Порядин А.Ф., Хованский А.Д. - Оценка и регулирование качества окружающей природной среды (1044943), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Распространение элементов в этом пол с определяется гидродинамическими особенностями потока, геоморфологическим строением русла, гранулометрическим со- )з! ставом донных отложений и геохимической обстановкой в воде и в осадках. Если в водном потоке максимальные концентрации многих элементов в воде и взвеси находятся в районе сброса загрязняющих веществ и убывают по мере удаления от него, то в донных отложениях элементы могут концентрироваться на значительном расстоянии — в десятках километров ниже по течению от источника загрязнения.
Следует отметить, что в донных отложениях водных объектов не происходит полной консервации продуктов техногенеза. Значительная их часть находится там в подвижнь1х формах, накапливается в иловых растворах н при определенных условиях (изменение окислительно-восстановительных и щелочно-кислотных условий, образование органо-минеральных комплексов) может переходить в водную толщу. Донные отложения с восстановительной обстановкой и высокой концентрацией продуктов техногенеза являются источником вторичного загрязнения реки. Анализ особенностей распределения элементов в водных системах показывает, что основными участками концентрации вещества являются геохимические барьеры.
В соответствии с классификацией А.И. Перельмана (9) в водоемах и водотоках преобладают механические, сорбционные и сероводородные барьеры. Механические барьеры образуются на участках уменыпення скорости потока и осаждения взвешенного материала. В водных объектах основная часть взвесей представлена плевритовыми и глинистыми частицами. Во взвесях, по сравнению с песчаными осадками, в Э вЂ” 20 раз повышены содержания цинка, никеля, кобальта, меди, марганца, свинца, хрома, ванадия.
В реках снижение скорости течения и образование механических барьеров происходит на широких и неглубоких отмелях, расширенных и выложенных участках русла, в старицах, в дельте и перед гидроуэлами. Взвешенные частицы размером менее 0,01 мм обладают высокой поверхностной энергией и сорбируют из водных растворов большое число элементов. Осаждаясь вместе со взвесью на механических барьерах, эти элементы концентрируются в осадках. Кроме этого, хорошими сорбентами являются илистые донные отложении. Участки осаждения мелких фракций взвесей представляют собой совмещенные механические и сорбционные барьеры.
В донных отложениях с восстановительной обстановкой на границе кислородной и сераводородной сред находится сероводородный барьер, на котором концентрируются халькофильные элементы: железо, медь, свинец, цинк, никель и др., (зг образующие с сероводородом труднорастворимые сульфиды. В реках эти барьеры находятся в зонах промышленных центров и своим происхождением обязаны интенсивному загрязнению водных обьектов. Пространственно сероводородный барьер совмещен с механическим и сорбционным, что приводит к высокой концентрации многих элементов в данных отложениях.
На комплексном механическом-сорбционном-сероводородном барьере установлены максимальные для осадков содержания меди, свинца, цинка, хрома, превышающие фоновые в 3 — б раз. 4.6. Методы выявления антропогенных изменений в водных объектах В настоящее время формирование химического состава водных систем происходит под действием как природных, так н антропогенных факторов.
Природные факторы (климат, рельеф, породы, почвы), определяющие гсохимнческие особенности водных объектов на данной территории, за сравнительно небольшой отрезок времени изменяется незначительно. установившиеся в результате нх суммарного воздействия равновесия н взаимосвязи являются более нли менее устойчивыми, что обусловливает относительно постоянный химический состав вод, донных отложений, растительности и определенные закономерности миграции элементов в аквальных системах. Под влиянием техногенных факторов сложившиеся естественные равновесия нарушаются, возникают новые связи, изменяются интенсивность и характер миграции вещества. Причем скорость антропогенных изменений значительно выше природных, и система в целом удаляется от своего первоначального естественного состояния.
