Мониторинг реки Караидель

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовая работа

на тему: Мониторинг реки Караидель

Содержание

Введение

1. Мониторинг гидросферы Земли

2. Антропогенное влияние на гидроресурсы

3. Особенности взаимодействия токсических веществ и гидробионтов в водоемах

Заключение

Введение

Высокие темпы развития промышленности и сельского хозяйства Башкортостана обуславливают неуклонный рост водопотребления. Объем промышленного производства и водопотребления в среднем удваивается через каждые 10 лет. Поэтому эффективное решение хозяйственно-территориальных проблем и пути дальнейшего экономического развития республики во многом зависят от разумного использования водных ресурсов, так как именно они становятся фактором, лимитирующим развитие всех ведущих отраслей ее народного хозяйства.

Средние ежегодно возобновляемые суммарные запасы поверхностных вод (рек, озер) и подземных вод зоны дренирования водоносных горизонтов речной сетью на территории Башкортостана составляют объем, равный 25,5 км3. Эти ресурсы имеют наибольшее значение для практической деятельности человека. В среднем в одну секунду с каждого км2 территории республики стекает 5,6 л. На одного жителя приходится 25 м3 воды в сутки. В целом же по стране эти показатели соответственно выше: 6,3 л. и 50 м3.

Не все указанные ресурсы могут быть использованы в настоящее время. К числу причин, затрудняющих полное использование воды, следует отнести неравномерность распределения водных ресурсов по территории и во времени. Наиболее обжитые районы с высокой потребностью в воде, как правило, отличаются бедность водных ресурсов. На преобладающем большинстве рек в течение 1-2-х весенних месяцев проходит более 60% годового объема, неиспользуемого за редким исключением для целей водоснабжения. Поэтому без осуществления регулирования стока может быть использовано в маловодный год лишь около 8 км3, а в очень маловодный год - не более 5 км3 воды.

В настоящее время водопотребление в республике достигло 15% ресурсов местного стока. Дальнейшее увеличение водопотребления ставит перед водным хозяйством республики задачу регулирования стока рек и управления водными ресурсами, их количеством и качеством. Для решения этой задачи требуется детальное изучение водных ресурсов, условий их формирования, пространственно-временного распределения, их качества и возможностей повышения эффективности хозяйственного использования.

1. Мониторинг гидросферы Земли

Гидросфера - водная оболочка земного шара, расположенная в нижней части атмосферы, на поверхности земной коры и в ее толще, представляющая совокупность океанов, морей и водных объектов суши (рек, озер, болот, подземных вод, снежного покрова и ледников). По своим границам гидросфера совпадает с биосферой в понимании В.И. Вернадского. Исключительная роль воды в жизни человека и всего живого на Земле обусловливает большое и постоянно возрастающее внимание к изучению гидросферы и режиму водных объектов.

Содержание и перенос влаги в атмосфере, гидрологический и гидрохимический режим океанов и морей, рек и озер, искусственных водоемов, подземных вод, колебания баланса массы льда и стока воды с ледников, колебания размеров снежников в горах и изменения запасов воды в сезонном снежном покрове, колебания запасов воды в почве и испарения с ее поверхности (включая транспирацию растительностью) изучаются наземными средствами наблюдений, радиолокацией, зондированием атмосферы летательными аппаратами, в том числе из космоса.

Информация о состоянии гидросферы и ее объектов широко используется в сельском хозяйстве, транспорте, энергетике, строительстве, водоснабжении, в предупреждении о стихийных бедствиях (наводнениях, засухах, селевых потоках и сходе снежных лавин) и опасной для человека, водных и околоводных экосистем степени загрязнения объектов гидросферы. Организация наблюдений, передачи, обработки, хранения и распространения информации требует научного обоснования, а результаты наблюдений служат основанием для глобальных и локальных обобщений по гидрологическому и экологическому состоянию водных объектов.

Наблюдения за состоянием гидросферы являются частью общей системы наблюдений за окружающей природной средой. Основная работа по организации и осуществлению наблюдений, сбора и обработки информации о состоянии гидросферы выполняется национальными метеорологическими, гидрологическими, геологическими службами и водохозяйственными организациями стран земного шара.

Начало создания национальных служб и международного сотрудничества в изучении гидросферы относится к середине XIX века, когда в 1853 году была разработана программа проведения метеорологических наблюдений в океанах с целью повышения безопасности жизни на море. В результате прогресса, достигнутого в различных научных областях, в XX веке были разработаны и быстро усовершенствовались методы наблюдений за компонентами гидросферы в атмосфере, океанах и водных объектах суши. Были приняты меры по обмену данными наблюдений между службами. По мере совершенствования средств телесвязи такой обмен становится более быстрым и надежным.

Разработки в области использования спутников и компьютерной технологии привели к созданию в 1963 году под эгидой Всемирной метеорологической организации (ВМО) комплексной всемирной оперативной системы, названной Всемирной службой погоды, которая включает глобальную систему телесвязи и глобальную систему обработки данных. Создана также глобальная система сбора океанографических данных.

