Загрязнение поверхностных вод суши
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
Введение
Водные ресурсы являются одним из основных элементов природной среды и играют большую роль в развитии человеческого общества.
В современном мире вода – один из важнейших факторов, определяющих размещение производственных сил, а очень часто и средство производства. Именно сейчас, когда темпы роста водопотребления огромны, когда некоторые страны уже испытывают острый дефицит пресной воды, особенно остро стоит вопрос снижения загрязнения пресной воды.
Рост населения, расширение старых и возникновение новых городов значительно увеличили поступление бытовых стоков во внутренние водоемы. Эти стоки стали источником загрязнения рек и озер болезнетворными бактериями. В еще большей степени загрязняют водоемы моющие синтетические средства, широко используемые в быту. Они находят широкое применение также в промышленности и сельском хозяйстве. Содержащиеся в них химические вещества, поступая со сточными водами в реки и озера, оказывают значительное влияние на биологический и физический режим водоемов. В результате снижается способность вод к насыщению кислородом, парализуется деятельность бактерий, минерализующих органические вещества.
На сегодняшний день
существует и такая проблема
как рекреационное
Сложившаяся ситуация настоятельно
требует рационального
1 Загрязнение поверхностных вод суши
Злободневной проблемой
современности стало ухудшение
качества природных вод и состояния
водных систем в результате возросшей
антропогенной деятельности. Накопление
и рассеяние веществ
В целом факторы воздействия
обусловлены природными, и антропогенными
причинами. Природные факторы воздействия
обычно вызваны катастрофами – вулканами,
селями и т.д. Антропогенные факторы
вызваны непосредственно
В результате различных воздействий происходит:
- загрязнение водных объектов – сброс или поступление иным способом в водные объекты, а также образование в них вредных веществ, которые ухудшают качество поверхностных и подземных вод, ограничивают использование либо негативно влияют на состояние дна и берегов водных объектов;
- засорение водных объектов – сброс или поступление иным способом в водные объекты предметов или взвешенных частиц, ухудшающих состояние и затрудняющих использование водных объектов;
- истощение водных объектов – устойчивое сокращение запасов и ухудшение качества поверхностных и подземных вод;
Вся вода гидросферы непрерывно совершает круговорот, при этом происходит изменение ее состава, агрегатного состояния и свойств, самоочищение. Рост численности населения, развитие производственной деятельности для удовлетворения его растущих потребностей изменяют сложившиеся за миллионы лет естественные равновесия в гидросфере [1].
Поверхностные водные объекты – это постоянное или временное сосредоточение вод на поверхности суши в формах ее рельефа, имеющее границы, объем и черты водного режима. Загрязнение этих объектов наиболее опасное влияние на окружающую среду и жизнедеятельность человека.
Большой вред водоемам и водотокам причиняет выпуск в них неочищенных сточных вод – промышленных, коммунально-бытовых, коллекторно-дренажных и др. Коммунально-бытовые сточные воды в больших количествах поступают из жилых и общественных зданий, прачечных, столовых, больниц и т.д. В сточных водах этого типа преобладают различные органические вещества, а также микроорганизмы, что может вызвать бактериальное загрязнение. Применительно к поверхностным водам выделяют еще их загрязнение мусором, остатками лесосплава, промышленными и бытовыми отходами, которые ухудшают качество вод, отрицательно влияют на условия обитания рыб, состояние экосистем.
Антропогенная эвтрофикация связана с поступлением в водоемы значительного количества биогенных веществ – азота, фосфора и других элементов в виде удобрений, моющих веществ, отходов животноводства, атмосферных аэрозолей и т.д. В современных условиях эвтрофикация водоемов протекает в значительно менее продолжительные сроки – несколько десятилетий и менее [2].
1.1 Основные виды загрязнения
Наиболее часто встречается химическое и бактериальное загрязнение вод. Значительно реже наблюдается радиоактивное, механическое и тепловое загрязнение.
