Помощь студентам в учебе
Оценка пространственно-временной изменчивости долевого участия суммы ионов натрия и калия в их речном стоке на примере геосистем Беломорско-Кулойского плато
|
Введение 4
Глава 1. Природная характеристика исследуемой территории 7
1.1. Рельеф 8
1.2. Геологическое строение 9
1.3. Климат 13
1.4. Почвенный покров 14
1.5. Гидрология 15
1.6. Растительность 17
Глава 2. Антропогенное влияние на исследуемую территорию 20
2.1. Месторождение алмазов 23
Глава 3. Глобальный цикл натрия 26
3.1. Глобальный цикл калия 28
Глава 4. Понятие временного метеорологического ряда 32
4.1. Сезонная декомпозиция 35
Глава 5. Исходные материалы и методика их обработки 37
5.1. Методика расчета ионного стока 37
5.2. Оценка долевого участия Na+ и К+, поступающих с атмосферными
осадками 40
5.3. Использование программы STATISTICA для обработки и анализа
данных 40
5.3.1. Анализ временных рядов 41
5.3.2. Трендовая компонента 41
5.3.3. Прогнозирование на основе тренда 43
5.3.4. Декомпозиция временных рядов 44
Глава 6. Анализ полученных результатов 47
6.1 Оценка многолетней изменчивости суммы ионов Na+ и К+ по
пятилетиям 47
6.2 Оценка влияния выбросов загрязняющих веществ на изменчивость
суммы ионов Na+ и К+ 50
6.3 Сезонная декомпозиция 54
Заключение 56
Список литературы
Глава 1. Природная характеристика исследуемой территории 7
1.1. Рельеф 8
1.2. Геологическое строение 9
1.3. Климат 13
1.4. Почвенный покров 14
1.5. Гидрология 15
1.6. Растительность 17
Глава 2. Антропогенное влияние на исследуемую территорию 20
2.1. Месторождение алмазов 23
Глава 3. Глобальный цикл натрия 26
3.1. Глобальный цикл калия 28
Глава 4. Понятие временного метеорологического ряда 32
4.1. Сезонная декомпозиция 35
Глава 5. Исходные материалы и методика их обработки 37
5.1. Методика расчета ионного стока 37
5.2. Оценка долевого участия Na+ и К+, поступающих с атмосферными
осадками 40
5.3. Использование программы STATISTICA для обработки и анализа
данных 40
5.3.1. Анализ временных рядов 41
5.3.2. Трендовая компонента 41
5.3.3. Прогнозирование на основе тренда 43
5.3.4. Декомпозиция временных рядов 44
Глава 6. Анализ полученных результатов 47
6.1 Оценка многолетней изменчивости суммы ионов Na+ и К+ по
пятилетиям 47
6.2 Оценка влияния выбросов загрязняющих веществ на изменчивость
суммы ионов Na+ и К+ 50
6.3 Сезонная декомпозиция 54
Заключение 56
Список литературы
Ионный сток служит важным показателем функционирования природно-территориальных комплексов, характеризующим перемещение и трансформацию веществ и энергии в водосборных бассейнах, а знание условий формирования стока играет ключевую роль в процессе изучения современного состояния водных объектов и его изменений в будущем. В рассматриваемой работе данная проблема была изучена на примере рек Золотица и Сояна, расположенных на территории Беломорско-Кулойского плато.
Выбор содержания ионов натрия и калия в компонентах окружающей среды исследуемого бассейна в качестве предмета исследования обусловлен, тем, что натрию и калию свойственна совместная миграция в окружающей среде, но при этом их поведение в биосфере сильно отличается. Натрий, например, отличается сильной миграционной активностью, накапливается в морской акватории, что обуславливает незамкнутый круговорот элемента. Калий, в свою очередь, активно включается в биологический круговорот, он поглощается биотой и глинистыми минералами. Поэтому оценка баланса исследуемых ионов на уровне элементарных геосистем - речных бассейнов, будет весьма показательна.
Административно территория Беломорско-Кулойского плато относится к территории Приморского, Пинежского и Мезенского районов Архангельской области. Выбор Беломорско- Кулойского плато обусловлен его уникальными природными условиями. Оно представлено массивом коренных северо-таежных лесов, которые принимают на себя основные нагрузки воздушных масс, поступающих из Арктики, и определяют климат Архангельской области и Европы в целом. Это хорошо сохранившийся в естественном состоянии природный комплекс, один из последних в Европе. Характерной особенностью
Беломорско-Кулойского плато является чередование растительных зон — тайги, лесотундры. Поэтому залесенность водосборов рек снижается по направлению к морю, а заболоченность — напротив, возрастает. Этот район представляет собой Архангельскую алмазоносную провинцию и относится к первоочередным объектам контроля окружающей среды (тест-полигонам) на территории Архангельской области.