В настоящее время на земном шаре действуют около 9 тыс. станций на суше, производящих наблюдения за влажностью воздуха, облачностью, количеством выпадающих атмосферных осадков (из них 350 автоматизированы или частично автоматизированы). Около 700 морских судов производят наблюдения за различными параметрами состояния вод Мирового океана (температура, соленость и минеральный состав вод, направление течений). Эти данные дополняются наблюдениями с коммерческих самолетов (около 10 тыс. сводок в сутки). Передают информацию и 300 заякоренных буев или фиксированных платформ, работающих как автоматические морские станции, и около 600 буев, дрейфующих с океанскими течениями.

Огромный прогресс в области метеорологических спутников и автоматизированных наблюдательных систем за последние три десятилетия позволяет иметь в любой момент времени на орбите вокруг Земли четыре-пять оснащенных приборами полярно-орбитальных спутника с оборудованием автоматической передачи дважды в сутки изображений облачности над всей поверхностью Земли. Они проводят также глобальные наблюдения за влажностью воздуха, температурой поверхности моря и суши, распределением снежного и ледового покрова (рис. 2). Вторая система геостационарных или геосинхронных спутников, находящихся над экватором и вращающихся с той же скоростью, что и Земля, является таким образом стационарной по отношению к ней и непрерывно предоставляет метеорологическую информацию по тем же районам.

Наблюдения и анализ ежедневного состояния гидросферы применяются для принятия экономических и социальных решений, предсказания стихийных и экологических бедствий. Но для достижения лучшего понимания изменения состояния окружающей среды и ресурсов пресной воды необходимы дополнительные сведения о ее перемещении на поверхности Земли, о запасах в поверхностных водоемах и водоносных слоях почвы и геологических пород (почвогрунтах). Это является задачей гидрологических и геологических служб, водохозяйственных организаций стран мира.

Измерения речного стока и наблюдения за колебаниями уровня воды в озерах и водоносных пластах почвогрунтов проводятся на регулярной основе в некоторых пунктах с начала XX века, но наибольшее развитие стационарная сеть получила в середине XX века. В настоящее время действуют около 60 тыс. водомерных постов и станций. Но и до сих пор на некоторых, даже больших и важных в хозяйственном отношении реках измерение стока еще не производится. Это объясняется большой трудоемкостью измерений скорости и расхода воды (объем воды, протекающей через поперечное сечение потока в единицу времени).

Наиболее широкое распространение для измерения скорости потока, которая в сочетании с оценкой площади поперечного сечения потока промерами является основой для оценки расхода воды, получили гидрометрические вертушки различных типов. Для уменьшения трудоемкости измерений и обработки данных в последние годы разработаны автоматизированные системы измерения скорости и расхода воды контролируемого потока с движущегося судна с использованием кроме вертушки гидроакустического оборудования. В основе этого метода лежит эффект Доплера, который проявляется в смещении частоты отраженной от движущегося объекта электромагнитной волны на так называемую частоту Доплера.

Работа по измерению расходов воды заключается в пересечении реки судном по заранее выбранному направлению, в оценке скорости течения воды и скорости судна, учете угла измерения скорости течения по отношению к поперечному сечению и измерению глубины реки. Эти сведения собирают и обрабатывают в компьютере на судне. Наиболее целесообразно использование этого метода на больших реках, где измерения скорости вертушкой не только особенно трудоемки, но и сопряжены с опасностью

Приземные и наземные наблюдения, аэрологическое зондирование и систематические глобальные спутниковые измерения все же не обеспечивают всей необходимой информации для изучения механизмов, лежащих в основе природных процессов взаимодействия компонентов гидросферы от формирования облаков и их воздействия на перенос солнечной радиации до океанической циркуляции, которая реагирует на малые изменения в потоках между поверхностью океана и атмосферой. Это во многом определяет динамику климата, изменения влагопереноса с океанов на сушу. Для того чтобы количественно определить взаимодействие между глобальной циркуляцией атмосферы, переносами воды и энергии, мировой океанической циркуляцией и морскими льдами, влажностью поверхности суши и гидрологическим режимом водных объектов суши, осуществляются национальные и международные проекты комплексных стационарных и экспедиционных исследований.

Существенному расширению знаний о распределении и режиме горных ледников, материковых оледенений Антарктиды и арктических островов, о ресурсах пресной воды на Земле и режиме водных объектов суши способствуют международные программы ЮНЕСКО, проводимые с 1957 года с уточнениями целей и состава научных исследований на каждое десятилетие. Одним из значительных результатов работы по этим программам является открытие в 1995 году российскими учеными реликтового озера под ледовым панцирем Антарктиды.

