ВВЕДЕНИЕ 4
1. ХОЗЯЙСТВЕННОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И ОХРАНА ВОДНЫХ РЕСУРСОВ 7
1.1 Направления хозяйственного использования вод 7
1.2 Охрана водных ресурсов 17
1.3 Зарубежный опыт 21
2. ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ РЕГИОНА ИССЛЕДОВАНИЯ
И ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ 26
2.1 Физико-географическое описание 26
2.2 Характеристика исследуемых водных объектов 32
3. ОПИСАНИЕ МОНИТОРИНГА ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ
И АНАЛИЗ ДАННЫХ МОНИТОРИНГА 39
3.1 Описание общего мониторинга 39
3.2 Мониторинг гидрохимического состояния исследуемых водных объектов 46
3.3 Расчет индекса загрязненности воды исследуемых рек 52
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 84
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 89
ПРИЛОЖЕНИЯ 94
Практически все реки подвержены антропогенному воздействию, возможности экстенсивного водозабора для хозяйственных нужд по многим из них в целом исчерпаны. Вода многих российских рек загрязнена и непригодна для питьевых целей.
Актуальность данной работы заключается в том, что ухудшение качества воды поверхностных водных объектов является серьезной проблемой, так как большинство поверхностных водных объектов используется не только как приемник для отведения сточных вод, но как источник водоснабжения основных сфер жизнедеятельности человека.
С возрастанием антропогенных нагрузок возрастает и негативное воздействие, оказываемое на окружающую среду, в том числе и на гидросферу. Наша задача не только сохранять хрупкое равновесие в естественных связях окружающей среды, но и постараться восстановить первозданное состояние водных объектов, которое было до масштабного роста губительного воздействия человека.
Антропогенная деятельность в водосборном бассейне обуславливает качественные и количественные колебания элементного состава водных ресурсов, так как является причиной:
- дополнительного приноса в водоемы химических веществ (как свойственных природным водам, так и не характерных для них) и, соответственно, его загрязнения;
- изменения рельефа бассейна и развития иных путей и скорости миграции веществ в поверхностные водные объекты, и, соответственно, нарушения ритмичности смены гидрохимических циклов.
Цель — проанализировать данные гидрохимического анализа водных объектов Восточного Закамья РТ, и выявить основные источники загрязнения как в промышленной, так и в естественной среде.
Задачи:
- определить и охарактеризовать основные направление хозяйственного использования водных объектов,
- охарактеризовать основные природоохранные меры водных ресурсов в РФ,
- сделать краткий обзор законодательства в сфере охраны водных ресурсов за рубежом,
- дать физико-географическую характеристику исследуемого региона и водных объектов,
- охарактеризовать систему мониторинга поверхностных водных объектов,
- рассчитать индекс загрязненности воды исследуемых рек,
- выявить основные загрязняющие вещества в исследуемом регионе и установить причины их превышений ПДК,
- выявить взаимосвязь между превышением предельно допустимых концентрации тех или иных химических элементов и расположением предприятий, сбрасывающих сточные воды в поверхностные водные объекты.
Объект исследования - водные объекты Восточного Закамья РТ. Объектами исследования являются реки, входящие в программу наблюдений на пунктах территориальной наблюдательной сети государственного мониторинга поверхностных водных объектов Республики Татарстан.
Для исследования, были выбраны 4 крупные речные системы Восточного Закамья: р. ТТТетттма. и ее приток р. Кичуй, р. Степной Зай с притоком р. Зай, р. Ик, р. Мензеля. Были обработаны данные нескольких территориальных управлений: Прикамское, Приикское, Закамское и Юго-Восточное (22 пункта отбора проб). Анализ проводился в динамике за трехлетний период (2014-2016 гг.).
Предмет исследования - загрязнение водных объектов Восточного Закамья, изучаемое посредством данных гидрохимического анализа состава водных объектов. Химический состав водоемов определяется системой физикогеографических факторов (гидрометеорологические условия и подстилающая поверхность). В последнее время на химический состав воды влияет хозяйственная деятельность человека.