Химическое загрязнение – наиболее распространенное, стойкое и далеко распространяющееся. Оно может быть органическим (фенолы, нафтеновые кислоты, пестициды и др.) и неорганическим (соли, кислоты, щелочи), токсичным (мышьяк, соединения ртути, свинца, кадмия и др.) и нетоксичным. При осаждении на дно водоемов или при фильтрации в пласте вредные химические вещества сорбируются частицами пород, окисляются и восстанавливаются, выпадают в осадок и т. д., однако, как правило, полного самоочищения загрязненных вод не происходит. Очаг химического загрязнения подземных вод в сильно проницаемых грунтах может распространяться до 10 км и более. Установлено, что под влиянием загрязняющих веществ в пресноводных экосистемах отмечается падение их устойчивости, вследствие нарушения пищевой пирамиды и ломки сигнальных связей в биоценозе, микробиологического загрязнения, эвтрофирования и других крайне неблагоприятных процессов. Они снижают темпы роста гидробионтов, их плодовитость, а в ряде случаев приводят к их гибели.
Бактериальное загрязнение выражается в появлении в воде патогенных бактерий, вирусов (до 700 видов), простейших, грибов и др.
Весьма опасно содержание в воде, даже при очень малых концентрациях, радиоактивных веществ, вызывающих радиоактивное загрязнение. Наиболее вредны «долгоживущие» радиоактивные элементы, обладающие повышенной способностью к передвижению в воде (стронций-90, уран, цезий и др.). Радиоактивные элементы попадают в поверхностные водоемы при сбрасывании в них радиоактивных отходов, захоронении отходов на дне и др. В подземные воды уран, стронций и другие элементы попадают как в результате выпадения их на поверхность земли в виде радиоактивных продуктов и отходов и последующего просачивания в глубь земли вместе с атмосферными водами, так и в результате взаимодействия подземных вод с радиоактивными горными породами. Механическое загрязнение характеризуется попаданием в воду различных механических примесей (песок, шлам, ил и др.). Механические примеси могут значительно ухудшать органолептические показатели вод.
В настоящее время известны более 2000 веществ, загрязняющих водоемы. Все они попадают в воду в результате человеческой деятельности.
Применительно к поверхностным водам выделяют еще их загрязнение мусором, остатками лесосплава, промышленными и бытовыми отходами, которые ухудшают качество вод, отрицательно влияют на условия обитания рыб, состояние экосистем.
В настоящее время строительство плотин на реках рассматривается как механическое загрязнение водных объектов. При создании водохранилищ замедляется и останавливается течение. Это приводит к аккумуляции значительного количества биогенных и органических веществ в зоне подпора, в которой образуется обширная площадь затопления [3].
1.2 Особенности природы водохранилищ
Водохранилище — искусственный водоём, образованный, как правило, в долине реки водоподпорными сооружениями для накопления и хранения воды в целях её использования в народном хозяйстве.
Водохранилища делятся на 2 типа: озёрные и речные. Для водохранилищ озёрного типа (например, Рыбинского) характерно формирование водных масс, существенно отличных по своим физическим свойствам от свойств вод притоков. Течения в этих водохранилищах связаны больше всего с ветрами. Водохранилища речного (руслового) типа (например, Дубоссарское) имеют вытянутую форму, течения в них, обычно, стоковые; водная масса по своим характеристикам близка к речным водам.
Основными параметрами водохранилища являются объём, площадь зеркала и амплитуда колебания уровней воды в условиях его эксплуатации.
Создание водохранилищ существенно
изменяет ландшафт речных долин, а регулирование
ими стока преобразует
На водохранилищах высота ветровых волн больше, чем на реках (до 3 м и более).
Гидробиологический режим водохранилищ существенно отличается от режима рек: биомасса в водохранилище образуется интенсивнее, меняется видовой состав флоры и фауны [11].