Проблема загрязнения вод суши (рек, озер, водохранилищ, подземных вод) тесно связана с проблемой обеспеченности пресной водой, поэтому наблюдениям и контролю за уровнем загрязнения водных объектов уделяется особое внимание. Служба контроля за уровнем загрязнения пресных вод является частью национальных систем мониторинга загрязнения окружающей среды. Основная цель службы наблюдений и контроля за уровнем загрязнения вод суши заключается в получении информации о качестве вод, необходимой для осуществления мероприятий как по охране вод, так и по рациональному использованию водных ресурсов. Служба решает задачи контроля за уровнем загрязнения вод по физическим, химическим и гидробиологическим показателям и задачи изучения динамики загрязняющих веществ для прогнозов загрязнения водных объектов. Важная задача мониторинга - изучение процессов самоочищения водных объектов и накопления загрязняющих веществ в донных отложениях и изучение закономерностей выноса веществ в водоемы (моря, озера, водохранилища).

Основными объектами при выборе пунктов наблюдений за уровнем загрязнения поверхностных вод суши являются места сброса хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод, в том числе подогретых вод от ТЭС, ГРЭС, АЭС. Районами повышенного внимания экологи считают также крупные нерестилища и зимовья ценных пород рыб, устьевые зоны рек.

Система мониторинга поверхностных вод призвана обеспечивать получение надежной информации о состоянии водного объекта в любой его точке и в любой момент времени. Наряду с увеличением густоты сети наблюдений это достигается комплексным гидродинамическим и химико-биологическим моделированием процессов массообмена, аккумуляции, трансформации и миграции загрязняющих веществ в водных объектах, изучением взаимосвязи поверхностных и подземных вод, изучением динамики состава органических веществ в процессе химико-биологических превращений.

Например, 30-летний комплексный мониторинг различных природных сред Байкала позволил определить устойчивые изменения гидрохимических показателей притоков озера, рост отрицательного влияния на прибрежные зоны озера (водную толщу и донные отложения) Байкальского целлюлозно-бумажного комбината, Байкальско-Амурской железнодорожной магистрали, портов. Особенно сильное воздействие практической деятельности человека на экосистему Байкала наблюдалось в 60-80-е годы. Большую опасность для экосистем озера представляют малопредсказуемые изменения гидробиологических характеристик водоема: Байкал начал испытывать вторжение новых видов гидробионтов (организмов, обитающих в водной среде), существенные изменения произошли и в составе донных отложений.

Среди загрязняющих веществ, попадающих в притоки и озера, особую опасность представляют серосодержащие вещества, остротоксичные хлорорганические соединения (хлорфенолы, диоксины), тяжелые металлы. Все это свидетельствует о большой вероятности продолжения ухудшения состояния экосистемы Байкала в недалеком будущем.

Часто зонами наибольшей биологической продуктивности водных объектов являются устьевые участки рек (нижнее течение и дельта). Но в этих же зонах контакта речных вод и вод водоприемника (море, озеро, водохранилище) происходит наибольшее накопление всех загрязняющих веществ, смытых реками с их бассейнов. Поэтому они становятся зонами наибольшего экологического неблагополучия.

Организация загрязнения морских водоемов имеет особенности и требуется для решения таких основных задач, как: 1) контроль за уровнем загрязнения вод и донных отложений по физическим, химическим и гидробиологическим показателям, особенно в курортно-оздоровительных и рыбохозяйственных зонах; 2) изучение баланса загрязняющих веществ в морях и их отдельных частях (заливах) с учетом процессов, происходящих на границе раздела атмосфера-вода, разложения и трансформации загрязняющих веществ и накопления их в донных отложениях; 3) изучение закономерностей пространственных и временных изменений концентраций загрязняющих веществ, установление связи этих изменений с естественными циркуляционными процессами в морях, с гидрометеорологическим режимом и особенностями хозяйственной деятельности.

Комплексность мониторинга требует определения некоторых гидрометеорологических параметров, таких, как температура воды, скорость и направление ветра, осадки, атмосферное давление, влажность воздуха. Система наблюдений основывается на создании сети локальных пунктов наблюдений (станций), расположение которых позволяет определять зоны распространения загрязнений. Кроме того, часть сети должна совпадать со станциями многолетних наблюдений, действующих на морях. Распределение станций опирается на знание гидрохимического и гидрометеорологического режимов и рельефа дна в данном районе.

Особую тревогу вызывают участившееся появление на поверхности морей и океанов нефтяных пленок, которые нарушают энерго- и газообмен между океаном и атмосферой, а также накопление тяжелых металлов, например ртути, в Балтийском море и прибрежных районах Японии.

Используются различные системы передачи данных от пунктов наблюдений: ручная - полуавтоматическая (по радио или телефонному запросу), временная автоматическая (запрограммированная на передачу по телефону или радио), автоматический индикатор (передача по телефону или радио при изменении параметра на определенную величину), автоматическая (передача по кабелю, телефону или радио сигналов с преобразованием и записью измеряемого параметра), полностью автоматическая (с удаленных станций, оборудованных радиопередатчиком), а также по почте. Автоматические системы передачи находят все более широкое применение.

