внаслідок викидів з АЕС, з частками золи від працюючих ТЕС тощо. Саме вони найбільше загрожують природним водам і живим організмам. Тому при оцінюваннівпливу господарської діяльності на водні ресурси необхідно враховувати не тільки їх кількісні, а й якісні зміни.

Теплове забруднення водойм є окремим видом забруднення гідросфери, яке спричинене спусканням у водойми теплих вод з різних енергетичних установок. Тепло, що надходить з такими водами в ріки й озера, істотно змінює їх термічний і біологічний режими. Основними тепловими забруднювачами є АЕС. Як свідчать спостереження, у ріках, розташованих нижче діючих ТЕС та АЕС, порушуються умови нересту риб, гине зоопланктон, риби уражуються хворобами і паразитами [5].

Біологічне забруднення водного середовища полягає у надходженні зі стічними водами до водойм різних видів мікроорганізмів, рослин і тварин (віруси, бактерії, грибки, черви), невластивих водній екосистемі, яка забруднюється. Більшість з них хвороботворні для людей, рослин і тварин. Найшкідливішими є комунально-побутові стоки, особливо коли вони надходять у водойми без очищення. Проте навіть за наявності очисних споруд певна кількість бактерій, вірусів тощо не затримується фільтрами і потрапляє у водойми. Промисловими біологічними забруднювачами є підприємства шкірообробної промисловості, м'ясокомбінати, цукрові заводи.

В Україні з 1998 р. спостерігається тенденція до зниження об'ємів забору та використання води, основна причина якої полягає у спаді виробничої діяльності. Вплинуло на їх зменшення також запровадження в країні плати за спеціальне використання прісних водних ресурсів. Найбільше води забирають з басейну Дніпра. Зменшуються об'єми використання води і в системах оборотного та повторно-послідовного водопостачання. Основними споживачами води залишаються промисловість, сільське та житлово-комунальне господарства. Починаючи з 1995 p., щорічно зменшується скид забруднюючих речовин у поверхневі водні об'єкти України, що дещо поліпшило їх якість.

РОЗДІЛ 2. Процеси формування якості поверхневих вод

2.1 Гідравлічні процеси формування якості води

Вода є тим фізичним середовищем, у якій водна екосистема здійснює кругообіг речовин й енергії. Крім того, для консервативних речовин гідравлічні процеси є єдиними з внутрішньо-водоймних, що впливають на їх концентрацію.

При розрахунку переносу речовин і тепла потоками природних вод звичайно виходять із уявлення про пасивність домішки, тобто припускають, що наявність домішки не створює впливу на рух води й інтенсивність перемішування. Характер переносу речовини потоком залежить від виду руху рідини, що у свою чергу визначається типом водного об'єкта і його гідравлічних характеристик. У водотоках істотну роль у формуванні якості води відіграє конвективний перенос. Для водойм цей процес характерний тільки при наявності яскраво виражених стокових плинів (водоймища, проточні озера). У цьому випадку хід внутрішньо-водоймних процесів багато в чому визначається ступенем проточності водойми. Кількісною характеристикою ступеня проточності є час водообміну, тобто період, за який відбувається повна заміна води водойми водами припливів. Часто в інженерній практиці використовується поняття умовного часу водообміну.

Умовний час водообміну визначає період водообміну при відсутності змішання вод припливів з водою водойми. У реальних умовах у проточних водоймах відбувається не тільки витиснення води, але і часткове (або повне) перемішування вод припливів з водою водойм, тому реальний час водообміну більше, ніж умовний [18].

Реальні водотоки є безнапірними турбулентними потоками, рух води в яких в сталих умовах має нерівномірний характер. Це пояснюється непризматичним характером русел реальних водотоків. Однак розрахункові залежності для нерівномірних потоків досить складні і незручні в практичному використанні. Тому в інженерно-екологічних розрахунках приймають, що на окремих ділянках водотоків рух води має рівномірний характер. При цьому ділянка природного неправильного русла заміняють яким-небудь призматичним, а ухил дна приймають рівним нахилу вільної поверхні або середньому нахилу дна реального русла. У цьому випадку для переносу речовини потоком можуть бути використані досить прості методи на основі рівняння нерозривності і формули Шези.

Більш складною задачею є облік ефекту турбулентності. Відмітною рисою турбулентного режиму плинів є пульсація швидкостей, тобто безперервна їх зміна в кожній точці потоку по величині і напрямку. Основними джерелами виникнення турбулентності є зони розриву швидкостей, тобто такі області, де спостерігається різкий стрибок швидкостей між прилягаючими шарами рідини. Пульсаційний рух обумовлює обмін між сусідніми шарами рідини. Цей процес одержав назву турбулентного перемішування. Турбулентне перемішування завжди спрямоване на вирівнювання концентрацій або температур. Оскільки цей процес по своєму результату аналогічний процесу молекулярної дифузії, то турбулентне перемішування називають також турбулентною дифузією. Від молекулярної дифузії цей процес відрізняється природою (джерело молекулярної дифузії - тепловий рух молекул, а турбулентної - пульсації швидкостей) і масштабом (масштаб молекулярної дифузії порядку 10^-8м, а турбулентної - порядку сантиметрів) [18].

Турбулентна дифузія приводить до перемішування забруднених струменів рідини із суміжними, більш чистими. Результатом цього процесу є розведення стічних вод основним потоком. Розведення діє однаково як на консервативні, так і на неконсервативні речовини. Інтенсивність і характер перемішування стічних вод з водою водних об'єктів залежить від гідравлічних характеристик водного об'єкта, кількості і способу надходження стічних вод. Спосіб надходження стічних вод визначається типом випуску.