В основу работы положена информация по наблюдениям за ионным составом речных вод, осуществляемым Северным территориальным управлением по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды за период с 2000 по 2007 гг., опубликованные в Гидрологических ежегодниках, Гидрохимических бюллетенях, Государственном водном кадастре.
Целью работы является оценка антропогенной составляющей в поступлении ионов натрия и калия в пределах элементарных геосистем на примере бассейнов рек Золотица и Сояна.
Основное внимание было уделено:
1) поступлению веществ в водные объекты из атмосферного воздуха (атмосферные осадки);
2) поступлению веществ из антропогенных источников;
3) изменению ионного стока в результате взаимодействий в системе «вода - порода».
В ходе работы необходимо было решить следующие задачи:
1. Собрать и систематизировать материалы многолетних наблюдений за содержанием ионов натрия, калия и жидким стоком за весь период наблюдений (1990-2007 гг.).
2. Дать характеристику району исследования.
3. Дать описание ионов натрия и калия. Их свойства, поведение в природной среде.
4. Описать методику.
5. Проанализировать структуру баланса ионов натрия и калия на территории выбранных водосборов и найти причинно-следственную связь изменчивости структуры баланса ионов натрия и калия под влиянием как природных (естественно-исторических), так и антропогенных факторов.
6. Методом анализа временных рядов провести оценку вклада случайной, сезонной и трендовой составляющих в изменчивость показателей ионов натрия и калия в поверхностном стоке рек.
Г.Н. Голубев (1999) рассматривает геоэкологию как междисциплинарное научное направление, изучающее экосферу как взаимосвязанную систему геосфер в процессе ее интеграции с обществом. В качестве объекта исследования в работе выступает ионный сток, который является индикатором состояния окружающей среды, находящейся под антропогенным прессом.
Выбор содержания ионов натрия и калия в компонентах окружающей среды исследуемого бассейна в качестве предмета исследования обусловлен, тем, что натрию и калию свойственна совместная миграция в окружающей среде, но при этом их поведение в биосфере сильно отличается. Натрий, например, отличается сильной миграционной активностью, накапливается в морской акватории, что обуславливает незамкнутый круговорот элемента. Калий, в свою очередь, активно включается в биологический круговорот, он поглощается биотой и глинистыми минералами. Поэтому оценка баланса исследуемых ионов на уровне элементарных геосистем - речных бассейнов, будет весьма показательна.
Административно территория Беломорско-Кулойского плато относится к территории Приморского, Пинежского и Мезенского районов Архангельской области. Выбор Беломорско- Кулойского плато обусловлен его уникальными природными условиями. Оно представлено массивом коренных северо-таежных лесов, которые принимают на себя основные нагрузки воздушных масс, поступающих из Арктики, и определяют климат Архангельской области и Европы в целом. Это хорошо сохранившийся в естественном состоянии природный комплекс, один из последних в Европе. Характерной особенностью
Беломорско-Кулойского плато является чередование растительных зон — тайги, лесотундры. Поэтому залесенность водосборов рек снижается по направлению к морю, а заболоченность — напротив, возрастает. Этот район представляет собой Архангельскую алмазоносную провинцию и относится к первоочередным объектам контроля окружающей среды (тест-полигонам) на территории Архангельской области.
В основу работы положена информация по наблюдениям за ионным составом речных вод, осуществляемым Северным территориальным управлением по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды за период с 2000 по 2007 гг., опубликованные в Гидрологических ежегодниках, Гидрохимических бюллетенях, Государственном водном кадастре.
Целью работы является оценка антропогенной составляющей в поступлении ионов натрия и калия в пределах элементарных геосистем на примере бассейнов рек Золотица и Сояна.
Основное внимание было уделено:
1) поступлению веществ в водные объекты из атмосферного воздуха (атмосферные осадки);
2) поступлению веществ из антропогенных источников;
3) изменению ионного стока в результате взаимодействий в системе «вода - порода».
В ходе работы необходимо было решить следующие задачи:
1. Собрать и систематизировать материалы многолетних наблюдений за содержанием ионов натрия, калия и жидким стоком за весь период наблюдений (1990-2007 гг.).
2. Дать характеристику району исследования.
3. Дать описание ионов натрия и калия. Их свойства, поведение в природной среде.
4. Описать методику.
5. Проанализировать структуру баланса ионов натрия и калия на территории выбранных водосборов и найти причинно-следственную связь изменчивости структуры баланса ионов натрия и калия под влиянием как природных (естественно-исторических), так и антропогенных факторов.
6. Методом анализа временных рядов провести оценку вклада случайной, сезонной и трендовой составляющих в изменчивость показателей ионов натрия и калия в поверхностном стоке рек.
Г.Н. Голубев (1999) рассматривает геоэкологию как междисциплинарное научное направление, изучающее экосферу как взаимосвязанную систему геосфер в процессе ее интеграции с обществом. В качестве объекта исследования в работе выступает ионный сток, который является индикатором состояния окружающей среды, находящейся под антропогенным прессом.
1. Анализ многолетней изменчивости стока Na+и К+в исследуемых бассейнах за период 1990-2007 гг, выявил, что среднее значение выпадения суммы ионов с атмосферными осадками для бассейна р. Золотица -2563 кг/км2, для бассейна р. Сояна - 2545 кг/км2. Такое количество поступления суммы ионов с атмосферными осадками обуславливается тем, что большая часть этого потока связана с переносом океанических солей, а также аккумуляцией выбросов загрязняющих веществ в осадках.
Среднее значение стока суммы ионов для бассейна р. Золотица - 4233 кг/км2, для бассейна р. Сояна - 6655 кг/км2. Такое различие может быть обусловлено различным геологическим строением.
2. Максимальные величины выпадений суммы ионов натрия и калия с атмосферными осадками в бассейне р. Золотица отмечаются в 1993-1997 гг. (3198 кг/км2). Минимальные же значения зафиксированы на протяжении 1998-2002 гг. (1576 кг/км2). Наибольшие величины показателей речного стока суммы ионов натрия и калия отмечаются в 1988-1992 и 1998 - 2002 гг, наименьшие в 1993-1997 гг.
3. По бассейну р. Сояна максимальные величины выпадения суммы ионов натрия и калия с атмосферными осадками отмечаются в 1993-1997 гг. Минимальные показатели отмечаются в 1998-2002 гг. Наибольшие величины показателей речного стока суммы ионов натрия и калия отмечаются в 1988-2002 гг, наименьшие в 1998-2002 гг.
4. Согласно проведенным расчетам, выявлено, что средний вклад атмосферных осадков в процесс формирования стока натрия и калия в бассейне р. Сояна составляет 37%. Аналогичный показатель для р. Золотица составляет 71%. Такая существенная разница в величинах объясняется более выраженным вкладом подземного стока в пределах бассейна р. Сояна, где указанный показатель достигает 27-30%, в то время как на территории водосбора р. Золотица подземный сток менее выражен - 9 %.
5. При анализе многолетней изменчивости сумма ионов Na+и К+, по бассейну р. Золотица, по пятилетиям максимальные величины долевого участия атмосферных осадков в стоке суммы ионов натрия и калия отмечаются в 1993-1997 гг. Минимальные - 1998-2002 гг. Долевое участие атмосферных осадков за период 1988 - 2007 изменилось в 5 раз.
По бассейну р. Сояна максимальные значения наблюдаются в 2003-2007 гг, минимальные - 1998-2002 гг. Долевое участие атмосферных осадков за период 1988 - 2007 изменилось в 2,95 раза.
При сравнении максимальных значений в исследуемых бассейнах, получаем, что в бассейне р. Золотица этот показатель больше в 2,53 раза. Это объясняется, как уже было указано выше, серьезным влиянием подземной приточности на показатели водного, а соответственно и ионного стока.
6. Максимум выпадения суммы ионов с атмосферными осадками в бассейне р. Золотица составляет 8096,93 кг/км2в 2007 г. Минимум 1188 кг/км2в 1999 г. Максимум стока суммы ионов составляет 6666,35 кг/км2в 2002 г. Минимум 2967,39 кг/км2в 2004 г. Максимум выбросов загрязняющих веществ зафиксирован в 1990 г.
Максимум выпадения суммы ионов с атмосферными осадками в бассейне р. Сояна составляет 8090,89 кг/км2в 2007 г. Минимум 1149,19 кг/км2в 1999 г. Максимум стока суммы ионов составляет 8207,21 кг/км2в 1991 г. Минимум 4650,78 кг/км2в 2004 г. Максимум выбросов загрязняющих веществ зафиксирован в 1990 г.
7. Пики выпадения суммы ионов с атмосферными осадками для бассейнов рек Золотица и Сояна наблюдаются в 2007 г, это связанно с большим количеством выпавших осадков. Такое количество поступления суммы ионов с атмосферными осадками обуславливается тем, что большая часть этого потока связана с переносом океанических солей.
8. Были проанализированы значения коэффициентов корреляции, мы видим, что прямая корреляционная связь наблюдается между суммарным объемом выбросов загрязняющих веществ г. Новодвинска и стоком суммы ионов, бассейн р. Золотица - 0,49; бассейн р. Сояна - 0,67.
9. Анализируя данные сезонной декомпозиции, мы видим, что тренд и цикл-тренд в бассейне р. Золотица больше нерегулярной компоненты, что говорит о том, что в балансе суммы ионов натрия и калия преобладает природная составляющая. В бассейне р. Сояна преобладает нерегулярная компонента, которая свидетельствует о преобладании внешних факторов, антропогенных составляющих. Высокая нерегулярная компонента свидетельствует о низкой предсказуемости.
Выполненные расчеты поступления ионов натрия и калия в рассматриваемые бассейны имеют весьма приближенный характер, но, тем не менее, позволяют получить общую картину условий формирования ионного стока и выделить наиболее важные из них.
Среднее значение стока суммы ионов для бассейна р. Золотица - 4233 кг/км2, для бассейна р. Сояна - 6655 кг/км2. Такое различие может быть обусловлено различным геологическим строением.
2. Максимальные величины выпадений суммы ионов натрия и калия с атмосферными осадками в бассейне р. Золотица отмечаются в 1993-1997 гг. (3198 кг/км2). Минимальные же значения зафиксированы на протяжении 1998-2002 гг. (1576 кг/км2). Наибольшие величины показателей речного стока суммы ионов натрия и калия отмечаются в 1988-1992 и 1998 - 2002 гг, наименьшие в 1993-1997 гг.
3. По бассейну р. Сояна максимальные величины выпадения суммы ионов натрия и калия с атмосферными осадками отмечаются в 1993-1997 гг. Минимальные показатели отмечаются в 1998-2002 гг. Наибольшие величины показателей речного стока суммы ионов натрия и калия отмечаются в 1988-2002 гг, наименьшие в 1998-2002 гг.
4. Согласно проведенным расчетам, выявлено, что средний вклад атмосферных осадков в процесс формирования стока натрия и калия в бассейне р. Сояна составляет 37%. Аналогичный показатель для р. Золотица составляет 71%. Такая существенная разница в величинах объясняется более выраженным вкладом подземного стока в пределах бассейна р. Сояна, где указанный показатель достигает 27-30%, в то время как на территории водосбора р. Золотица подземный сток менее выражен - 9 %.
5. При анализе многолетней изменчивости сумма ионов Na+и К+, по бассейну р. Золотица, по пятилетиям максимальные величины долевого участия атмосферных осадков в стоке суммы ионов натрия и калия отмечаются в 1993-1997 гг. Минимальные - 1998-2002 гг. Долевое участие атмосферных осадков за период 1988 - 2007 изменилось в 5 раз.
По бассейну р. Сояна максимальные значения наблюдаются в 2003-2007 гг, минимальные - 1998-2002 гг. Долевое участие атмосферных осадков за период 1988 - 2007 изменилось в 2,95 раза.
При сравнении максимальных значений в исследуемых бассейнах, получаем, что в бассейне р. Золотица этот показатель больше в 2,53 раза. Это объясняется, как уже было указано выше, серьезным влиянием подземной приточности на показатели водного, а соответственно и ионного стока.
6. Максимум выпадения суммы ионов с атмосферными осадками в бассейне р. Золотица составляет 8096,93 кг/км2в 2007 г. Минимум 1188 кг/км2в 1999 г. Максимум стока суммы ионов составляет 6666,35 кг/км2в 2002 г. Минимум 2967,39 кг/км2в 2004 г. Максимум выбросов загрязняющих веществ зафиксирован в 1990 г.
Максимум выпадения суммы ионов с атмосферными осадками в бассейне р. Сояна составляет 8090,89 кг/км2в 2007 г. Минимум 1149,19 кг/км2в 1999 г. Максимум стока суммы ионов составляет 8207,21 кг/км2в 1991 г. Минимум 4650,78 кг/км2в 2004 г. Максимум выбросов загрязняющих веществ зафиксирован в 1990 г.
7. Пики выпадения суммы ионов с атмосферными осадками для бассейнов рек Золотица и Сояна наблюдаются в 2007 г, это связанно с большим количеством выпавших осадков. Такое количество поступления суммы ионов с атмосферными осадками обуславливается тем, что большая часть этого потока связана с переносом океанических солей.
8. Были проанализированы значения коэффициентов корреляции, мы видим, что прямая корреляционная связь наблюдается между суммарным объемом выбросов загрязняющих веществ г. Новодвинска и стоком суммы ионов, бассейн р. Золотица - 0,49; бассейн р. Сояна - 0,67.
9. Анализируя данные сезонной декомпозиции, мы видим, что тренд и цикл-тренд в бассейне р. Золотица больше нерегулярной компоненты, что говорит о том, что в балансе суммы ионов натрия и калия преобладает природная составляющая. В бассейне р. Сояна преобладает нерегулярная компонента, которая свидетельствует о преобладании внешних факторов, антропогенных составляющих. Высокая нерегулярная компонента свидетельствует о низкой предсказуемости.
Выполненные расчеты поступления ионов натрия и калия в рассматриваемые бассейны имеют весьма приближенный характер, но, тем не менее, позволяют получить общую картину условий формирования ионного стока и выделить наиболее важные из них.