Большие объемы собираемой информации и требования к сокращению сроков ее предоставления потребителям обусловливают необходимость использования для ее обработки и обобщения современной электронной техники.

Особенности построения систем и компьютерных технологий обработки данных зависят от методики наблюдений за различными параметрами гидросферы, от оперативности передачи и обобщения информации, технических возможностей национальных служб, природных особенностей территорий.

Для хранения и автоматизации обобщения информации создаются специальные банки данных. В странах с небольшой по площади территорией принято создавать единые банки для всех компонентов гидросферы или два-три банка, собирающие информацию по атмосферным компонентам гидросферы, водным объектам суши, Мирового океана (включая окраинные и внутренние моря, морские устья рек).

Использование единых требований к форматам хранения данных и создания программных средств облегчает управление базами данных, обобщение и распространение информации среди многочисленных потребителей. Для систематизации, анализа и выдачи по запросам пользователей разнообразных данных перспективно использование единых геоинформационных систем, реализуемых на персональных компьютерах.

Современный мониторинг состояния гидросферы Земли основывается на использовании новейших достижений науки и техники. При оборудовании наблюдательных наземных платформ и автоматических станций в Мировом океане, радарных станций и летательных аппаратов в атмосфере для измерения и первичной обработки данных широко используются микропроцессоры. В процессе мониторинга загрязнения природных вод вырабатываются количественные подходы к определению ключевых переменных и параметров, необходимых для понимания факторов, определяющих изменения в водной среде. Обработка и обобщение информации, поступающей со стационарной сети наземных и приземных наблюдений, со спутников Земли, экспедиционных исследований Мирового океана и труднодоступных районов земной суши, осуществляются с использованием электронных вычислительных машин и на основе архивов создаваемых банков данных.

2. Антропогенное влияние на гидроресурсы

Усиливающееся антропогенное воздействие на природные водоемы в значительной степени нарушает естественные гидробиоценозы. Масштабы воздействия человека на природу в XX в., особенно в 40-х гг. значительно возросли. Научно-техническая революция как результат великих открытий в биологии, физике, химии и многих других науках намного расширила технические возможности человека. Предсказания академика В. И. Вернадского об огромных масштабах антропогенных изменений природных условий стали реальностью. Мощность средств воздействия на природную среду удваивается через 12 -- 15 лет. Такое неконтролируемое использование природной среды может перешагнуть через порог ее самозащиты.

С середины XX в. появились качественно новые формы воздействия человека на природу. Одна из них -- выработка атомной энергии. В настоящее время атомная энергетика играет заметную роль на производстве электроэнергии- во многих развитых странах. Однако в последние годы активизировалось движение общественности многих государств против дальнейшего наращивания доли атомных электростанций в производстве энергии, особенно после чернобыльской трагедии.

Другим важным событием XX в. явилось освоение космоса. Космические летательные аппараты зондируют и исследуют поверхность планет Солнечной системы. Человек побывал на Луне. Можно говорить о распространении антропогенного воздействия на "ближний" космос.

Антропогенные процессы воздействия на природу подчиняются законам развития не природы, а общества. Поэтому они часто входят в противоречие с естественным ходом развития нашей планеты. Как правило, ответная реакция природных систем не предусматривается, возникают кризисные ситуации. Современность характеризуется особенно резким обострением взаимосвязей между обществом и природой. Человечество оказалось на грани экологической катастрофы. У него нет альтернативы -- либо оно решит экологические проблемы, либо погибнет от последствии своей деятельности.

Основные особенности антропогенных процессов следующие:

1. Протекание антропогенных процессов происходит в системе природа -- человек. Психологический стимул человеческой деятельности -- получение экономических или личных "выгод", если эти процессы формируются сознательно. Но, несмотря на развитие науки, часто при решении проблем, связанных с взаимодействием природы и человека, определяющей является перспектива получения сравнительно кратковременных частных выгод без учета дальнейших последствий для развития данного природного объекта и планеты в целом. Общую направленность человеческой деятельности в смысле воздействия на природу можно сформулировать как тенденцию к замене естественной среды обитания искусственной, она наблюдается в энергетическом и сельском хозяйстве, Промышленности. Сознательное ослабление этой тенденции отмечается только в заповедниках.

2. Энергетической основой возникновения сознательно программируемых антропогенных процессов является преобразованная или выработанная человеком энергия с помощью созданной им техники. Дальнейший ход данных процессов так же, как и развитие значительной части незапрограммированных антропогенных процессов и последствий, протекает при участии природных космических эндогенных и экзогенных факторов.

3. Антропогенные процессы по скорости протекания значительно превосходят природные -- примерно на 5 -- 6 порядков, а продолжительность их во столько же раз уступает природным (например месторождения полезных ископаемых формируются миллионы лет, а вырабатываются человеком за десятки лет).

4. Цикличность антропогенных процессов почти не выражена. Она основном связывается с работой транспорта, иногда другой деятельностью и является отражением цикличности природных процессов.

