Оценка антропогенного воздействия на качество вод р. Томь – г. Новокузнецк

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовая работа

Оценка антропогенного воздействия на качество

вод р. Томь - г. Новокузнецк

Томск 2016

План

Введение

1. Общая физико-географическая характеристика бассейна реки

2. Общая характеристика водного и гидрохимического режима реки

3. Влияние хозяйственной деятельности на качество вод

4. Оценка антропогенного воздействия на качество вод

Заключение

Список используемой литературы

Введение

"Вода - важнейший природный ресурс, и нет таких аспектов человеческого бытия, которые не могли бы оказаться в сфере внимания при анализе её потребления, причем все они системно взаимосвязаны и все приводят - среди прочих - к таковым вопросам, на которые пока ни у кого нет ответа, к проблемам, для которых неизвестны рецепты решения" []

Запасы пресной воды на планете ограничены, но они постоянно обновляются. Скорость водообновления определяет доступные человеку ресурсы воды. В патриархальную эпоху на Земле кругооборот воды, который включал сливы, дожди, снегопады, наводнения и прочее, был, несмотря на катаклизмы природы, благотворным для человека. Дожди, талые воды орошали землю, приносили полезные для растений вещества, оживляли саму среду природы.

В условиях роста промышленного производства, все актуальнее встает проблема загрязнения окружающей среды. Человек пытается взять от природы как можно больше, но он не задумывается, о том, что возникают сложнейшие проблемы от не рационального вмешательства. Природа уже не может полностью восстановиться в прежнее состояние, помочь ей сможет только Человек, с заранее обдуманными рациональными предложениями.

Антропогенное воздействие на водные ресурсы проявляются в виде строительства водохранилищ, осушении и орошении земель, а также водопотреблении и водоотведении, включая сбросы сточных вод и т.д. Все эти перечисленные факторы хозяйственной деятельности в комплексе могут оказывать суммарное влияние на изменение характеристик стока.

Цель данной курсовой работы - проанализировать влияние антропогенного фактора на качество вод, рассмотреть природные условия формирования гидрологического режима рек, а также проследить за состоянием вод на отдельно выбранном участке, согласно имеющимся данным.

В качестве участка была выбрана р. Томь на территории г. Новокузнецк, в 1988 году гидрохимический вода качество

При выполнении работы были использованы данные, опубликованные в научной литературе, монографиях, гидрологических ежегодниках, периодических изданиях, а также исходные данные для расчетов.

1. Общая физико-географическая характеристика бассейна реки

Река Томь - правый приток Оби, берёт начало на западном склоне Абаканского хребта. Длина реки 827 км, площадь бассейна - 62000 км 2. В верхнем течении до впадения р. Усы Томь протекает в узкой долине с порожистым руслом, ниже протекает в пределах Кузнецкой котловины и затем по Западно-Сибирской равнине. Долина её расширяется, ширина поймы достигает 3 км. На равнинной территории вдоль реки по обоим берегам прослеживаются хорошо выраженные надпойменные террасы. Русло здесь имеет много перекатов, ширина которых достигает 500 м. Уклон реки в верховьях 12,0о/оо, в низовьях примерно в шесть раз меньше.

Река Томь имеет очень высокий годовой модуль стока - около 20 л/с км 2, что является рекордной величиной для рек с такими площадями водосборов. Средний расход воды в 580-ти км от устья - 650 м 3/сек, к устью - 1140 м 3/сек. Река замерзает в октябре-начале декабря, вскрывается во 2-й половине апреля-1-ой половине мая. На реке наблюдаются мощные заторы льда в период весеннего половодья, которые особенно значительны в районе г. Томск. Они образуются преимущественно вследствие более позднего вскрытия реки в низовьях по сравнению со средним течением. Наиболее крупные притоки: Бельсу, Ускат, Верхняя Терсь, Тайдон, Уньга, Стрелина, Порос. В настоящее время судоходство возможно только в нижнем течении от устья до г. Томск.

РЕЛЬЕФ

Река Томь - правый приток Оби, берёт начало на западном склоне Абаканского хребта. Рельеф верховий бассейна р. Обь характеризуется сочетанием горных систем и крупных котловин, относящихся к Алтайской и Кузнецко-Салаирской горным областям, между которыми расположена Кузнецкая котловина.

Для Алтая характерны три основных типа рельефа: высокогорья с ледниковой и нивальной обработкой и эрозионно-денудационные среднегорья и низкогорья, а также поверхность остаточного древнего пенеплена.

В первый пояс (высокогорья с ледниковой и нивальной обработкой) входят наиболее высокие участки Катунского, Чуйского, Курайского и других хребтов. Основными формами рельефа являются ледниковые: острые скалистые гребни, гряды с многочисленными карами, трогами (долинами ледника), пикообразными вершинами.

Во втором поясе древнего пенеплена располагаются высокие горные массивы с выровненными поверхностями и крутыми ступенчатыми склонами. На пенеплене сохранились остатки древней слабоврезанной речной сети и следы четвертичного оледенения. Водоразделы выражены неясно, в большинстве случаев плоские и заболоченные. Это способствует образованию небольших бессточных или периодически сточных водосборов.

Третий пояс охватывает эрозионно-денудационные низкогорья и среднегорья с высотами 500-2000 м. Среднегорный рельеф характеризуется сглаженными округлыми формами невысоких хребтов с густой гидрографической сетью. В западной и северной частях Алтая среднегорный рельеф занимает обширные пространства; в центральной и юго-восточной частях Алтая он распространен только в виде узких полос вдоль долин рек.

В питании рек горной части Алтая большое значение имеют горные снега и ледники. Современное оледенение Алтая сосредоточено преимущественно в наиболее высоких хребтах. Самая крупная река Горного Алтая - р. Катунь - берёт начало из-под ледников южного склона г. Белуха.

Кузнецкий Алатау состоит из отдельных остаточных массивов древней горной системы. Хребет расчленён многочисленными притоками рек Томь и Чулым.

Салаирский кряж достигает высоты 500-580 м, имеет выровненные водоразделы. Склоны его асимметричны: северо-восточный - крутой, уступы высотой 100-150 м обрываются в Кузнецкую котловину; западный склон более пологий, постепенно снижается к Приобскому плато. Выровненная поверхность кряжа расчленена широкими долинами и балками на холмы, увалы и столовые водораздельные участки.