Это важнейшее положение лежит в основе выявления антропогенных изменений в водных объектах. К основным методам выявления таких изменений относятся: 1. Сопоставление среднестатических параметров водных объектов за разные промежутки времени (среднемноголетние значения содержания элементов, водного и ионного стока). 2. Определение техногенной составляющей в современных потоках вещества, 3. Расчет фоновык и аномальных параметров водных объектов и выделение техногенных аномалий. 4. Расчет полного баланса химических элементов в водных системах, ~зз 5. Сравнение особенностей формирования и количественных параметров водных объектов, расположенных в зоне влияния антропогенных факторов и на фоновом участке.
6. Сопоставление результатов повторного эколого-геохимич еского картографирования одного и того же водного объекта. Универсальными гидрохимическими параметрами являются среднегодовые и многолетние величины содержания отдельных элементов и их соединений и среднегодовой сток химических веществ. Они относительно постоянны для определенных промежутков времени и позволяют сравнивать гидрохимические показатели разных лет с учетом короткопсриодических природных изменений химических веществ. Они относительно постоянны для определенных промежутков времени и позволяют сравнивать гидрохнмические показатели разных лет с учетом короткопериодических природных изменений химического состава воды. В общем виде величина стока отдельного элемента определяется по формуле: В=С К, где С вЂ” средняя концентрация элемента в воде за расчетный период; Вв — объем водного стока.
Детальное описание методов расчета стока различных химических веществ приведено в «Справочнике по гндрохимин» (10) и соответствующих руководствах. Гидрохимичсские параметры, рассчитанные для разных промежутков времени, отражают антропогенную динамику химическою состава воды, а также его изменения в связи с вводом в действие того или иного техногенного фактора (сооружение плотин и гидроузлов, промышленных объектов, орошение земель).
В табл. 4.3. приведен пример оценки антропогенного изменения химического состава р. Дона и Кубани. В первый из указанных здесь периодов водохранилищ и гидроузлов, крупных оросительных систем в бассейнах этих рек не существовало, а сток загрязненных вод был значительно меньше. Последующие промежутки времени характеризуются строительством гидротехнических и промышленных объектов, развитием орошения, увеличением объема сточных вод, снижением сточного стока. Для количественной оценки влияния антропогенных факторов на гидрохимический режим рек рассчитывается техногеннзя составляющая ионного стока по методике (11): Вас=Вь К 'Кп 134 Таблица 4.1<) Среднегодовые лшоголетние величины ионного стока рек Северского Донца, Сала и Манына, !О т 3 водный сток, !О, л на кн Са МЗ БО СЬ- ХИ Река Ионный сток Северский 4310 686 Донец 5730 518 145 841 1170 103 404 747 1160 4520 449 2890 300 35 18 135 146 553 25 13 83 66 150 522 100 311 Сал 258 1460 64 288 296 602 58 100 1060 127 85 350 22 15 Маныч Техногенная составляющая Северский -1420 296 67 530 594 Донец 831 2330 -253 22 11 90 110 710 62 39 122 420 96 354 250 900 Сал Маныч 155 где Вмс — величина техногенной составляющей ионного стока; кь — ионный сток в настоящее время; Йп — ионный сток в период, предшествующий интенсивному антропогенному воздействию; К вЂ” коэффициент, учитывающий разницу в водном стоке, определяется по формуле: К=1гн I 1гп, где Ян — водный сток в настоящее время; к1п — водный сток в предшествующий период.
При определении ионного стока в период, предшествующий интенсивному антропогенному воздействию, можно использовать данные (12), рассчитанные для многих рек и отражающие их химический состав, близкий к природному. В настоящее время техногенная составляющая ионного стока большей части рек в промышленных и сельскохозяйственных районах сопоставима с природной, а в некоторых случаях значительно ес превышает (табл, 4.10). Примечание.