5. Вторжение в природные круговороты вещества и энергии во все возрастающих масштабах обусловлено НТР и увеличивающейся мощностью технических средств воздействия на природу.

6. В результате роста хозяйственной деятельности человека и антропогенного преобразования среды обитания происходит многократное пропускание воды и воздуха через производственные процессы, что приводит к замене геохимических циклов технохимическими.

7. Антропогенные процессы способствуют упрощению видового состава биосферы. Полностью исчезли сотни видов растений и животных. С другой стороны, много полезных видов растений и животных подвергаются вещественной и энергетической антропогенной стимуляции, а вредных (сорняки, грызуны и т. д.) - целенаправленному уничтожению.

Человек все больше отделяется духовно от природы. Окружение его в основном начинают составлять техногенные пейзажи, что в свою очередь сильно сказывается на психоневрологическом " состоянии человека. Он становится катализатором техногенного преобразования вещества и энергии планеты.

Весь объем гидросферы составляет около 1 386 млн. км . Основная масса воды сосредоточена в Мировом океане -1 338 млн. км3 (96,5 %). Объем пресных вод на Земле оценивается величиной около 35 млн. км . Большая доля приходится на ледники и постоянно залегающий снежный покров -- 24 млн. км (69,5 %). Подземные воды составляют 3 млн. км3. Почвенная влага в отличие от подземных вод сильно колеблется в зависимости от сезона года, погоды. Она практически вся содержится в верхнем двухметровом слое, и ее общие запасы составляют 16500 км3.

Водные ресурсы распределяются по земному шару неравномерно "многоводной" считается Бразилия, которая имеет запасы воды 9 230 км. Россия занимает второе 4 270 км3.

В России водообеспеченность на 1 км2 территории колеблется от 125 тыс. м3 в Центрально-земном районе до 576,5 -- в Волго-Вятском, а на одного жителя от 2,7 тыс. м3 в Центральночерноземном до 90,6 -- в Северном. Недостаточно обеспечены собственными водными ресурсами Ростовская, Астраханская, Липецкая, Воронежская, Курская области. Республика Калмыкия и некоторые ее территории. И, наоборот, в районах, слабо развитых экономически и малозаселенных, таких, как северные районы Сибири, северо-восток страны, протекают крупнейшие реки: Обь, рей, Хатанга, Лена, Яна, Индигирка, Колыма и др.

Человечество может использовать для своих нужд только около 37-45 тыс. км3 ежегодно, т.е. ту часть общего круговорота воды, которая приходится на речной сток и соответственно возобновляется.

Кроме того, используется около 13 тыс.км подземных вод. Современное водопотребление в мире составляет 2 600- 3 320 км3 в год.

Основным потребителем воды является сельское хозяйство. Oднако, наметилась тенденция к снижению его доли в водопотреблении: в начале века на сельское хозяйство приходилось 88 "/ суммарного водопотребления. Для производства 1 т зерна требуется 100 м3 пресной воды, 1 т риса -- 400, 1 кг мяса -- 27, 1 л молока --4м3 .

Промышленностью ежегодно потребляется более 600 км3 пpесной воды. Возросшее, водопотребление за последние десятилетия связано с развитием водоемких отраслей -- теплоэнергетики, нефтехимической, целлюлозно-бумажной, на нужды которых расходуется 80 -- 90 % всех промышленных водозаборов.

Основными загрязнителями поверхностных вод являются сточные воды, подразделяющиеся по происхождению на три основных вида: производственные, сельскохозяйственные и коммунально-бытовые. Ежегодно в реки сбрасывается около 160 км промышленных стоков, которые загрязняют 2 000 км естественной чистой воды. Но если учесть, что не все сточные воды очищаются перед их сбросом в реки, то речной сток загрязняется в еще большей степени -- не менее чем до 4 000 км3 в год, что составляет более 10 % стока всех рек мера к примерно 25 % стока рек районов, экономически наиболее развитых. Основную угрозу нехватки воды порождает не безвозвратное промышленное потребление, а загрязнение природных вод промышленными стоками.

Состав производственных стоков зависит от рода промышленных предприятий, типа оборудования, используемого сырья, технологии производства, степени очистки вод и ряда других причин. Например, производственные стоки нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности содержат обычно эмульгированные углеводороды, нафтеновые кислоты, меркаптаны (органические сернистые соединения, аналоги спиртов). Для сточных вод химической промышленности характерны фенолы, спирты, смолы, натрий, кальций, хлориды, сульфаты. Выбросы тепловых электростанций, работающих на твердом топливе, после освобождения от золы и шлака имеют повышенную концентрацию фторидов, мышьяка, ванадия, часто содержат канцерогенные органические соединения, фенолы.

Со сточными водами в естественные водоемы попадает огромное количество тяжелых металлов, наиболее опасных для живых организмов. В результате хозяйственной деятельности человека ежегодно со сточными водами включаются в реки 720 тыс. т цинка, 110 тыс. т свинца, 2,5 тыс. т ртути.