Одним из главных воздействий
на водохранилище является регулирование
режима работы гидросооружений, которое
начинает действовать с момента
возникновения водоема. К другим
не менее важным антропогенным воздействиям
относятся сброс бытовых и
промышленных сточных вод, вынос
минеральных удобрений, пестицидов,
ядохимикатов с полей водосбора
водохранилища, окультуривание земель,
включая побережья
Многим водохранилищам свойственно резкое ухудшение качества воды вследствие сброса в них неочищенных сточных вод промышленных предприятий и населенных пунктов, замедления водообмена, эвтрофикация и, как результат - цветение воды [14].
1.3 Эвтрофикация водохранилищ
Способность аккумулировать и трансформировать энергию и вещество – одно из основных свойств водоемов замедленного водообмена. Эвтрофирование (эвтрофикация, эвтрофия) вод есть повышение биологической продуктивности водных объектов в результате накопления в воде биогенных элементов под действием антропогенных или естественных (природных) факторов.
Озёра с момента своего
возникновения живут и
Вещества, ускоряющие рост автотрофных гидробионтов, многочисленны, разнообразны по происхождению и составу, а также по физиологическому и экологическому значению. Поступление биогенов в водоем со стоком создаёт основу для развития гидробионтов в озере и приводит к его насыщению органическим веществом, увеличению трофности и переходу с одного трофического уровня на другой [14].
Принято различать антропогенное и естественное эвтрофирование. Антропогенное эвтрофирование обусловлено возрастанием потоков биогенных веществ в биосфере в результате хозяйственной деятельности человека и протекает значительно быстрее, чем естественное. Естественное эвтрофирование водоемов обусловлено постепенным накоплением в водоемах органических и биогенных веществ в течение длительных геологических периодов времени [15].
При антропогенном эвтрофировании водоема его экосистема начинает развиваться в сторону более низкого разнообразия и направленного перехода к иным доминантным группам организмов. Сообщество фитопланктона изменяется от стадии с преобладанием диатомовых водорослей через стадию, когда диатомовые сочетаются с обилием динофлагеллят и синезеленых водорослей, к стадии высокопродуктивного фитопланктона при значительном количестве цианобактерий (синезеленых водорослей). Последние хорошо адаптируются как к недостатку, так и к избытку света, а также обладают механизмом фиксирования растворенного в воде большого количества атмосферного азота. В процессе эвтрофирования прямолинейная связь численности и биомассы фитопланктона переходит в экспоненту, а затем резко увеличивается численность клеток и их агрегированность в крупные колонии непригодные для зоопланктона. Таким образом, чем выше трофность водоема, тем более мелкие организмы преобладают [15].
2 Биологический контроль. Биотестирование
В выявлении антропогенного загрязнения среды наряду с химико-аналитическими методами находят применение приемы, основанные на оценке состояния отдельных особей, подвергающихся воздействию загрязненной среды, а также их органов, тканей и клеток. Их применение вызвано технической усложненностью и ограниченностью информации, которую могут предоставить химические методы. Кроме того, гидрохимические и химико-аналитические методы могут оказаться неэффективными из-за недостаточно высокой их чувствительности. Живые организмы способны воспринимать более низкие концентрации веществ, чем любой аналитический датчик, в связи с чем биота может быть подвержена токсическим воздействиям, не регистрируемым техническими средствами [4].
Биологические методы основаны на том, что для жизнедеятельности – роста, размножения и функционирования живых существ необходима среда строго определенного химического состава. При изменении этого состава, например при исключении из питательной среды какого-либо компонента или введении дополнительного (определяемого) соединения, организм через какое-то время, иногда практически сразу подает соответствующий ответный сигнал. Установление связи характера или интенсивности ответного сигнала организма (называемого индикаторным) с количеством введенного в среду или исключенного из среды компонента служит для его обнаружения или определения [5].