Данные мониторинга предоставлены лабораторией гидрологии Института проблем экологии и недропользования Академии наук Республики Татарстан.
Новизна — расчет индекса загрязненности воды по данным гидрохимического анализа поверхностных водных объектов Восточного Закамья РТ.
При проведении расчетов комплексных показателей с целью сравнительной оценки качества воды в различных пунктах наблюдений, на различных участках водных объектов, либо различных водных объектах используются материалы равной репрезентативности, т.е. должны быть идентичными перечень учитываемых ингредиентов, число взятых для рассмотрения результатов анализа, их полнота, распределение в течение рассматриваемого периода времени и т.д.
Достоинствами данного метода являются:
- простота определения,
- учет разнородных параметров,
- сопоставимость результатов.
Основные загрязнители исследуемых рек Восточного Закамья
После всех расчетов можно сделать следующие выводы.
Основными загрязнителями по которому фиксировалось наибольшее превышение ПДК в течении года на всех пунктах отбора проб в р. ТТТетттма.
В р. Кичуй основным загрязнителем в 2014 г. являлся марганец, в 20152016 гг. - марганец и железо
В р. Степной Зай в 2014 г. заметна четкая дифференциация загрязняющих веществ: с верхнего течения до г. Заинск в реке в основном превышена концентрация по таким веществам как нитриты, фосфаты и аммоний, а после г. Заинск и до места впадения Степного Зая в Каму преобладает превышение ПДК таких тяжелых металлов как марганец, медь, железо, цинк. Это обуславливается тем, что наибольшее кол-во предприятий, сбрасывающих сточные воды в р. Степной Зай расположены в г. Заинск и ниже. А в верховьях реки преобладают вещества, являющимися компонентами минеральных удобрений.
В 2014 -2015 гг. в р. Зай также преобладают такие загрязняющие вещества как аммоний, фосфаты и нитриты. В 2016 г. основным загрязнителем помимо нитритов и фосфатов, стал марганец.
В р. Ик в 2014 г. в основном превышены концентрации по таким веществам как марганец и кобальт. В 2015 г. к основным компонентам загрязнения прибавилась медь. В 2016 г. основными загрязняющими веществами являлись марганец, железо, медь.
В р. Мензеля в 2014 г. наблюдается превышение концентраций сразу по нескольким веществам: аммоний, фосфаты, фенол, марганец. А в 2015-2016 гг. преобладает только марганец.
Таким образом основным загрязняющим веществом региона является марганец. Предельно допустимая концентрация марганца в рыбохозяйственных водоемах равна 0,01 мг/дм3 (мг/л). Превышение ПДК именно по марганцу зафиксировано на всех исследуемых реках. Нередки случаи, когда ПДК превышается более чем в 10 раз. Максимальное содержание марганца приходится по большой части на весеннее половодье, именно в это время происходит активно происходят процессы водной эрозии в бассейнах рек.
Марганец входит в тройку самых распространенных элементов в земной коре среди тяжелых металлов. Процессы растворения горных пород являются основной причиной содержания соединений марганца в водных объектах. Он попадает в поверхностные водные объекты в результате выщелачивания железомарганцевых руд в почвогрунтовых горизонтах. В поверхностных водах в среднем содержится от 0 до 0,05 мг/л марганца, в подземных водах концентрация марганца колеблется в пределах 0,5 — 3 мг/л.
Другим тяжелым металлом, также играющим основную роль в загрязнении поверхностных водных объектов, является железо. Большое количество его в воде наблюдается в тех регионах, где источником водоснабжения является артезианская скважина. В поверхностных водах средней полосы России содержится от 0,1 до 1 мг/дм3 железа, в подземных водах содержание железа часто превышает 15-20 мг/дм3.
Главными источниками соединений железа в природных водах являются процессы химического выветривания горных пород, сопровождающиеся их механическим разрушением и растворением. Но стоит отметить, что промышленные сточные воды, в основном от предприятий черной металлургии и нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей отрасли, которые имеются в регионе, приумножают концентрацию в водоемах данного элемента.
Динамика среднегодового уровня ИЗВ на исследуемых реках
Таблица 2
год Шешма Кичуй Степной
Зай Зай Ик Мензеля
весна 3,3 2,7 3,5 3,4 4,8 8,85
лето 2,6 2,3 4 3,5 3,6 3,3
осень 3,6 2,7 4,2 2,9 2,8 85,7
зима 1,8 1,5 2,8 2 2,8 5,1
2014 2,8 2,3 3,6 3 3,5 25,7
весна 5,08 5,9 4,8 3,7 3,3 8,2
лето 2,5 5,8 5 4,9 3,4 6,15
осень 2,3 4,2 3,2 3 3,4 4,45
зима 2,43 3 3,1 1,8 4,9 4,65
2015 3,1 4,7 4,01 3,3 3,7 5,9
весна 6,7 6,55 5,7 3,7 4,3 3,5
лето 4,6 3,6 4,5 2 2,85 2,7
осень н/д н/д н/д н/д н/д н/д
зима н/д н/д н/д н/д н/д н/д
2016 5,6 5,1 5,1 2,9 3,6 3,1
В таблице приведены данные по усредненным значением ИЗВ на каждой реке по сезонам года и в среднем за год. Таким образом по результатам расчета ИЗВ в 2014 г. самой загрязненной рекой оказалась р. Мензеля. На данном водном объекте на разных пунктах наблюдения фиксировалось критическое превышение ПДК по таким веществам как аммоний, фосфаты, фенол и марганец, что отразилось на столь высоком уровне ИЗВ отрицательным качестве вод.
Загрязнение р. Мензеля носит антропогенный характер. На реке находится лишь одно предприятие, отводящее сточные воды непосредственно в реку. Скорее всего оно ответственно за фенольное загрязнение в начале 2014 г. Загрязнение аммонием и фосфатами является следствием смыва минеральных удобрений с сельскохозяйственных угодий, что так же является следствием сельскохозяйственной деятельности человека, но при помощи естественны факторов.
Наиболее чистой рекой в 2014 г. оказалась р. Кичуй. Ни одно предприятие не отводит сточные воды в данную реку, следовательно, загрязнение реки имеет по большой части естественный характер.
Среднегодовой ИЗВ р. Шешма за 2014 г. составил 2,8, р. Зай - 3,0, р. Ик - 3,5, р. Степной Зай - 3,6.
марганец. Как уже было сказано высокая концентрация элемента носит естественный характер. Критический уровень загрязнения р. Мензеля в 2014 г. носил скорее эпизодический характер, чем постоянный, так как в последующие годы столь высокого загрязнения не наблюдалось.
Менее загрязненной оказалась р. Шешма но, среднегодовой индекс загрязненности увеличился до 3,1 по сравнению с 2014 г. (2,8). ИЗВ р. Кичуй увеличился с 2,3 до 4,7 с 2014 г. Одним из основных загрязнителей наравне с марганцем являлись нитраты. Нитраты представляют собой соли азотной кислоты, которая является основным компонентом азотосодержащих удобрений. Нитраты попадают в воду благодаря поверхностному стоку с сельскохозяйственных полей, либо путем инфильтрации.
Согласно расчетам, ситуация с загрязненностью вод в исследуемых реках изменилась в худшую сторону в 2015 г. по сравнению с 2014 г. У всех рек, кроме Мензели, прослеживается повышение среднегодового индекса загрязненности минимум на 0,2 пункта. Это объясняется увеличением интенсивности береговой эрозии и размывания горных пород по берегам рек, а также ростом антропогенной нагрузки.
Таким образом по генезису можно выделить две группы загрязнения: естественное и антропогенное. К источникам природного загрязнения данного региона относятся гидросферные (источники и родники, имеющие высокую минерализацию, которые питают исследуемые реки) и литосферные (эрозия и выщелачивание горных пород).
Основными источниками загрязнения данного региона является коммунальные стоки (сбросы хозяйственно-бытовых вод), промышленные (отведение загрязненных и переработанных сточных вод) и сельскохозяйственные (стоки с пахотных полей и животноводческих ферм).
Таким образом, все поставленные задачи выполнены, а цель достигнута.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