Кузнецкая котловина - огромный межгорный прогиб. Она имеет волнисто-равнинную поверхность, расчленённую широкими речными долинами, т.е. по типу рельефа относится к аккумулятивным равнинам, обработанным эрозией. Котловина прорезается реками Томь и Иня.

Рельеф большей части бассейна р. Обь определяется Западно-Сибирской равниной, которая имеет средние высоты около 120 м над уровнем моря. Максимальные отметки (200-300 м) сосредоточены по окраинам равнины. Наиболее пониженные части находятся на севере у береговой линии Карского моря.

В орографическом строении равнины выделяется ряд крупных равнин (Васюганская, Кетско-Тымская, Чулымская, Кулундинская) и низменностей (Среднеобская, Барабинская). Возвышенности не типичны и имеют ограниченный характер, крупнейшая из них - Сибирские Увалы. На этой возвышенности начинаются многие реки, впадающие в среднее и нижнее течение р. Обь (рр. Аган, Вах и др.).

В целом Западно-Сибирская равнина слабо расчленена, что связано с её невысоким базисом эрозии. Форма поверхности равнины блюдцеобразная, слабо наклонённая к северу, что определяет направление речного стока - к центру и к северу. Речные долины в пределах равнины врезаны неглубоко, имеют значительную ширину (для основных рек до 10-15 км) и очень небольшие уклоны. В связи с этим русла рек, как правило, сильно меандрируют, имеют сложную структуру с многочисленными протоками, а собственно долины главных рек часто заболочены. На особенности рельефа Западно-Сибирской равнины значительное влияние оказывают широтные природные зоны.

В пределах лесостепи и степи распространены структурно-денудационные плато и равнины с суффозионно-карстовыми, эрозионными и дефляционными процессами. Основными формами рельефа являются бессточные впадины, замкнутые котловины, западины, степные блюдца, гривы и параллельные им ложбины, пересекающиеся долинами постоянных и временных водотоков.

На юге Западно-Сибирской равнины выделяется Приобское аккумулятивное степное плато, поверхность которого приподнята по отношению к соседней Кулундинской равнине и достигает наибольших высот - 300-350 м. В рельефе плато преобладают ложбины (шириной от 5 до 15 км), простирающиеся с северо-востока на юго-запад, между которыми протягиваются увалистые гряды. В пределах южно-таёжной и частично лесостепной подзон распространены эрозионные и аккумулятивные равнины с преобладанием процессов линейной эрозии. В подзоне средней тайги распространены ледниковые и флювиогляциальные формы рельефа, развиваются современные эрозионно-аккумулятивные процессы. В зонах тундры, лесотундры и северной тайги развиты древние формы рельефа морской, ледниковой, ледниково-морской и водно-ледниковой аккумуляции. В условиях холодного климата, многолетней мерзлоты, избыточного увлажнения и заболачивания широко распространены мерзлотно-солифлюкционные термокарстовые и эрозионные процессы.

ГЕОЛОГИЯ.

Кузнецкая котловина - огромный межгорный прогиб. Она имеет волнисто-равнинную поверхность, расчленённую широкими речными долинами, т.е. по типу рельефа относится к аккумулятивным равнинам, обработанным эрозией. Котловина прорезается реками Томь и Иня.

Геологические условия бассейна р. Обь в пределах Западно-Сибирской равнины обусловлены крупнейшей геологической структурой - Западно-Сибирской плитой, которая имеет мезо-кайнозойский осадочный слабодислоцированный чехол. С мощностью рыхлого осадочного чехла связано выравнивание территории.

Наиболее широко в составе чехла распространены отложения меловой системы, их мощность достигает около 3000 м. Представлены они морскими глинисто-алевролитовыми зеленовато-серыми карбонатными глинами, глинистыми опоковидными породами, лагунными красноцветными песчано-глинистыми, прибрежно-континентальными угленосными и прибрежно-морскими с оолитовыми железистыми отложениями. С ними связаны месторождения нефти и газа, угля, железных руд и марганца, титан-цирконовых россыпей. На юге в осадках современных озёр находятся минеральные соли [6].

На равнинной части бассейна р. Обь все коренные породы перекрыты четвертичными отложениями, широко распространёнными на поверхности Западно-Сибирской равнины. Четвертичные отложения образуют чехол из склоновых, аллювиальных, пролювиальных, ледниковых и морских песчано-глинистых, с линзами торфа, осадков. Широкое распространение лёссовых отложений на юге Западно-Сибирской равнины в значительной степени определяют современные геоморфологические процессы, связанные с развитием оврагов, лёссового карста, оползней, обвалов, просадочных западин.[9]

ГИДРОГЕОЛОГИЯ.

Территория области располагается в основном в пределах Западно-Сибирской плиты. В гидрогеологическом отношении это юго-восточная и частично центральная части крупнейшего в мире Западно-Сибирского артезианского бассейна, в геологическом строении которого принимают участие образования двух структурных этажей.

Верхний этаж, представленный осадочным чехлом, слагается мощной толщей пологозалегающих мезозойско-кайнозойских разно-фадиальных песчано-глинистых отложений. Нижний этаж, фундамент бассейна, представлен палеозойскими образованиями различного литолого-фациального состава и различной степени дислоцированности, он характеризуется наличием крупных валов и депрессий, залегает на глубинах нескольких сот и тысяч метров.

Такое двухъярусное строение геолого-литологической толщи и предопределило ее разделение на две вертикальные зоны, различающиеся между собой по истории гидрогеологического развития, условиям залегания, перемещения и формирования подземных вод и сопутствующих им полезных ископаемых [7].

Кузнецкий Алатау и Горная Шория сложены преимущественно морскими осадочными протерозойскими и нижнепалеозойскими, а также изверженными породами. К этим толщам приурочены трещинно-карстовые воды.

Поток подземных вод направлен к местным речным долинам. Подземные воды в зоне дренажа поступают в аммовиальные отложения террас, где находятся в гидравлической связи с рекой.