Биологические методы не всегда являются экспрессными, но их достоинства заключаются в том, что они не требуют специальной пробоподготовки и выделения определяемого соединения; позволяют проводить анализ вод, почв и в экспедиционных условиях непосредственно на месте отбора проб. С их помощью возможно значительно упростить анализ самых разных, в частности, природных объектов, оценивая на первой его стадии степень общего загрязнения и общей токсичности объекта для живого организма и целесообразность его дальнейшего детального анализа другими более сложными и дорогостоящими методами.
Биологический контроль окружающей среды включает две основные группы методов: биоиндикацию и биотестирование. Применение в качестве биоиндикаторов растений, животных и даже микроорганизмов позволяет производить биомониторинг воздуха, воды и почвы.
Под биотестированием понимают процедуру установления токсичности среды с помощью тест-объектов, сигнализирующих об опасности независимо от того, какие вещества и в каком сочетании вызывают изменения жизненно важных функций тест-объектов. Для оценки параметров среды используются стандартизованные реакции живых организмов (отдельных органов, тканей, клеток или молекул). В организме, пребывающем контрольное время в условиях загрязнения, происходят изменения физиологических, биохимических, генетических, морфологических или иммунных систем.
По сути, биотестирование – это определение токсичности пробы (воды, почвы, донныхосадков и т.д.) для данной культуры организмов в лабораторном эксперименте. В основе биотестирования лежит такой метод научного познания, как биологическое моделирование. Всякая модель является в определенной мере специфической формой отражения действительности. При биотестировании происходит перенос знаний с простой системы (смоделированной экосистемы в лабораторном опыте) на более сложную (экосистему в реальных условиях). При таком подходе важным является выбор тест-культуры и параметров изменения ее жизнедеятельности [9].
Биотестирование не отменяет химический анализ, а дополняет его и делает мониторинг и контроль более цельными, давая точный ответ, является ли среда токсичной в данном составе.
2.1Фитотестирование
Одним из наиболее важных требований при оценке состояния среды является чувствительность применяемых методов. Потребность в таких методах особенно возрастает в настоящее время, когда в силу повышенного внимания у проблемам охраны природы и в связи с развитием природоохранных мероприятий становится необходимым оценивать не только существенные, как правило, уже необратимые изменения в среде, но первоначальные незначительные отклонения, когда еще возможно вернуть систему в прежнее нормальное состояние [6].
Другое важное требование
– универсальность, как в
Определить степень токсичности воды можно с помощью биотестирования. Для этих целей применяется биотест на фитотоксичность (фитотест), который способен адекватно реагировать на экзогенное химическое воздействие, что проявляется в морфологических и физиологических изменениях при росте и развитии растений. Фитотест информативен, высоко чувствителен, характеризуется стабильностью получаемых результатов.
Фитотестирование как метод мониторинга вод является более интегральным методом анализа, позволяющим оценить фитотоксичность вод. Для такого анализа используются различные тест-растения, которые реагируют на неблагоприятные изменения в почве, воде и в других средах.
Чувствительные фитоиндикаторы указывают на присутствие загрязняющего вещества в воздухе или почве ранними морфологическими реакциями – изменением окраски листьев, различной формы некрозами, преждевременным увяданием и опаданием листвы. У многолетних растений загрязняющие вещества вызывают изменение размеров, формы, количества органов, направления роста побегов или изменение плодовитости. Подобные реакции неспецифичны [7].
2.2 Выбор тест-культуры
Существует немало рекомендаций, предписывающих использование того или иного вида растений.
На кафедре агрохимии МГУ апробирован метод определения суммарной токсичности почвы с использованием семян редиса, что обосновывается «высокой степенью отзывчивости семян на токсические вещества» [8].
Во многих работах отечественных и зарубежных авторов показана эффективность применения семян кресс-салата (Lepidium sativum). Данная тест-культура была информативной при загрязнении исследуемых объектов поллютантами различных типов (тяжелыми металлами, углеводородами, радиоактивными веществами и др.) и при комплексном загрязнении.