Испытания ядерного оружия, строительство атомных электростанций приводят к значительному загрязнению вод радиоактивными элементами. Загрязнение проявляется в сильном воздействии на гидробионты и на человека через трофическую цепь даже при крайне малых концентрациях. К тому же радиоактивное заражение отрицательно сказывается на способности водоемов к самоочищению из-за угнетения сапрофитной микрофлоры. Высокой плотностью загрязнения отличается пойма р. Течи (до впадения р. Исети) на Южном Урале, что связано с аварийными выбросами радиоактивных веществ и с деятельностью объединения "Маяк".

ТЭС и АЭС сбрасывают в окружающие водоемы большое количество перегретой воды. Возникает термальное загрязнение рек, представляющее большую опасность для водных биоценозов.

В нашей стране в средствах массовой информации постоянно появляются сообщения об авариях на промышленных предприятиях, сопровождающихся выбросом загрязнителей в реки и наносящих огромный ущерб водным объектам. Последствия такой аварии в г. Уфе привели к выбросу большого количества фенолов. В итоге были загрязнены источники снабжения питьевой водой миллионного города, появились случаи отравления. Город в течение нескольких дней жил в условиях дефицита питьевой воды v экологической напряженности.

Сильно загрязнен бассейн Волги. Здесь располагается более 300 предприятий химической, металлургической, строительной и оборонной промышленности. В конце 60-х -- начале 70-х в реку сбрасывалось ежегодно 400 тыс. т кислот, 200 тыс. т масел, 6 тыс. т фенолов и 7 тыс. т циана. Сточные воды городов Поволжья составляли десятую часть среднего стока Волги.

3. Особенности взаимодействия токсических веществ и гидробионтов в водоемах

гидросфера земля водоем антропогенный

Поступающие в водоемы токсиканты обычно включаются в круговорот веществ и претерпевают различные физико-химические превращения. Малостойкие, простые твердые и летучие вещества оседают на дно или улетучиваются, окисляются, связываются солями буферной системы воды или разлагаются под действием микроорганизмов и быстро подвергаются детоксикации. Они оказывают на гидробионтов прямое токсическое или косвенное воздействие, ухудшая физические свойства воды, газовый и солевой режимы водоемов.

Многие токсические вещества, особенно стойкие, могут длительно сохраняться в воде, кумулироваться в донных отложениях и гидробионтах, мигрировать по пищевой цепи, накапливаясь в возрастающих количествах от низшего к высшему звену. В этих случаях наряду с первичным важную роль играет вторичное загрязнение, которое возникает вследствие отмирания животных и растений или резорбции токсикантов из грунта. Такой способностью обладают тяжелые металлы, хлорорганические пестициды, радиоактивные изотопы и др.

При оценке токсичности химических веществ следует учитывать физико-химические свойства, характер взаимодействия их в гидросистемах между собой и с организмом гидробионтов, влияние экологических факторов.

В противоположность человеку и высшим животным в организм рыб большинство отравляющих веществ проникает осмотически -- через жабры и кожу, особенно поврежденную. Оральный путь поступления имеет большое значение при хронических отравлениях. Поэтому токсичность в большой степени зависит от растворимости вещества в воде и биологических средах. Соединения, растворимые в воде, более ядовиты, чем нерастворимые. Вместе с тем через жабры, кожу и слизистую кишечника легко проникают и вещества, хорошо растворимые в липидах и тканевой жидкости. Они поступают в кровь и разносятся по всему организму. К ним относятся большинство органических загрязнителей -- углеводороды, пестициды, детергенты и др.

Процесс интоксикации начинается с патогенного действия ядов в местах проникновения (жабрах, коже, слизистых оболочках), а также рефлекторной реакции со стороны нервной системы. В дальнейшем, после попадания в кровь отравляющие вещества, соединяясь с белками, нарушают физико-химические процессы в плазме и клеточных элементах. Затем они фиксируются в различных органах и тканях в соответствии с их сорбционной емкостью и биохимическим средством к отдельным ядам. Механизм действия большинства ядов тесно связан с включением их в различные звенья биохимических процессов, и прежде всего со способностью вступать в реакции с ферментами. Например, фосфорорганические пестициды блокируют фермент холинэстеразу, цианиды подавляют активность цитохромоксидазы, вызывая угнетение тканевого дыхания и т. д. Многие яды способны брать на себя функцию аналога субстрата, взаимодействующего с ферментами.

В зависимости от характера влияния на организм гидробионтов токсические вещества условно делят на яды локального (местного), резорбтивного и комбинированного действия.

Яды локального действия вызывают дистрофические и некробиотические изменения тканей в местах контакта их с гидробионтами, чаще на коже и в жабрах. В результате у рыб нарушается газообмен, накапливается избыток двуокиси углерода (гиперкапния), возникает гипоксия и наступает гибель от удушья. При высоких концентрациях локальным действием обладают свободный хлор, перекись водорода, перманганат калия, неорганические кислоты и щелочи, соли тяжелых металлов, формальдегид, органические кислоты, дубильные вещества, детергенты.