В результате промытости верхней толщи пород и однообразия условий питания на всей площади Салаирского кряжа и Колывань-Томской складчатой зоны подземные воды гидрокарбонатно-калиевые.

Кузнецкая котловина сложена пародами нижнего карбона и верхнейперми. Значительной водообильностью характеризуются трещиноватые конгломераты и песчаники. Воды пластово-трещинные, напорные.

Широко развиты воды в каменноугольных и пермских бассейнах.

На территории Салаирского кряжа подземные воды приурочены к известнякам, конгломератам, трещиноватым песчаникам, сланцам и эффузивам.

Колывань-Томская складчатая зона представляет слабовсхолмленную приподнятую возвышенность. Сложена Колывань-Томская зона породами палеозоя (глинами, сланцами, песчаниками, известняками). Породы палеозоя водообильны.[8].

КЛИМАТ.

Климат бассейна реки Томи характеризуется как континентальный с теплым летом и холодной зимой, равномерным увлажнением, довольно резкими изменениями элементов погоды в сравнительно короткие периоды времени (за несколько дней или даже часов) [7].

Зимой в южной половине бассейна Томи располагается область повышенного давления в виде отрога сибирского антициклона. Летом весь бассейн находится под воздействием области пониженного давления, связанной с обширной областью континентальной азиатской термической депрессии, которая является результатом циклонической деятельности арктического и полярного фронтов. Морской воздух, поступающий с запада в антициклонах, также преобразуется в континентальный. Таким образом, над рассматриваемой территорией, как летом, так и зимой преобладают континентальные воздушные массы, что ведет к повышению температуры воздуха летом и понижению её зимой. Зимы суровые продолжительные с сильными ветрами. Переходные сезоны с резкими колебаниями температур.

Температура воздуха. Многолетняя средняя годовая температура воздуха в бассейне реки Томи изменяется от 0 до 0,20C. Средняя температура января - 180С - 200С. Средняя температура июля 180С - 200С. Весна начинается с переходом средней суточной температуры воздуха через 00C и разрушением устойчивого снежного покрова в конце первой или начале второй декады апреля. Средняя суточная температура в течение марта - мая от 00C до 150C. В отдельные дни тёплых весен возможно повышение температуры до 250C -300C. Такая высокая температура обусловлена выносом тёплого воздуха с юга. На фоне общего потепления могут наблюдаться возвраты холодов с заморозками и выпадением снега. Лето продолжается до 3,5 месяцев. Температура воздуха в летнее время неустойчива. Суточные амплитуды значительны. В конце августа часты заморозки [10].

Осадки. В бассейне реки Томи распределены крайне неравномерно, что связано с разнообразием форм рельефа. От низовьев реки к верховьям годовая сумма осадков изменяется от 500 до 1500 мм.

Влажность воздуха. Число дней в году с относительной влажностью воздуха в дневные часы 80% и более на большей части территории составляет 85-95. Число дней с влажностью в дневные часы менее 30% равно 10-20. Наибольшая относительная влажность (80-85%) наблюдается в зимнее время

Ветер. На большей части рассматриваемой территории в течение всего года преобладают юго-западные и западные ветры. Средняя годовая скорость ветра 3-5 м/с. В зимнее время скорость ветра наибольшая [8].

ПОЧВЫ И РАСТИТЕЛЬНОСТЬ.

Почвенный покров непосредственно влияет на качество поверхностных вод, особенно в период половодья. Разнообразие рельефа, климатических условий, теплового режима, почвообразующих пород обусловило пестроту почвенного покрова бассейна р. Обь. В горных частях бассейна отмечается вертикальная поясность в географическом распределении почв, в равнинной части - широтная зональность [12].

В бассейне верхней Томи представлены почвы различного характера, от горно-тундровых в высокогорном поясе до черноземов обыкновенных и выщелоченных в предгорьях.

Средняя часть водосбора представляет собой лесостепную зону. Левобережная часть покрыта черноземными почвами. Древесная растительность развита слабо и представляет березовые колки. Правобережная часть покрыта осиново-березовыми лесами. Имеются сосновые и пихтовые массивы.

На юге и юго-востоке лесной зоны, в бассейне реки Томи широко распространены серые лесные почвы в сочетании с черноземно-луговыми и от части с выщелоченными и подзолистыми черноземами на тяжелосуглинистых и глинистых отложениях. Заболоченные участки встречаются редко благодаря хорошему дренажу. Растительный покров лесной зоны представлен в основном темнохвойными лесами, приуроченными к лесным долинам и приречным частям равнины с незначительным распространением луговой растительности. Крайний юго-восток лесной зоны покрыт осиново-березовыми лесами, так же встречаются сосновые боры. По левобережью реки Томи преобладают сосновые боры, которые располагаются большими массивами на дюнных песках.

В долине Томи распространены аллювиальные слаборазвитые, луговые, лугово-болотные и болотные почвы легкого механического состава. Здесь произрастают пойменные луга, а в долинах мелких рек - суходольные разнотравно-злаковые и заливные луга, занятые луговой болотной и лесной растительностью [11].

2. Общая характеристика водного и гидрохимического режима реки

При написании данной курсовой работы были использованы данные гидрологических и гидрохимических наблюдений на р. Томь, города Новокузнецк, в 1988.

Таблица 1. Концентрация загрязняющих веществ и расход воды на р. Томь, г. Новокузнецк в 1988 г



По исходным данным был построен гидрограф стока - график изменения во времени расходов воды за период года с января по декабрь, на реке Томи г. Новокузнецк,1988. По гидрографу можно будет проанализировать формирование речного стока, выделить фазы водного режима, их продолжительность, вычислить объем стока. Также можно определить к какому типу питания относится река. Гидрограф стока наглядно покажет изменения минерализации вод и их состава.

В ходе проделанной работы с данными на реке Томи в 1988 году, можно сделать следующий вывод: что весенний подъем уровня воды начинается в первой декаде апреля и достигает своего пика к началу мая, а уменьшение уровня воды начинается с третий декады июня, также на графике отчетливо видно еще одно колебание уровня воды (Октября), следовательно, здесь можно выделить весенне-осеннее половодье. Следовательно, делаем вывод, что река Томь имеет смешанное питание, но все же с преимуществом снеговое. Максимальный уровень воды (6320 м 3/с) отмечен 28апреля, а минимальный 27 декабря (65,9 м 3/с).