В числителе — данные 1965 — 1975 гг; в знаменателе — 1938 — 1956 гг. Для выявления участков накопления продуктов тсхногенеза в водных объектах по результатам: площадных эколого-геохимических исследований производится расчет фоновых и аномальных параметров распределения элементов и выделение техногенных аномалий. При выполнении указанных расчетов применяются методы математической статистики (13), с помощью которых для однородных,по природным и геохимическим условиям акваторий определяются закон распределения элементов, дисперсия и среднеквадратичное отклонение, фоновые и аномальные значения.
Выделяются участки водных объектов, в пределах которых содержание анализируемого элемента превышает рассчитанное аномальное значение (табл. 4.11, рис. 4.4.). Таблица 4.11 Характеристика геохимических аномалий в донных отложениях северо-западной части Черного моря Аномальный Мп )Ч1 У Сн рь район 220-320 100-200 30-60 1 1700-2500 70-140 3,5-5 2,5-5 3 — 4 3 — 6 3 — 6 'Н 2200-3600 100-190 150-380 150-420 90-250 4,5-7 3,3-6 4,2 — 12 9 — 25 90-130 3 — 4 180-380 100-180 2,7 — 5 3 — 5 !Ч 1500-1900 50-70 2 — 2,5 2 — 3 60-200 2 — 8 Примечание. В числителе — содержание элементов, мг/кг; в знаменателе — превышение над фоновым значением. 136 Расчет полного баланса химических элементов в водных объектах или на отдельных их участкак производится для количественной оценки воздействия антропогенных факторов и вызываемых ими изменений.
Балансовые расчеты целесообразно выполнять для близких по свойствам групп химиче- Ю ~Пб а) П п П Рис. 4.5. Схема миграции на рчастке реки: а) — растворен- ных консервативных элементов; о)-растворенных некон- ссрваз ивных элементов; в) — взвешенного материала. 137 Рис, 4.4. Схема геохимичсских аномалий в донных отложе- ниях северо-западной ласи Черного моря. ских веществ в соответствии со схемой их миграции и уравнением материального баланса.
Уравнение баланса растворенных консервативных элемен- тов для речного бассейна имеет вид: Ппочв + Ппор + Пзтм + Пзпч + Порг + Пт = Ри в грзст + + Рзол+ Рт+Х, где поступление элементов из почв — Ппочв, пород — Пп,р, атмосферных осадков — Пзтм, взвессй, переносимых ветром— Пзов, минерализующих остатков — Порт, за счет техногене- за — Пт Вынос элементов: с речным стоком — Рн, поглощенис живыми организмами — Ррзст, с поверхности вод ветром— Рвот, с водами, забираемыми на хозяйственныс нужды, — Р„ увеличение или убыль элементов — Х. Значение отдельных статей в общем баланс элементов различно.
Некоторые из них бывают настолько незначительными, чта ими можно пренебречь. Для небольшого отрезка реки упрощенные уравнения материального баланса и схемы миграции вещества выглядят следующим образом (рис. 4.5): для растворенных консервативных элементов Пв + Пб + Пт = Рн + Рз где поступление элементов: с водным стоком на входе — Пн, с боковыми притоками — Пб, за счет техногенеза — П„сток элементов на выходе — Рн, забор элементов с водой в результате техногенеза — Рз, для растворенных неконсервативных элементов, концентрирующихся на геохимичсских барьерах, интенсивно поглощаемых живыми организмами Пв+ Пб+ Пт+ Пд+ Пм+ Рн+ Рз+ Рн+ Рс+ Рр где поступление элементов: из донных отложений — Пд, за счет минерализации органических остатков — Пм, концентрации элементов на геохимическом барьере — Рк, сорбции элементов взвесями — Рс, поглощения элементов живыми организмами — Рр, для взвешеннога материала Пв+Пб+Пр+Пт=Вн+Ак+Кб+Вт где поступление материала: с потоком на входе — Пв, с боковым притоком — Пб, за счет размыва берегов — Пр, за счет техногенных факторов — Пт, вынос материала с потоком на выходе — Вп, аккумуляция в осадках — Атп вынос материала за счет техногенных факторов — В,.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