В зависимости от физико-химических свойств и степени сродства с биологическими субстратами токсические вещества имеют в организме определенную локализацию, что очень важно знать для диагностики отравлений. Например, в органах, богатых жиром, депонируются жирорастворимые хлорорганические пестициды; в паренхиматозных органах и жире локализуются фосфорорганические соединения; детергенты -- в жабрах, гонадах и стенке пищеварительного тракта; тяжелые металлы -- в поверхностной слизи, мышцах и внутренних органах. В организме рыб они подвергаются различным химическим превращениям (окислению, восстановлению, гидролизу и синтезу) с образованием безвредных конечных продуктов (воды и углекислоты), а иногда метаболитов более токсичных, чем исходные вещества. Наиболее эффективно детоксикация проходит в печени и ретикулоэндотелиальной системе. Однако у рыб в связи с адсорбцией химических веществ жабрами и кожей они вначале минуют печеночный барьер. Отчасти этим объясняется более высокая чувствительность рыб к токсикантам по сравнению с наземными животными.

Из организма рыб токсические вещества и их метаболиты выделяются через жабры, почки, кожу, кишечник и печень. Если количество выделенного или обезвреженного яда меньше поступившего за тот же промежуток времени, создаются условия для его кумуляции.

Чувствительность к ядам у рыб сильно варьирует в зависимости от видовых, возрастных, индивидуальных особенностей и физиологического состояния их организма. Высокочувствительными к токсикантам являются лососевые (радужная и ручьевая форель, лосось), судак, окунь; слабочувствительными -- карп, карась, линь, вьюн. Остальные рыбы занимают промежуточное между ними положение.

Влияние возраста рыб на течение и исход отравления неоднозначно и часто зависит от природы токсиканта. Отмечено, что к ядам неорганической природы устойчивость рыб с возрастом повышается, а к некоторым органическим соединениям понижается.

Устойчивость рыб неодинакова также на разных этапах онтогенеза. Отмечают периоды более высокой устойчивости (икра на стадии пульсирующего сердца, сеголетки) и высокочувствительные стадии (икра в период гаструляции, личинки, мальки).

Неблагоприятные условия среды, голод, скученность рыб, поражение паразитами и другие факторы снижают их устойчивость к токсикантам. Кроме того, даже незначительное загрязнение водоемов снижает резистентность рыб к возбудителям инфекционных и инвазионных болезней и является одной из косвенных причин, вызывающих гибель рыб.

Поскольку любые сточные воды имеют сложный, многокомпонентный химический состав, необходимо учитывать их комбинированное действие. Последнее проявляется в виде синергизма (усиления токсичности смеси компонентов), антагонизма (снижения токсичности смеси компонентов) и суммированного (аддитивного) действия.

Синергизм четко проявляется в комбинациях тяжелых металлов (меди и цинка, меди и кадмия, никеля и цинка, кадмия и ртути, никеля и хрома), аммиака и меди, фенола и ПХП, меди и СПАВ. Вследствие этого смеси даже субтоксических концентраций этих веществ могут оказаться смертельными.

Антагонистами являются ионы кальция по отношению к натрию, магнию и калию. Токсичность солей цинка и свинца снижается в присутствии соединений кальция, а синильной кислоты в присутствии окиси и закиси железа.

По данным Д. Алабастер и Р. Ллойд (1984), большинство токсических веществ оказывают на рыб суммированное действие. Для характеристики совместного эффекта смесей токсикантов ими предложен коэффициент аддитивности. Установлено, что степень комбинированного действия зависит от вида токсиканта, его доли в смеси, длительности воздействия, показателей состава воды (например, жесткости).

На токсичность существенно влияют также экологические факторы температура, газовый состав, жесткость, рН, скорость течения воды и инсоляция.

С температурой воды тесно связана растворимость химических веществ, а, следовательно, и величина их концентраций. Чем выше температура воды, тем выше растворимость большинства ядов (например, солей тяжелых металлов) и их концентрация в воде. При низкой температуре многие соединения выпадают в осадок, плохо проникают в организм гидробионтов и становятся менее токсичными. С другой стороны, температура оказывает неспецифическое влияние на токсикорезистентность рыб, поскольку с ней тесно связаны интенсивность обмена веществ и скорость всасывания токсикантов. С подъемом температуры воды повышается чувствительность рыб к ядам, сокращается время проявления симптомов интоксикации и ускоряется гибель. Поэтому концентрации, нетоксичные при низких температурах, могут оказаться летальными при повышенных. Наконец, повышение температуры воды в ряде водоемов, обусловленное сбросом нагретых сточных вод (термальное загрязнение), влияет отрицательно как самостоятельный фактор.