Весеннее половодье бурное и сопровождается резким колебанием уровня. Резкие подъемы воды чередуются с кратковременными спадами.

При изучении гидрологического режима рек необходимо обратить внимание на основные характеристики:

Расход воды - объем воды, протекающий через живое сечение потока в единицу времени [13];

Объем стока - количество воды, протекающее в русле реки через данный замыкающий створ за конкретный промежуток времени [14].

Геологическое строение территории бассейна реки Томи и гидрологические условия обуславливают поступление в неё химических соединений.

В зоне Салаирского кряжа из палеозойских известняков вымываются карбонаты, подземные воды, питающие реку, гидрокарбонатно-натриевого состава.

В зоне Кузнецкой котловины реку питают подземные воды гидрокарбонатно-кальциевого, гидрокарбонатно-натриевого, гидрокарбонатно-кальциевого магниевого состава.

В Колывань-Томской складчатой зоне подземные воды, питающие р. Томь гидрокарбонатно-кальциевого состава.

На рассматриваемой территории присутствуют серые лесные, подзолистые, дерново-подзолистые и дерновые почвы. Толща почв промывается до грунтовых вод, слабо обогащает фильтрующиеся через них атмосферные осадки, особенно хлористыми и сернокислыми солями.

На территории бассейна Томи преобладает умеренно теплый, влажный климат. Обилие атмосферных осадков, затяжное снеготаяние, на горной территории особенно, способствуют водообильности пород, вмещающих подземные воды, которые питают реку.

Атмосферные осадки, фильтрующиеся через почву, усиливают растворение пород и минералов. Это является результатом увеличения концентрации диоксида углерода в почвенном растворе при дыхании живых организмов и корневой системы в почвах и биохимическом распаде органических остатков [2].

В результате действия перечисленных выше факторов сложился в Томи гидрохимический режим, описанный ниже. Минерализация воды в период половодья составляет в среднем 41,4 мг/л и увеличивается в период сезона осенних дождей, до 229,8 мг/л. Минерализация воды в реке находится в обратной зависимости от расхода воды.

Гидрохимический режим складывается из кислорода, бпк, хпк, нефтепродуктов и других веществ на створе по графику содержание кислорода колеблется в 1988 году от 6,11 в летнее-осеннюю межень (15.07) до 14,12 мг/л (1 июня). Минимальное содержание кислорода приходится на период летне-осенней межени, что связанно с режимом реки и антропогенными факторами. На весь год концентрация кислорода ни разу не была ниже значения ПДК .

Для нефтепродуктов минимальное значение приходится на период весеннего половодья 17 мая, которое составляет 0,1мг/л, а максимальная концентрация нефтепродуктов наблюдается в осеннюю межень 2,1мг/л. Для нефтепродуктов ПДК (0,05мг/л), максимум превышает ПДК в 42 раза. В течение всего года концентрация нефтепродуктов всегда превышала ПДК, что связанно с антропогенными факторами.

Режим суммарного азота в реке. Минимальное содержание азота отмечено в летний период. 9 июня содержание суммарного азота составило 0,13мг/л. В течение года концентрация азота ведет себя не однозначно, но весной 15 апреля содержание суммарного азота достигает максимума и составляет 1,03мг/л. К концу апреля содержание азота резко падает (0,39мг/л), что обусловлено повышением температуры воды и увеличением освещения потребление азота увеличивается. Дальнейшее увеличения концентрация азота связано с половодьем, когда большое содержание приносится с талыми водами, сбросами и другими антропогенными воздействиями. ПДК для суммарного азота (1мг/л). Максимальная концентрация превысила ПДК на 0,03мл/л.

Максимальное содержание биологического потребления кислорода приходится на период весеннего половодья, 28 апреля наблюдается пик подъема воды и вместе с ним максимальное значение БПК которое составляет 4,11мг/л. Минимальное значение приходится на зимний период межени, а именно 3 февраля. ПДК для БПК составляет (3мл/л). Превышение максимального содержания превышает ПДК в 1,4 раза.

Увеличение содержания химического потребления кислорода наблюдается в период весеннего половодья, что связано с талыми водами и сбросами. Максимальное содержание приходится на 15 апреля и составляет 14,7мг/л. Минимальное содержание наблюдается 2 марта (1,0мг/л) ПДК для ХПК составляет 6мг/л. Максимальная концентрация в 2,5 раза превышает ПДК.

28 апреля наблюдается максимальное содержание фенолов в реке (0,005мг/л), что связанно с половодьем и приходом талых вод, после наблюдается постепенное уменьшение параллельно с уменьшением уровня воды и так до февраля. С 3 февраля вплоть до максимальной концентрации содержание отсутствовало. ПДК для фенолов составляет (0,001мг/л). Максимальное содержание в 5 раз превышало ПДК.

3. Влияние хозяйственной деятельности на качество вод

Деятельность человека приводит к заметным, а в ряде случаев к значительным, изменениям химического состава природных вод. Общеизвестно, что минерализация речных вод в густонаселенных районах возрастает, особенно при зарегулировании стока и развитии орошения в сельском хозяйстве.

К изменению химического состава поверхностных вод приводят нарушения почвенного покрова при строительстве, разработке полезных ископаемых, вырубке леса.

Сбросы сточных вод промышленных предприятий, животноводческих комплексов могут привести к изменению химического состава природных вод за очень непродолжительный период времени.

ПОНЯТИЕ "КАЧЕСТВО ВОДЫ"

Согласно определению, качество воды - это сочетание химического и биологического состава и физических свойств воды определяющее ее пригодность для конкретных видов водопользования. Различные авторы, занимающиеся оценкой качества вод для различных видов водопользования, трактуют это понятие несколько шире, опираясь на количественные показатели химических компонентов состава воды.

Применяет различные типы классификаций. Наиболее полная экологическая классификация качества воды разработана Институтом гидробиологии АН УССР. Эта классификация сочетает гидрофизические, гидробиологические и бактериологические, показатели с биоиндикационной способностью воды. Одновременно предусматривается классификация поверхностных вод суши по степени минерализации и по ионному составу.