Согласно международному стандарту ISO 11269-1 для биотестирования
рекомендуется использовать ячмень обыкновенный Одновременно оговорено, что можно применять и другие семена.
Международный стандарт ISO 11269-2 регламентирует выбирать минимум два вида растений, при этом одно должно быть однодольным, а другое двудольным.
В методе фитотестирования, разработанном в Бельгии, используются три вида тест-растений: одно однодольное – сорго сахарное и два двудольных – кресс-салат и горчица белая [8].
2.3 Использование кресс-салата как тест объекта
при оценке токсичности природных и сточных вод
Кресс-салат (Lepidium sativum) является из наиболее часто применяемых биосенсоров, используемых для биотестирования вод, донных отложений, почв, природных и техногенных субстратов, радиационного воздействия, воздействия синтезируемых химических веществ и их смесей [9]. Во многих работах отечественных и зарубежных авторов показана эффективность его применения. Данная тест-культура информативна при загрязнении исследуемых объектов загрязнителями различных типов (тяжелыми металлами, углеводородами, радиоактивными веществами и др.) и при комплексном загрязнение [8].
Кресс-салат – однолетнее
овощное растение, обладающее повышенной
чувствительностью к
Кресс-салат как биоиндикатор удобен тем, что действие стрессоров можно изучать одновременно на большом числе растений при небольшой площади рабочего места (чашка Петри, кювета, поддон и т. п.). Привлекательны также и весьма короткие сроки эксперимента. Семена кресс-салата прорастают уже на третий-четвертый день, и на большинство вопросов эксперимента можно получить ответ в течение 10-15 суток.
Использование кресс-салата для тестирования качества воды является государственным тестом в Голландии [10].
3 Состояние водных поверхностных объектов РБ
Главной особенностью водных ресурсов территории Башкортостана является их изменчивость в пространстве и времени, что зависит от выпадения атмосферных осадков, испарения с поверхности водосбора, а также внутригодовой и многолетней неравномерности распределения составляющих водного баланса в зависимости от климатических факторов.
Река Уфа впадает в реку Белую выше г.Уфы на 487км от ее устья. Она берет начало на северо-восточном склоне горы Юрма, вытекая из небольшого озера «Уфимское» в Челябинской области. Длина реки 918км, площадь водосбора – 53100км. Насчитывается 285 притоков, непосредственно впадающих в нее, общая длина которых достигает 863км. На своем пути река неоднократно меняет свое направление.
Долина реки в верховьях, в основном, трапецеидальная, местами V-образная, что зависит от среднегодового рельефа местности. Ширина русла местами достигает 400м. Извилистость реки небольшая, коэффициент извилистости в среднем составляет 1,7. В пределах Башкортостана река принимает притоки: Ай, Тюй, Юрюзань, Урюш, Салдыбаш, Уса, Изяк, Белекес, Таушка и др.
Республика Башкортостан располагает 8 крупными водохранилищами: Павловское (1400млн.м), Юмагузинское (~700млн.м), Нугушское (400млн.м), Кармановское (134млн.м), Акъярское (49,4млн.м), Таналыкское (14,2млн.м), Слакское (13,5млн.м), Нурлинское (10,0млн.м).
Крупные водохранилища, как правило, имеют комплексное, многоцелевое назначение и осуществляют многолетнее регулирование стока. Малые водохранилища и пруды используются для сезонного регулирования, а также для водообеспечения населения и отдельных отраслей экономики.
Поверхностные водные объекты республики являются основными источниками водоснабжения всех отраслей экономики и населения. Развитие водоемких отраслей промышленности обусловливает высокую степень использования поверхностных водных объектов как для забора воды, так и для сброса сточных вод.
В соответствии с действующим законодательством на территории республики мониторинг за состоянием поверхностных вод осуществляет Государственное учреждение «Башкирское управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды». Наблюдения по зоне деятельности ГУ «Башкирское УГМС» осуществляется на 27 водных объектах, в 39 пунктах, 53 створах.