Резистентность рыб к различным токсическим воздействиям снижается при дефиците растворенного в воде кислорода, так как он приводит к повышению скорости кровотока в жабрах, что благоприятствует проникновению и накоплению ядовитых веществ в органах и тканях рыб.

Повышенное содержание СО2 в водоеме, с одной стороны, изменяет буферные свойства воды и благодаря этому снижает действующую концентрацию вещества, с другой -- отрицательно влияет на физиологические функции организма, прежде всего на газообмен.

Жесткость воды влияет на токсичность двояко. Высокоминерализованные воды, образуя с токсическими (в основном неорганическими) веществами нерастворимые комплексы, уменьшают действующие на рыб концентрации ядов. В мягкой воде токсичность обычно выше, чем в жесткой. Снижение токсичности упомянутых соединений, с другой стороны, связано с тем, что ионы кальция, уменьшая проницаемость биологических мембран, препятствуют проникновению ядов внутрь организма. На токсичность большинства органических соединений, например детергентов и пестицидов, жесткость воды влияет незначительно.

Взаимосвязь токсичности и рН воды наиболее четко проявляется у тех веществ, которые могут существовать в ионизированной и неионизированной формах. Так, солевой аммиак при рН 8,0 в несколько раз токсичнее, чем при рН 7,0 за счет резкого повышения концентрации неионизированных молекул (NH3). Действие сероводорода, сульфидов и цианидов усиливается по тому же принципу при сдвиге рН в кислую сторону.

Из физических факторов следует учитывать скорость течения воды, играющую важную роль в разбавлении и сносе сточных вод, и солнечный свет, ускоряющий их детоксикацию.

Караидельский район образован в феврале 1932 года. Он расположен на севере Республики Башкортостан и граничит с Аскинским, Балтачевским, Благовещенским, Дуванским, Мишкинским и Нуримановским районами. Площадь административно-территориальной единицы составляет 3786 кв.км, из них 2347 кв.км занимают леса, 18,7 кв.км площади приходится на реки, их в районе 20.

Почвы района подзолистые, светло - серые и серые лесные, в западной части - оподзоленные черноземы.

Климат Караидельского района имеет ряд особенностей. Эти особенности связанны со следующими факторами:

1. положением района на севере республики;

2. положением на Уфимском плато, которое на 200-300 метров возвышается над соседними равнинами;

3. наличием на территории района Павловского водохранилища.

В связи с этим климат района более суровый, заметно понижается среднегодовая температура, которая составляет +1,0…+1,5 градуса. Среднегодовое количество осадков увеличивается до 600 мм. Климат края с умеренно холодной зимой, с устойчивым снежным покровом и теплым, достаточно влажным летом.

На территории района имеются богатые запасы строительного материала, особенно известняков, песка, кирпичной глины, строительного камня. В юго-западной части Караидельского района разрабатывается Кушкульское месторождение нефти.

Вода - одно из самых главных богатств района. Самая большая река - Караидель (Уфа), самый крупный приток реки Белой. Истоки Караидели находятся за пределами Башкортостана. Протекая по территории района, река прорезает Уфимское плато, образуя глубокую долину. Длина Караидели - 918 км. Основные притоки Караидели в пределах района: левые - Бердяшка, Мага, Юрюзань, Кирзя; правые - Урюш, Байки, Багазка. На Караидели расположена Павловская ГЭС, в результате строительства которой образовалось Павловское водохранилище длиной 150 км.

Заключение

Башкортостан обладает значительными водными ресурсами, но на каждую единицу ее площади и населения приходится воды меньше, чем в среднем по стране. Однако если эти ресурсы использовать рационально, то они будут достаточны и в отдаленном будущем. Современные водные ресурсы республики - результат сложного взаимодействия природных и хозяйственного компонентов географической среды. Поэтому прежде всего необходимо выяснить возможность удовлетворения потребностей в воде различных отраслей народного хозяйства, которые непрерывно растут за счет строительства новых водоемких предприятий. Проблема обеспечения чистой водой в республике должна решаться в двух направлениях: 1) в направлении полного прекращения сброса в водоемы отработанных вод, перехода на оборотное водоснабжение очищенными водами, на безводную технологию, способствующие сокращению степени загрязнения вод, экономии водных ресурсов; 2) в направлении увеличения ресурсов устойчивого стока.

Необходимость очистки сточных вод с целью обезвреживания является следствием применения устаревших схем технологических процессов на промышленных предприятиях, при которых создается большой объем загрязненных сточных вод. В настоящее время ведутся работы по созданию таких технологических схем, осуществление которых исключает сброс сточных вод. Такими схемами предусматривается снижение объема производственных химически загрязненных сточных вод путем обезвоживания технологии производства, снижение потерь производства и извлечение из сточных вод ценных примесей, нормирование воды на единицу продукции, внедрение научно обоснованных норм водопотребления и водоотведения, внедрение повторного и оборотного водоснабжения на предприятиях всех отраслей промышленности.

Размещено на Allbest.ru