В целом для водоемов и водотоков, используемых для водоснабжения населения, купания, спорта, определены показатели предельно допустимых концентраций (ПДК) вредных веществ. Они получены исходя из сохранения жизнедеятельности наиболее чувствительных организмов. Кроме ПДК, опубликованных в "Правилах охраны поверхностных вод" начиная с 1975г. Министерство здравоохранения и Министерство рыбного хозяйства разработали для нескольких сот соединений дополнительные списки ПДК.

ПДК - предельно допустимая концентрация вещества в воде, выше которой вода не пригодна для одного или нескольких видов водопользования. Для одного и того же вещества в зависимости от видов водопользования могут устанавливаться различные ПДК. Наиболее высокие требования предъявляют санитарно-бытовое и рыбохозяйственное водопользование.

ПДК загрязняющих веществ устанавливается с учетом нескольких признаков вредности, один из которых, сопряженный с минимальной концентрацией загрязняющего вещества, является лимитирующим. Для каждого вещества лимитирующий признак индивидуален. Установление санитарно-гигиенических ПДК базируется на подпороговых концентрациях, при которых не наблюдается заметного изменения функционального состояния организма. В условиях комбинированного загрязнения водного объекта многими веществами гигиеническое нормирование ведется с учетом суммарного действия веществ. Рыбохозяйственные ПДК должны удовлетворять ряду условий, при которых не должны наблюдаться:

1) гибель рыб и кормовых организмов для рыб;

2) постепенное исчезновение видов рыб, кормовых организмов;

3) ухудшение товарных качеств обитающей в водном объекте рыбы;

4) условия, способные привести к гибели рыб или замене ценных видов на малоценные. В настоящее время намечается тенденция к сглаживанию различий между санитарно-гигиеническим и рыбохозяйственным подходами к установлению ПДК, поскольку токсикологический метод приобретает превалирующее значение. Выявляется стремление получить для природных вод единые ПДК.

Международные нормы качества установлены только для питьевых вод. Они представляют собой минимальные нормы, которые могут быть достигнуты всеми странами. Необходимо подчеркнуть, что эти нормы являются лишь рекомендациями, а вопрос о принятии их решается каждой страной самостоятельно [1],[2].

ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА РЕЧНЫХ ВОД.

Химический состав вод необходимо учитывать при водоснабжении, строительстве гидротехнических сооружений, проведении мелиоративных работ, производстве различных видов промышленной продукции.

Факторы, определяющие формирование химического состава поверхностных вод, могут быть разделены на две основные группы. К первой группе относят прямые факторы, непосредственно воздействующие на воду (т.е., действие веществ, которые могут обогащать воду растворимыми соединениями, или, наоборот, выделять их из воды): горные породы, почвы живые организмы, а также деятельность человека.

Ко второй группе относятся косвенные факторы, определяющие условия, в которых происходит взаимодействие веществ с водой: климат, рельеф, водный режим, растительность, гидрогеологические и гидродинамические условия и пр. [2].

Породы. Выделяют несколько групп пород по особенностям их воздействия на воду: соли, более или менее растворимые в воде; изверженные и метаморфические породы; глинистые породы.

Растворимые соли в земной коре представлены главным образом хлористыми сернокислыми и углекислыми соединениями натрия, калия, кальция и магния. Это преимущественно соли морского происхождения, содержащиеся в осадочных породах: прежде всего каменная соль (NaCl), гипс (СаSO4H20), известняки (CaCО 3), различные карбонатные соединения кальция и магния переменного состава - мергели и доломиты. Кроме того, на поверхности земли и вблизи нее имеется немало солей континентального происхождения; гипс, галит, мирабилит и др. Значительная часть солей находится в глубинных пластовых водах, горных и почвенных растворах.

По растворимости сульфатные и особенно хлористые соли, натрия, калия, кальция и магния могут быть отнесены к легкорастворимым в отличие от карбонатных солей кальция и магния. Легкая растворимость хлористых и сернокислых солей обусловливает их вымывание из почв и самых верхних слоев пород в зонах достаточного увлажнения.

Изверженные и метаморфические породы составляют основную часть земной коры, но в коре выветривания занимают сравнительно небольшой объем. Большинство изверженных пород - это алюмосиликаты и продукты их разрушения. Основными породообразующими минералами являются полевые шпаты и слюды.

Глинистые породы составляют большую часть осадочных пород. По происхождению глины связаны с химическим выветриванием алюмосиликатов. Поэтому основной массой глин являются глинистые минералы, в частности, группы каолинита, монтмориллонита, гидрослюды и др. Кроме того, в них встречаются разные сингенетические минералы и в менее тонких фракциях - различные обломочные зерна, входившие в алюмосиликатную породу (кварц, полевые шпаты, синоды).

Глины характеризуются плохой проницаемостью, поэтому вымывание из них солей всецело связано с условиями контакта породы с водой. Вымывание солей при непосредственной фильтрации через глину практически ничтожно, но оно возрастает при переходе к суглинкам и супесям. Другой путь удаления солей из глин - это диффузионное перемещение солей в поровом растворе при наличии разности концентраций в последнем по сравнению с омывающей снаружи природной водой.

Почвы. Основное отличие почвы от породы заключается в том, что в ее состав помимо минеральных компонентов, являющихся главной массой почв.(90-95%), входят органические и органо-минеральные составляющие. Различие компонентов почвы, степени их дисперсности и характера продуктов разложения веществ, зависящее от климатических, патологических и некоторых других условий, создает весьма большое разнообразие типов почв. Все это определяет многообразное влияние почв на формирование химического состава природных вод.

Почвы бассейна реки Томи обогащают фильтрующиеся через них атмосферные осадки хлористыми и сернокислыми солями, а также обогащают ее органическими веществами. Причем органики больше в период оттаивания верхних слоев почвы.

Почвенный раствор и фильтрующиеся через почву атмосферные осадки способны усиливать растворение пород и минералов. Это одно из важнейших свойств почвы, влияющее на формирование состава природных вод, является результатом увеличения концентрации диоксида углерода в почвенном растворе, выделяющегося при дыхании живых организмов и корневой системы в почвах и биохимическом распаде органических остатков.

Вследствие этого концентрация С 02 в почвенном воздухе возрастает от 0.033 %, свойственных атмосферному воздуху, до 1 % и более в почвенном воздухе (в тяжелых глинистых почвах концентрация СО 2 а почвенном воздухе достигает иногда 5-10 %, придавая тем самым раствору сильное агрессивное действие по отношению к породам) [2].

Другим фактором, усиливающим агрессивное действие фильтрующейся через почву воды, является органическое вещество - почвенный гумус, образующийся в почвах при трансформации растительных остатков. В составе гумуса в качестве активных реагентов, прежде всего, следует назвать гуминовые и фульвокислоты и более простые соединения, например, органические кислоты (лимонная, щавелевая уксусная, яблочная и др.), амины и т.п. Почвенный раствор, обогащаясь гуминовыми кислотами и СО 2, во много раз ускоряет химическое выветривание алюмосиликатов, содержащихся в почвах.

Климат. С климатическими условиями связано направление движения почвенных и грунтовых растворов вблизи поверхности земли. От климатических характеристик также зависят условия взаимодействия воды с породами, процесс выветривания горных пород, тип почвообразования и растительности и характер разложения последней, что, в свою очередь влияет на формирование минерализации воды. Огромно влияние такой важнейшей климатической характеристики, как температура воздуха, пород, почвы и природных вод данной местности, так как известно, что скорость химических реакций изменяется в 2-3 раза при изменении температуры на 10°С.

На Томи наблюдается повышение минерализации от истока к устью при переходе её из высокогорной зоны Кузнецкого Алатау в Кузнецкую котловину. Это связано с тем, что почвенный покров горного района хорошо отмыт атмосферными осадками (до 1500 мм/год) от легко растворимых солей хлоридов и сульфатов. Климатические условия определяют не только количество, но и характер атмосферных осадков (дождь или снег), их распределение в течение года, условия миграции различных элементов, промерзаемость почвы, существование многолетней мерзлоты, с чем тесно, связан гидрохимический режим природных вод на поверхности земли и вблизи нее. На минерализацию и состав малорастворимых веществ влияет и замерзание воды. В аридном климате на минерализацию поверхностных и грунтовых вод решающее влияние оказывает так называемое испарительное концентрирование.

Рельеф. Как уже было указано, на Томи наблюдается повышение минерализации от истока к устью при переходе её из высокогорной зоны Кузнецкого Алатау в Кузнецкую котловину. Рельеф местности косвенно влияет на минерализацию воды, способствуя вымыванию солей из толщи пород. Глубина эрозионного вреза реки облегчает поступление в реку более минерализованных грунтовых вод нижних горизонтов. Этому же способствуют и другие виды депрессий (речные долины, балки, овраги), улучшающие дренирование водосбора. Бассейн Томи включает горные районы. Горы с одной стороны непосредственно влияют на минерализацию воды благодаря увеличению поверхности контакта воды с породами, а с другой обусловливают вертикальную климатическую зональность, направление воздушных масс и различие освещенности склонов. Рельеф, влияя на скорость отекания воды, определяет время ее контакта с почвами и породами, скорость фильтрации через них и возможность заболачивания.

Положительные формы рельефа являются местами рассоления, а отрицательные - засолонения" При расчлененном рельефе на водораздельных участках поверхностные воды пресные, а в пониженных - соленые

Водный режим. Химический состав воды рек зависит от времени наступления половодья, его продолжительности, характере их питания. К примеру, в период межени минерализация возрастает. Значит, в рассматриваемых створах реки Томи минерализация возрастает летом и зимой. На изменение химического состава воды рек влияет также и их протяженность, которая определяет различие гидрологического режима отдельных частей реки, наличие притоков и др [2].

Изменения, происходящие в течение года в характере питания, интенсивности инсоляции, испарении, интенсивности биологических процессов, создают непрерывное изменение химического состава воды во времени - в течение года и даже суток. Степень этого изменения различных типов водных объектов зависит от их размера и ряда других условий, особенно заметно и быстро проявляясь, например, у небольших рек, какой является Томь.

Взвешенные вещества. Взвешенных веществ больше, если почвы бассейна хорошо размываемы. Ввиду того, что взвешенные наносы являются продуктом механической эрозии, протекающей на водосборе, их состав близок к составу почв и пород, слагающих водосбор. Наиболее высокодисперсные их частицы диаметром 0.05мм и менее обладают: теми же обменными свойствами, что почвы и породы, из которых образовались взвешенные вещества. Поэтому в воде взвешенные вещества несколько изменяют свой состав по сравнению с составом материнских почв и пород. Этому способствуют и такие внутриводоемные процессы как распределение наносов в потоке по крупности и плотности и как следствие этого в какой-то степени и по минералогическому составу.

АНТРОПОГЕННЫЕ ФАКТОРЫ И ИХ РОЛЬ В ИЗМЕНЕНИИ ГИДРОХИМИЧЕСКОГО РЕЖИМА РЕКИ

Антропогенные факторы - факторы, которые оказывают воздействие на формирование состава вод в результате хозяйственной деятельности человека. Антропогенные факторы являются прямыми факторами формирования состава вод. Поскольку поступающие вещества меняют направленность и интенсивность естественных процессов формирования химического состава вод, они должны учитываться как прямые факторы формирования.

По характеру воздействия эти факторы можно разделить на химические и физические.

Химические воздействия - это поступление в водные объекты веществ со сточными водами и из атмосферы, равно как и из других источников (например, в результате эксплуатации судов маломерного флота и др.), приводящие к изменению химического состава вод, сформированного естественным путем. Физические воздействия - это изменения физических параметров водных экосистем (температура, Eh, и др.), которые приводят к нарушению естественных гидрохимических процессов и формированию вод нового состава[3].

Физические воздействия - это изменения физических параметров водных экосистем, которые приводят к нарушению естественных гидрохимических процессов и формированию вод нового состава.

Независимо от того, имеют ли загрязнения физический или химический характер, общим для них является способ проникновения в водную экосистему. Таким способом может быть:

- прямой или рассеянный сброс сточных вод (и твердых отходов) промышленности и сельского хозяйства;

- поступление из атмосферы;

- поступление загрязняющих веществ от эксплуатации речных судов;

- поступление из донных отложений.

Бытовые сточные воды могут вносить в водные объекты значительное количество органических и минеральных загрязнений. Степень влияния сточных вод на водоем зависит от объема и концентраций загрязнений. Объем бытовых сточных вод зависит от количества населения, проживающего в домах с канализацией и удельных норм бытового водопотребления водоотведения. Норма водоснабжения городов составляет 0,15 - 0,20 мІ/сут на одного жителя. Считается, что в сточных водах больших городов количество взвешенных и растворенных веществ на одного жителя остается довольно постоянным - примерно 100 г/сут.

Также в бытовых сточных водах городов содержится огромное количество бактерий, достигающее сотен миллионов в одном кубическом сантиметре.

Производственные сточные воды отличаются большим разнообразием по объёму загрязняющих веществ и по составу. Количество производственных сточных вод зависит от удельных норм водоотведения на единицу продукции. В свою очередь удельные нормы водоотведения на единицу продукции или сырья зависят от многих факторов (качества исходного сырья, технологии производства и др.) [4] .

Производственные сточные воды содержат значительное количество загрязняющих веществ, по характеру которых их разделяют на три класса:

1) загрязнённые преимущественно минеральными веществами;

2) загрязнённые преимущественно органическими веществами;

3) загрязнённые органическими и минеральными веществами.

На производствах предприятий чёрной и цветной металлургии вода используется для охлаждения печей, металлопроката. Сточные воды этих предприятий загрязнены взвесью пустой породы, ионами тяжёлых металлов, цинком, никелем, марганцем.

Значительную долю загрязнений в бассейне реки Томи вносят сточные воды коксохимических предприятий, основными ингредиентами этих вод являются фенолы.

Предприятия металлообработки характерны для 10 промышленных узлов Кузбасса и г. Томска. Сточные воды этих предприятий содержат механические загрязнения (75%), масло- и нефтепродукты (20%) и химические загрязнения (5%).

Поверхностный сток с городской территории формируется атмосферными осадками, выпадающими в виде дождя и снега. В крупных благоустроенных городах с хорошо развитой ливневой канализацией поверхностный сток образуется и при мойке дорожных покрытий.

Степень загрязнения ливневых вод зависит от многих факторов, в том числе от общей санитарной обстановки в городе. Мусор с проезжей части дорог содержит значительное количество органики, биогенов, солей тяжелых металлов.

Концентрация загрязняющих веществ в талых водах в первую очередь зависит от режима таяния снега.

На современном этапе сельское хозяйство является одним из наиболее крупных загрязнителей гидросферы в связи с выносом в природные воды большого количества азотсодержащих органических соединений, органических и неорганических соединений фосфора, вредных токсических веществ (пестицидов).

Шахтные воды образуются в результате притока подземных вод в горные выработки при добыче полезных ископаемых. Подземные воды в результате контакта с углём и углевмещающими породами становятся кислыми. По анионному составу шахтные воды являются сульфатными, а по катионному - магниево-натриевыми, магниево-железистыми.

Сброс шахтных вод в реку Томь увеличивает минерализацию и содержание Mg2+, SO2-, Cl- [4].

По объему загрязненных сточных вод Кемеровская область, к территории которой относится исследуемый участок реки, занимает ведущее место в Западной Сибири и в Российской Федерации в целом. До нормативных показателей очищается не более 15% сточных вод. На начало 2000 года годовой объем сброса загрязненных сточных вод в поверхностные водные объекты составил 752,8 млн.м.3 Наибольший вклад в загрязнение реки в области вносят предприятия металлургической, химической и угольной промышленности. Доля загрязнений от объектов жилищно-коммунального хозяйства составляет в г. Новокузнецке - 17% (от общих объемов сбросов по области). Часть загрязнений поступает за счет смыва с водосборной площади бассейна р. Томи.

Кемеровская область дает основной вклад, около 94%, в загрязнение поверхностных водоисточников, при этом до 70% загрязнений поступает за счет смыва с территории водосбора.

Вместе со сточными водами в р. Томь сбрасываются взвешенные вещества, нефтепродукты, фенолы, соли тяжелых металлов, ацетон, бензол и другие вредные ингредиенты. Практически вся территория Томи и ее притоки на территории области относятся к категории "загрязненных" и "очень грязных" [5].

4. Оценка антропогенного воздействия на качество вод

РАСЧЕТЫ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДЛЯ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ВОД

В ходе работы нами были проведены расчеты интегральных показателей для оценки качества вод. Расчеты велись по методике, представленной в [,], разработанной Государственным гидрологическим институтом.

§ Объем стока за год определяется по формуле:

§ Сумма растворенных веществ представляет собой общее количество твердых веществ (в мг/л), которое остается после полного выпаривания взятой на пробу воды. В целом это сумма всех растворенных ингредиентов. Твердый сток (сток растворенных веществ):

§ Показатель относительной продолжительности стока чистой воды рассчитывается для каждого компонента в отдельности:

Где показатель относительной продолжительности стока чистой воды;

время, в течение которого сток был чистым;

§ Так же нами был рассчитан показатель относительной продолжительности стока загрязненной воды, аналогично расчетам для показателя относительной продолжительности стока чистой воды.

Где показатель относительной продолжительности стока загрязненной воды;

общая продолжительность загрязненного стока в году, которая рассчитывается аналогично показателю

§ Так же были рассчитаны показатели объёма загрязненного и чистого стока. Показатель относительного объёма загрязненного стока выражает отношение стока загрязненной воды через заданный створ за год ко всему годовому стока реки

§ Показатель относительного объёма чистого стока вычисляется по формуле:

Где объём стока чистой воды.

Рассмотрим, полученные значения в ходе выполнения работы по данной методике:

§ Среднегодовой объём стока

Показатель это средне годовой расход воды, его можно получить рассчитав среднее арифметическое расхода воды:

§ Твердый сток (сток растворенных веществ) S= 3 672 131, 33 .

§ Относительная продолжительность стока загрязненной воды:

Показатели ПДК для загрязняющих веществ

Вещество	Показатель ПДК
Общий азот	1 мг/л
Нефтепродукты	0,05 мг/л
ХПК	6 мг/л
БПК	3 мг/л
Кислород	3 мг/л
Фенолы	0,001 мг/л

Учитывая ПДК из таблицы по имеющимся графикам концентрации загрязняющих веществ, по формулам (3),(4) был сделан расчет:

Кислород:

Фенолы:

ХПК:

БПК:

Нефтепродукты:

Общий азот:

§ Относительная продолжительность стока чистой воды:

Кислород:

Фенолы:

ХПК:

БПК:

Общий азот:

Нефтепродукты:

§ Относительный объём загрязненного стока реки:

Кислород:

Фенолы:

Нефтепродукты

Общий азот

ХПК

БПК

§ Относительный объём чистого стока:

Кислород:

Фенолы:

Нефтепродукты

Общий азот

ХПК

БПК

Исходя из показателей относительной продолжительности стока чистой и грязной воды и относительного объёма чистого и грязного стока можно построить диаграммы характеристики качества воды.

Рис №2 Диаграмма качества воды по чистому стоку.

Рис №3 Диаграмма качества воды по загрязнённому стоку.

ФОРМИРОВАНИЯ ОРГАНИЧЕСКОГО СОСТАВА ВОД.

Превращение органических соединений происходит в результате целого ряда процессов включая:

· биохимическое превращение в водной массе

· биохимическое превращение при участии в донных отложений

· биохимическое превращение при участии взвешенных частиц

· химическое окисление растворенным в воде кислородом

· химическое окисление без участия молекулярного кислорода

· фотохимическое окисление

· процессы сорбции и осаждения

· прочие процессы [2].

Химическое потребление кислорода (ХПК) определяется как количество кислорода, необходимого для химического окисления содержащихся в единице объема воды органических и минеральных веществ. При определении ХПК в воду добавляется окислитель - бихромат калия. Величина ХПК позволяет судить о загрязнении воды окисляемыми веществами, но не дает информации о составе загрязнения.

ХПК изменяется в соответствии с изменением поступления веществ в воду, отмечено два режима.

Формирование качества вод по ХПК идет по двум режимам и значимы они в диапазонах

1) изменения расхода воды от 126 до 1170 м 3/с к концентрации увеличения с 8,4до 14,70 мг/л; Относится к периоду межени.

2) изменения расхода воды от 70 до 6320 м 3/с к концентрации увеличения с 3,6 до 13,8 мг/л; Относится к периоду половодья.

На графике - это соответствует периодам см

1) 02.08 и 15.04;

2) 25.02 и 28.04;

Биологическое потребление кислорода (БПК) определяется как количество кислорода, затрачиваемое на биохимическое окисление содержащихся в единице объема воды органических веществ за определенный период времени.

Эти превышения характеризуются значительным поступлением органических веществ с производственными и сточными водами[15].

Формирование качества вод по БПК идет по двум режимам и значимы они в диапазонах см

1) изменения расхода воды от 70 до 366 м 3/с к концентрации увеличения с 1,28 до 3,55 мг/л; Соответствует периоду межени.

2) изменения расхода воды от 70 до 6320 м 3/с к концентрации увеличения 1,28 до 4,11 мг/л;

На графике - это соответствует периодам

1) 25.02 и 07.06;

2) 25.02 и 28.04;

СОДЕРЖАНИЕ БИОГЕННЫХ ВЕЩЕСТВ.

Азот относится к числу важнейших лимитирующих биогенных элементов.

Основными источниками поступления азота являются внутриводоемные процессы, газообмен с атмосферой, атмосферные осадки и антропогенные источники. Различные формы азота могут переходить одна в другую в процессе круговорота азота.

При межени на реке Томь в 1988 году значения не превышают, а при половодье идет превышение ПДК.

На статистических графиках концентрации кислорода, можно выявить зависимость между протекающими в реке процессами и содержанием кислорода: изменение значений кислорода относится к изменению химических реакций, при поступлении загрязняющих веществ, уменьшается уровень кислорода, так как основной расход идет на осуществление превращение данных веществ. Основными источниками поступления кислорода в водные объекты является газообмен с атмосферой, фотосинтез, а также дождевые и талые воды, которые, как правило, перенасыщены кислородом. Окислительные реакции являются основными источниками энергии для большинства гидробионтов. Основными потребителями растворенного кислорода являются процессы дыхания гидробионтов и окисления органических веществ. Низкое содержание растворенного кислорода (анаэробные условия) сказывается на всем комплексе биохимических и экологических процессов в водном объекте [15].

ЗАГРЯЗНЕННИЕ РЕКИ НЕФТЕПРОДУКТАМИ И ФЕНОЛАМИ.

Нефтепродукты представлены смесью газообразных, жидких и твердых углеводородов различных классов, образующихся из нефти и нефтяных газов. Разделяются на масла, твердые углеводороды, озокериты, битумы. Являются наиболее распространенными и опасными загрязнителями природных вод, которые попадают при транспортировке, со сточными водами предприятий нефтеперерабатывающей промышленности, с хозяйственно-бытовыми стоками, со стоками с территорий, примыкающих к автомагистралям [14].

Формирование качества вод по нефтепродуктам значимо в диапазонах

1) изменения расхода воды от 81,2 до 6320 м 3/с к концентрации увеличения 0,26 до 0,9 мг/л; Относится к период половодья.

2) изменения расхода воды от 70 до 1040 м 3/с к концентрации увеличения 0,3 до 1,54 мг/л Относится к периоду межени.

На графике - это соответствует периоду

1) 05.01 и 28.04

2) 01.03 и 09.06

Превышение нефтепродуктами обусловлено выше перечисленными причинами, плюс к этому в период половодья открываются пруды - накопители и происходят сбросы загрязненных вод, что приводят к высоким показателям загрязнения.

Фенолы - соединения ароматического ряда, в молекулах которых гидроксильные группы связаны с атомами углерода ароматическими кольцами. В естественных условиях образуются при биохимическом окислении и трансформации органических веществ. Являются одними из наиболее распространенных загрязняющих веществ, поступающих в воды со сточными водами нефтеперерабатывающей, лесохимической, коксохимической, анилинокрасочных и других предприятий. Относятся к опасным загрязнителям воды [13].