Кроме того, осуществляется
наблюдение ФГУ по мониторингу рек
Белой и Урала и ГУ УГАК Минэкологии
РБ – в согласованных створах
в период паводка и при проведении
контрольных мероприятий
Минэкологией РБ усилен контроль качества воды в районе сбросов сточных вод. Маловодные периоды последних лет и, особенно 2010 обострил проблему водообеспечения сельских населенных пунктов водой на хозяйственно-питьевые нужды [16].
3.1 Павловское водохранилище
Крупные водохранилища, как правило, имеют комплексное многоцелевое назначение и осуществляют многолетнее регулирование стока. Для целей гидроэнергетики в Республике Башкортостан используются три крупных водохранилища: Павловское, Нугушское и Юмагузинское, на которых установлены агрегаты для выработки электроэнергии .
Водные магистрали Республики Башкортостан представлены реками бассейна Камы и очень незначительно – реками бассейна Урала. В республике расположено 100 водохранилищ, из низ 84 имеют полезную емкость менее 10 млн. м3. Суммарная полезная емкость всех водохранилищ составляет 1,98 км3. Павловское водохранилище - самое крупное (0,95 км3) – создано для целей энергетики, лесосплава, водоснабжения и рыбного хозяйства [12].
Павловское водохранилище — водохранилище в долине реки Уфа. образовано плотиной Павловской ГЭС на р. Уфе, на территории Республики Башкортостан. Заполнение Павловского водохранилища происходило в 1959-1961 гг. Площадь 120 км2, объем 1, 41 км3, длина 150 м, наибольшая ширина 2 км, средняя глубина 11, 8 м. Уровень водохранилища колеблется в пределах 11,5 м. Осуществляется сезонное регулирование стока [13].
Протяжённость водохранилища составляет 150 км (от села Муллакаево до посёлка Павловка). Водохранилище руслового типа. Максимальная ширина — 1750 м (средняя — 770 м). Средняя глубина 11,7 метров, в приплотинной части — до 35 метров. Низовье находится в 170 км от устья Уфы.
Водохранилище расположено в пределах Уфимского плато, на сильно закарстованной территории (является первым крупным водохранилищем в СССР на территории такого типа).
Водохранилище осуществляет сезонное, недельное и суточное регулирование стока реки Уфы и её притоков. Наполнение водохранилища до нормального подпорного уровня (140 м) производится в весенний период, и заканчивается в конце апреля — начале мая. Аккумулируется до 16 % весеннего расхода реки. Накопленный объём воды срабатывается полностью или частично в том же году. Сработка начинается в январе и продолжается в течение 140 дней. Годовая амплитуда колебаний уровня воды в среднем равна 11 м.
3.2 Состояние вод Павловского водохранилища
Павловское водохранилище является крупным рекреационным узлом. Основными видами рекреационных занятий на водохранилищах являются купание, рыболовство, охота на водоплавающую дичь, катание на моторных, парусных и весельных судах, воднолыжный спорт и т.д. Рекреационная емкость зоны водохранилища примерно 5000 человек в день летом и около 3000 — зимой.
Павловское водохранилище относ

- Загрязнение почв
- Загрязнение почв Москвы диоксинами
- Загрязнение почв Республики Беларусь нефтепродуктами и методы контроля их содержания
- Загрязнение приземистого слоя атмосферного воздуха
- Загрязнение природных вод
- Загрязнения и экология города Туймазы
- Загрязненность атмосферного воздуха в Санкт-Петербурге. Методология и программное обеспечение расчетов загрязнения атмосферного возду
- Загрязнение окружающей среды
- Загрязнение окружающей среды
- Загрязнение окружающей среды (6)
- Загрязнение окружающей среды нефтепродуктами и их опасность для здоровья человека
- Загрязнение окружающей среды нефтепродуктами и их опасность для здоровья человека
- Загрязнение окружающей среды промышленными предприятиями
- Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами