Критерии оценки экологического состояния реки Понура

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

"КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ"

(ФГБОУ ВПО «КубГУ»)

Кафедра органической химии и технологий

КУРСОВАЯ РАБОТА

Критерии оценки экологического состояния реки Понура

Работу выполнил

Миронков Д. А.

Научный руководитель

д.х.н, профессор Стрелков В.Д.

Нормоконтролер

Беспалов А.В.

Краснодар 2013



Содержание

Введение

1. Цели и задачи

2. Река Понура

2.1 Гидрология

2.2 Анализ почв бассейна реки Понура

3. Методика обследования реки

3.1 Предварительный сбор материалов

3.2 Визуальное обследование

3.3 Оснастка

3.4 Описание маршрута

3.5 Описание свалок мусора

3.6 Изучение гидрологических параметров водного объекта

3.7 Определение органолептических свойств воды

Цветность

Осадок

Мутность

Прозрачность

Запах

Метод определения нефтепродуктов тонкослойной хроматографией

Реактивы

Аппаратура

Посуда

Ход определения

Антропогенное воздействие на качество природных вод

Методы биологической очистки воды

Заключение

Список используемой литературы

Приложения

Введение

экологическое река вода органолептический

Проблема чистой воды и охраны водных экосистем становятся все более значимыми по мере усиления воздействия человека на природу. Малые реки являются важным звеном ландшафтных систем, поскольку выполняют функции регулятора их водного режима, обеспечивают перераспределение влаги, определяют гидрологическую и гидрохимическую специфику средних и крупных бассейнов и т.д. В последние десятилетия, когда резко возросли масштабы хозяйственной деятельности человека, и усилилось его влияние на природные условия, вопросы сохранения и рационального использования малых рек встали особенно остро.

Малые реки являются начальными звеньями крупных водных систем, и последствия отрицательного влияния хозяйственной деятельности человека на них проявляются раньше и резче. Серьезная экологическая проблема сложилась в бассейнах степных рек Кубани, однако они изучены мало и сведения о состоянии многих из них весьма фрагментарны. Особенно мало изученным оказался бассейн реки Понура, что и обусловило выбор нами темы исследований [1].



1. Цели и задачи

Целью настоящей работы является изучение современного экологического состояния бассейна реки Понура, и разработка мероприятий по улучшению функционирования его систем.

Для достижения поставленной цели нам необходимо решить следующие задачи:

1 Получить начальное представление о бассейне реки Понура.

2 Изучить методика комплексной оценки состояния бассейна степной реки.

3 Выделить роль человека в загрязнении реки.

Определить возможности биологической очистки степной реки.



2. Река Понура

Река Понура, является одной из малых степных рек Краснодарского края. Она берег свое начало в 4-х км западнее, станицы Динской (45 127 с. ш. 39 05х в. д.), от соединяющихся у станицы Новотитаровской двух рек - 1-я Понура и 2-я Понура, берущих начало из родниковых вод, далее она направляет свое течение на северо-запад. Река протекает по двум административным районам - Динскому и Калининскому. Ее длина составляет 97 км. У станицы Калининской река переходит в канал, который в свою очередь впадает в Понурский лиман и затем через Понурский канал впадает в Крутой Ерик.

2.1 Гидрология

Река имеет незначительное общее, падение и гидравлические уклоны и обладает спокойным, течением, В долине реки, на надпойменных слабовыраженных террасах и в прилегающих, балках распространены лугово-черноземные почвы. По мощности и генетическим горизонтам они аналогичны прилегающим черноземам и подразделяются на уровне родов на карбонатные и выщелоченные. Согласно классификации П.С. Кузина (1980), реки Азово-Кубанской равнины относятся к рекам с весенним половодьем и паводками в теплое время года. Половодье чаще всего начинается в первой половине февраля за счет таяния снега, нередко в сочетании с выпадающими осадками. Половодье отличается резким подъемом уровней, достигая максимума за 4-5 дней. Максимальное стояние уровней наблюдается всего 5-6 часов, затем наступает медленный спад. Продолжительность половодья в. среднем 1-2 месяца. Течение наблюдается во время весеннего половодья с наибольшей скоростью не более 0,6 - 0,7 м/с. Заканчивается половодье обычно в конце апреля - первой половине мая. В летний период возможны дождевые паводки при ливнях значительной интенсивности. В зимний период ледяной покров обычно не сплошной, с большими полыньями. Основными источниками питания реки Понура являются атмосферные осадки и грунтовые воды.

Минерализация воды сильно изменяется по сезонам года, заметно снижаясь, во время паводков, за счет разбавления снеговой и дождевой водой.

В настоящее время река Понура, как и все степные реки Краснодарского края, представляет собой каскад прудов со слабой проточностью, ее транспортирующая способность оказывается недостаточной для переноса веществ, поступающих в результате поверхностного стока с нарушенных площадей водосборного бассейна. В результате наблюдается заиление и обмеление реки, это в свою очередь вызывает целый ряд негативных экологических последствий: прекращение родникового питания, повышенную испаряемость воды с поверхности прудов, развиваются значительные площади тростниковых сообществ, которые за счет транспирации в 3 раза увеличивают потери воды.

Речная вода используются в основном сельскохозяйственным производством и коммунальными службами - на орошение, для наполнения хозяйственно-бытовых, противопожарных прудов, прудов для воспроизводства рыб, для организации отдыха и т.д.

Бассейн реки Понура расположен в междуречье Кубани и Кочеты и включает в себя - реки Понура, Первая Понура, Вторая Понура, балки

Осечки и Найдорфская и более 15 мелких притоков. Основной источник, питания реки Понура - атмосферные, осадки и грунтовые воды. В течение года отмечаются значительные колебания уровней и расходов воды. Половодье чаще всего начинается в феврале, за счет таяния снега и выпадения осадков, и длится в среднем 1,5 месяца. Подъем уровня грунтовых вод приводит к частичному подтоплению прилегающих земель.

Водосбросная площадь реки Понура 1196 км2, из них около 40 % речная равнина. Склоны долины невысокие- 10-15 метров, пологие. На реке Понура расположено 74 дамбы и большое количество прудов. Пруды в русле интенсивно заиливаются в результате распашки склонов до уреза воды.

Бассейн реки Понура представляет собой сложную природно-антропогенную систему, в пределах которой происходит взаимодействие естественных, урбанизированных, и аграрных ландшафтов. По берегам реки расположено большое число крупных и средних населенных пунктов с довольно развитой сетью сельскохозяйственных предприятий. Основная часть бытовых и производственных сточных вод сбрасывается в. реку.

2.2 Анализ почв бассейна реки Понура

Особая роль в бассейнах рек принадлежит пойменным почвам. Занимая сравнительно небольшую площадь, они играют значительную роль в ландшафте бассейнов рек. Поймы рек и их почвы теснейшим образом связаны через аллювий, поверхностные и грунтовые воды.

Почва, в отличие от других компонентов природной среды, не только геохимически аккумулирует компоненты загрязнений, но и выступает как природный буфер, контролирующий перенос химических элементов и соединений в атмосферу и гидросферу. Рассматривая взаимосвязь почвы с гидросферой, необходимо выделить ее основные функции - переход поверхностных вод в грунтовые, участие в формировании речного стока и биологической продуктивности рек, сорбционные и санитарные функции, защищающие от загрязнений.

Всестороннее познание и учет экологических функций почв позволяет в полной мере оценить их значение в общей проблеме охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов (Добровольский, 1986). Почва бассейна реки Понура, представлена черноземами - черноземом обыкновенным слабогумусным сверхмощным и черноземом типичным мало - и слабогумусным сверхмощным. В долине реки, на надпойменных слабовыраженных террасах и в прилегающих балках распространены лугово-черноземные почвы. По мощности и генетическим горизонтам они аналогичны прилегающим черноземам и подразделяются на уровне родов на карбонатные и выщелоченные.

Гранулометрическая характеристика почв. Согласно классификации Качинского, в исследуемых образцах содержание физической глины распределяется следующим образом: песок рыхлый (0-5 %); песок связной (5-10 %); суглинок легкий (20-30); средний (30-45), тяжелый (45-60); глина легкая (60-75 %). Принятое разделение гранулометрических фракций на физический песок и физическую глину очень важно, поскольку это позволяет классифицировать почвы на уровне разновидностей, и оценивать их физические свойства.

В пробах почв, в основном преобладает суглинок тяжелый (50 %), суглинок средний - (36), глина легкая (9%). Почвы водосборного бассейна реки Понура, в верхней, средней и нижней зонах речного ландшафта также не имеют значительных различий по гранулометрическому составу (табл.1).

Преобладающими фракциями являются крупно-пылеватая (30,39-68,81%) и пылеватая (9,19-39,64 %). В составе пылеватой фракции всех разновидностей отмечается повышенное содержание мелко-пылеватых частиц (17,41-39,64 %). Однако повышенное содержание мелко-пылеватых фракций не оказывает заметного отрицательного влияния на водно-физические свойства почвы.

Среднее содержание физической глины (меньше 0,01мм) примерно одинаково в поименных почвах различных зон по удаленности от уреза воды.

Содержание физической глины по среднему значению составляет 41,33-46,82 %. Однако содержание физической глины по точкам различных зон по удаленности от уреза воды колеблется в широких пределах 29,12 - 67,85%.

Таким образом, пойменные почвы реки Понура, отличаются хорошей водопроницаемостью и являются весьма рыхлыми, но они в значительной степени подвержены водной и ветровой эрозии, разрушающей береговую линию. Следовательно, требуется проведение масштабных мероприятий по укреплению береговой линии. В качестве берегоукрепляющих мероприятий рекомендуется рекультивация или облесение санитарной зоны кустарниками, древесными породами (акация, ива) и обязательное залужение многолетними злаково-бобовыми смесями.



3. Методика обследования реки

Представленная методика не ставит своей задачей описание всех известных методов мониторинга и оценки водных объектов. Для широкого внедрения предлагаются те методы, которые позволяют без специальной и сложной оснастки оперативно оценить состояние водного объекта, выявить проблемы и обосновать необходимость применения методов защиты и охраны. Следует помнить, что при работе на воде, необходимо соблюдать правила безопасности при полевых работах. Выбор объекта и планирование исследования. Объектом для изучения может стать любой водоем из тех, до которых можно добраться, чтобы была возможность провести неоднократное наблюдение[2].

Целью исследования, как правило, является оперативная оценка водного объекта и описание выявленных проблем. Для этого необходимо проведение наблюдений, описаний и измерений выбранных параметров, достаточных для оценки объекта.

Для анализа ситуации очень важно и полезно собрать всю доступную информацию о предполагаемом объекте исследований и зафиксировать ее не только в форме описательного отчета, но и в виде схем и карт. Следовательно, при планировании исследования надо выбрать карту исследуемого района, причем, чем подробнее -- тем лучше. Можно воспользоваться топографической картой, масштаба 1:200000 (т.е. 1 см на карте соответствует 2 км на местности), которая распространяется в свободной продаже. Можно использовать карты-схемы землепользования или лесных угодий, на которые нанесены водные объекты. Масштабы таких карт-схем обычно бывают от 1:10000 (в 1 см -- 100 м) до 1:150000 (в 1 см -- 1,5 км), что делает их очень удобными для маршрутных обследований. Однако такие карты-схемы не продаются в свободной продаже, но могут находиться в органах местной власти. Подобранные карты и схемы необходимо перекопировать на кальку, с нанесением только необходимой графической и семантической информации: контуров водного объекта, населенных пунктов, объектов, которые могут стать ориентирами для описания. Рисунок на кальке необходимо размножить (сделать ксерокопии) в таком количестве, чтобы их было не менее одного экземпляра на 2-х членов вашей исследовательской группы. На каждой копии обязательно должны быть указаны: название объекта исследований; масштаб; направление север-юг; названия нанесенных на карту населенных пунктов, рек, водоемов.

Кроме карт и схем, у каждого члена экспедиции (группы исследователей) должен быть свой полевой дневник, в который будут записываться результаты наблюдений. Еще одним этапом планирования является выбор конкретных мест исследования, так как оценка на всем протяжении реки нерациональна. Достаточно подробно описать только отдельные точки и створы. На остальном протяжении отмечаются лишь характерные особенности, которые заметны и без специальных исследований (например, сооружения: плотины, мосты, строения; заметные природные объекты: холмы, обрывы и пр.). По имеющимся картам и схемам заранее намечаются характерные точки и створы для проведения исследования. При изучении реки целесообразно выбрать положение точек наблюдения следующим образом: на расстоянии 100-200 м выше и ниже населенного пункта или сельскохозяйственного предприятия (считая от крайних домов и других построек), выше и ниже устья впадающих рек и ручьев, выше и ниже пересечения реки с дорогой или трубопроводом. Если в реку сбрасываются сточные воды, то участок обследования ниже места сброса намечают там, где происходит полное смешивание стоков с речной водой: 500 метров ниже створа, где производится сброс сточных вод. Для рек с плесами и водоемов (озер, водохранилищ) расстояние от места сброса до створа полного смешивания зависит от характера течения реки и ряда других причин. Если водный объект находится недалеко от места проживания исследователей, то целесообразно совершить предварительное обследование водоема без использования каких-либо приборов или оборудования.

3.1 Предварительный сбор материалов

Когда водоем выбран, необходимо собрать как можно более подробные исторические материалы о природном объекте, включающие сведения о состоянии водного источника в прошлом, его использовании местным населением, событиях произошедших на нем, традициях, обычаях, связанных с ним, о старом названии и т.д. Это исследование можно провести на основании изучения архивных документов, экспонатов местных краеведческих музеев, публикаций в прессе, художественных произведениях, опроса местных жителей[3].

Учет исторических изменений в каждом случае полевого обследования позволяет оценить правильность регулирования стока и других антропогенных воздействий. Кроме того, выявить и зафиксировать загрязненные участки, установив причины загрязнения и возможности их устранения. Результатом предварительного сбора материалов должен стать отчет произвольной формы, содержащий копии найденных материалов с указанием их источника. В случае невозможности получения копий необходимо составить конспект первоисточников со ссылками на места их хранения.

3.2 Визуальное обследование

Визуальное, или, рекогносцировочное обследование осуществляется для получения первоначальной общей картины экологического состояния водного объекта и выбора пунктов наблюдения. Рекогносцировка - предварительное обследование, основанное лишь на визуальном наблюдении и не требующее каких-либо особых инструментов и оборудования[4].



3.3 Оснастка

Полевой дневник (см. Приложение 1).

Справочники - определители объектов фауны и флоры.

Карта-схема (копии для каждого участника).

Рулетка или мерная веревка.

Фотоаппарат.

3.4 Описание маршрута

Выйдя на местность и продвигаясь по проложенному маршруту, необходимо отмечать на копиях карты все важное, что попадает в поле зрения. Для более удобного и быстрого нанесения всех деталей пользуются условными топографическими знаками (см. Приложение 2) и знаками антропогенного воздействия на водные объекты (см. Приложение 3). При необходимости можно ввести новые знаки и добавить их к общему списку, который должен быть приложен к заполненной карте.

Карты со временем устаревают, так как постоянно меняется обстановка, следовательно, сравнение нескольких карт за прошлые годы поможет увидеть характер изменения использования водного объекта и территории вокруг него. Вполне возможно, это поможет понять причины изменения качества воды и состояния водного объекта. Кроме составления карты, следует записывать в полевой дневник все, что показалось важным или интересным. Например: «река стала заметно шире», «в 300 м от берега расположена ферма», «на противоположном берегу - густые заросли кустарника», «посередине реки расположен небольшой остров, длиной около 20 м и шириной около 5 м», «вода очень грязная с запахом (цвет, мутность...), много мусора» и т.п. При необходимости, можно описывать состояние отдельных элементов речной долины, опираясь на составленный профиль (см. рис. 1).

Рис. 1. Профиль речной долины и ее основные элементы

При обследовании долины реки интерес представляют как природные особенности ее строения, так и хозяйственное использование, а также его экологические последствия. Следует отмечать местоположение следующих источников загрязнения:

хозяйственных построек, дорог, мест складирования различных материалов, гаражей, свалок мусора (отходов), пристаней, наличие набережных и бетонированных берегов и др.

Делать записи надо непосредственно на месте, так как многие интересные детали быстро забываются. Особенно полезными окажутся эти записи, если будет организовано повторное обследование через некоторое время (через месяц, через год …). Сравнив записи и нарисованные планы местности с новыми результатами, можно будет оценить изменения, произошедшие с рекой, с ее экологическим состоянием.

Кроме того ценной информацией могут быть фотографии тех мест, где проходил маршрут, сделанные в разное время. Фотосъемка -- очень полезный метод исследования, он помогает запечатлеть обнаруженные доказательства положительного или отрицательного воздействия человека на состояние реки, а также действия в помощь реке[4].

3.5 Описание свалок мусора

Мусор в непосредственной близости от русла реки - одна из наиболее распространенных причин возникновения экологических проблем водного объекта, поэтомунеобходимо уделять специальное внимание исследованию свалок отходов на берегах.

Для этого в полевой дневник вносятся данные обо всех выявленных мусорных свалках: местоположение, размер, время образования, возможная причина, описание мусора (с указанием процентного состава отдельных видов отходов), степень влияния мусора на водный объект.

Можно описать характер мусора, так как он говорит о причине возникновения свалок и о том, как можно их избежать в дальнейшем. Например, рядом с местом стоянки туристов вы нашли много мелких свалок консервных банок, фольги, полиэтиленовых пакетов. Чтобы избежать образования таких свалок в дальнейшем, на краю стоянки, подальше от уреза воды, можно вырыть небольшую яму, выложив ее дно и стены глиной или просто уплотнив землю. Если установить рядом табличку, с надписью «место для мусора», то в будущем многие люди будут аккуратно собирать мусор и складывать его в указанное место, а не разбрасывать вокруг.

При обследовании свалок помимо описания необходимо составить схему размещения отходов и указать ее местоположение на карте исследуемого участка. Кроме того, целесообразно сфотографировать свалку, как обзорно в окружающем ландшафте, так и детально, концентрируясь на различных видах мусора и особенностях места. Любая несанкционированная свалка - это нарушение, которое будет выявлено входе обследования. Следовательно, его результатом должно стать обращение в местные органы власти и органы государственного надзора с информацией о выявленных нарушениях (см. Приложение 5), которое сопровождаются подробным описанием свалки.

3.6 Изучение гидрологических параметров водного объекта

Вид реки, количество воды в ней, скорость ее течения значительно изменяется в течение года. Эти изменения связаны с теми естественными факторами, которые определяют поступление в реку питающих ее вод. Характерные особенности изменения состояния реки во времени называются ее гидрологическим режимом. Высота поверхности воды в сантиметрах, которую отсчитывают от некоторой принятой постоянной отметки, называется уровнем воды. В годовом цикле жизни реки обычно выделяют такие основные периоды (их называют фазами гидрологического режима): половодье; паводок; межень[5].

Половодье - это время самой большой водности реки. В Западной Сибири половодье обычно приходится на время после весеннего снеготаяния, когда потоки талой воды со всего водосбора устремляются к руслу главной реки и ее притокам. Количество воды в реке увеличивается очень быстро, река буквально «вспухает», может выйти из берегов и затопить пойменные участки. Половодье регулярно повторяется каждый год, но может иметь различную интенсивность.

Паводок - быстрый и сравнительно кратковременный подъем уровня воды в реке. Паводки происходят, как правило, в результате выпадения дождей, ливней летом и осенью или во время оттепелей зимой. Они обычно случаются каждый год, но, в отличие от половодья, нерегулярно.

Межень - самая маловодная фаза водного режима. На наших реках различают два периода межени -- летнюю и зимнюю. В это время атмосферные осадки не могут обеспечить достаточного питания реки, количество воды в ней значительно уменьшается, большая река может превратиться в маленький ручеек и жизнь в ней поддерживается в основном за счет подземных источников питания -- родников и ключей.

Для оперативной оценки состояния водных объектов предлагается определение только тех гидрологических параметров, которые помимо своего значения можно достаточно легко определить. В этом случае, без существенных материальных затрат можно выявить проблемные объекты, которые следует подвергнуть более детальному обследованию с применением специальных методик.

Составление профиля живого сечения реки

Параметром, который используется для определения расхода воды в реке, является площадь живого сечения. Живым сечением реки называется та часть русла, по которой осуществляется сток воды. Оно ограничено дном реки и уровнем воды (урезом)[5].

Для расчета площади живого сечения, необходимо построить его профиль на основе промера глубин , вдоль выбранного створа. Для этого на прямолинейном участке реки определяется створ, направленный перпендикулярно к течению и количество промерных точек , в зависимости от ширины реки: для реки или ручья шириной до 1 м достаточно 2-3 промерных точек, на реках шириной 1-10 м -- через 0,5м, на реках шириной 10-50 м - через 1 м, при ширине русла более 50 м промеры производятся не реже чем через расстояние, соответствующее 5-10 % от ширины реки.

Порядок измерения глубины и ширины реки

1. На выбранном створе исследуемой реки, поперек течения (это важно!) натягивается размеченная веревка и по ней определяется ширина реки.

2. В соответствии с измеренной шириной определяют число промерных точек и их положение на створе. При этом первая и последняя точки должны находиться непосредственно на урезе воды.

3. Продвигаясь вдоль веревки на лодке, в назначенных точках промерная рейка опускается до дна и фиксируется деление, на уровне которого находится вода -- это и есть глубина реки в данном месте.

4. Данные измерений заносятся в виде таблицы в полевой дневник в соответствующий раздел (см. Приложение 1).

Одновременно в дневник обязательно заносят данные о дате и времени выполнения промеров и указывают местоположение створа. Также отмечается характер грунта, наличие и характер растительности в русле реки.

По данным измерений строится поперечный профиль русла реки (см. рис. 2), на основании которого рассчитывается площадь водного сечения, как сумма площадей простых геометрических фигур, образованных промерными вертикалями. Этими фигурами могут быть прямоугольные трапеции (S2, S3 и S5), прямоугольники (S4) или прямоугольные треугольники (S1), площадь которых определяется по правилам: Площадь прямоугольной трапеции равняется произведению полусуммы оснований (например, h1 и h2) на высоту (b2): S2 = (h1*h2)/b2, Площадь прямоугольного треугольника - половине произведения катетов (b1 и h1): S1 = (b1*h1)/2, Площадь прямоугольника - произведению двух его сторон (b4 и h4): S4 = b4*h4.

В нашем случае, основаниями, катетами и сторонами фигур будут измеренные глубины и расстояния между промерными точками. Полученную площадь сечения необходимо записать в полевой дневник в соответствующий раздел.

Рис. 2. Площадь поперечного сечения русла:

S = S1+S2+S3+S4+S5 м2

Наблюдение за уровнем воды

Данные о регулярных измерениях уровня с точным указанием местоположения створа, времени проведения наблюдения и особенностей погоды представляют собой ценную информацию, которая должна периодически собираться для объективной оценки состояния реки.

В России на некоторых водных объектах устанавливаются государственные посты наблюдений за уровнем, которые состоят из специальных приспособлений для измерения уровней и имеют точную топографическую отметку, что дает возможность сравнивать показания разных постов между собой и оценивать общую ситуацию на территории водосбора, бассейна и т.п. Если в районе наблюдения отсутствует государственный водомерный пост, то можно организовать свой временный водомерный пост. Конечно, его данные нельзя будет сравнить с данными наблюдений системы государственной службы, тем не менее, можно будет проследить изменение уровня воды в реке от сезона к сезону и от года к году. Пост можно использовать и как место взятия проб при гидрохимических наблюдениях. Практически для любого водоема может быть организован свайный водомерный пост (см. рис. 3 а). Для его организации изготавливаются специальные сваи: деревянные или металлические, с яркими оголовками, чтобы они были хорошо заметны.

Первой устанавливается свая, расположенная на уровне нуля графика (5 на рис. 3). Затем выше нее, через определенную высоту (0,5 м, 1 м) с помощью нивелира устанавливаются другие сваи. Количество свай зависит от крутизны берега и амплитуды колебания уровня. Для измерения уровней воды применяется металлическая переносная водомерная рейка с делениями 1 см. Для определения уровня водомерную рейку ставят на ближайшую к берегу погруженную в воду сваю, и замечают отметку уровня воды. К относительной высоте сваи прибавляют измеренную высоту воды над сваей и получают отметку уровня воды. Например, свая № 4 находится на высоте 100 см над нулем графика и скрыта под водой на 12 см. Следовательно, уровень воды находится на отметке Н = 100+12=112 см.

Однако самым удобным способом обустройства водомерного поста является использование постоянной рейки, закрепленной на опоре моста через реку (рис. 3 б), на которую наносится разметка на деления, желательно яркой масляной краской. Рейка устанавливается на стороне моста, обращенной вниз по течению, чтобы во время ледохода ее не сломало и не сорвало проходящими льдинами[5].

Рис. 3. Устройство водомерных постов

(а -- свайного, б -- реечного)

Измерения уровня надо проводить с точностью до одного сантиметра. За начальную отметку измерений принимают отметку ниже самого низкого уровня. Ее лучше всего отметить в конце лета, в период глубокой межени.

Наблюдения за уровнем воды на гидрологических постах обычно ведутся дважды в день -- в 8 и в 20 часов, но можно ограничиться и одноразовым утренним наблюдением. Если нет возможности измерить уровень воды точно в это время, то можно измерять в любое время, отмечая при этом время и дату наблюдения. В период половодья, когда вода в реке прибывает особенно быстро, наблюдения проводятся через 3-6 часов. То же относится и к периодам сильных дождей и паводков на реке. Полученные данные записываются в полевой дневник в соответствующий раздел (см. Приложение 1). По полученным данным можно построить график колебания уровня воды за период наблюдений.

Определение скорости течения реки

Наиболее простым и доступным способом измерения скорости течения воды является использование поверхностных поплавков.

Оснастка

Полевой дневник (см. Приложение 1). Поверхностные поплавки. Рулетка или мерная веревка. Секундомер или часы с секундной стрелкой.

Поверхностные поплавки могут быть изготовлены в виде деревянных кружков (спилов дерева) диаметром 10-20 см, толщиной 3-5 см, окрашенных в яркий цвет. Поверхностная скорость определяется при известном пройденном поплавком расстоянии и затраченном времени.

Перед началом измерений вдоль берега вверх и вниз от выбранного створа (того, на котором определяли глубину), с помощью рулетки откладывают прямые линии, дли-на которых примерно в 2 раза больше ширины реки. В концах измеренных отрезков перпендикулярно течению реки приметными вешками размечают два створа -- верхний (расположен выше по течению) и нижний (соответственно ниже по течению). Промерный створ теперь расположен посредине и называется главным (см. рис. 4).

Рис. 4. Схема расположения створов при измерении скорости течения реки поплавками

Поплавки запускают в реку в 5-10 м выше верхнего створа, чтобы при прохождении верхнего створа поплавок уже имел скорость речного потока. Количество поплавков зависит от ширины изучаемой реки, для малой реки достаточно 4-5 штук. Их стараются по возможности запускать равномерно по ширине реки, но если у берегов много растительности, прибрежных участков нужно избегать. Поплавки надо нумеровать в порядке их пуска, и каждый последующий запускать лишь после того, как предыдущий поплавок прошел нижний створ.

Порядок измерения скорости течения поверхностными поплавками

1. Наблюдатели занимают места у своих створов. Если створы отмечены вешками, наблюдатель должен стоять так, чтобы при взгляде на противоположный берег одна вешка закрывала другую.

2. Поплавки запускаются в 5-10 м выше верхнего створа. Если река мелкая, то запускать поплавки можно, войдя прямо в реку.

3. При прохождении поплавка через верхний створ запускается секундомер.

4. При прохождении среднего створа фиксирует время, не выключая секундомер.

5. При прохождении нижнего створа фиксируется время, а секундомер выключается.

6. Все данные записываются в полевой дневник.

Процедура повторяется со следующим поплавком, а данные наблюдения записываются в таблицу (см. Приложение 1).

Определив поверхностную скорость течения, можно найти среднюю скорость течения для данной вертикали. Установлено, что для небольших рек она составляет 70-90% от поверхностной скорости в зависимости от строения дня и берегов[6].

3.7 Определение органолептических свойств воды

Органолептическая оценка является важным и наиболее доступным для любых исследователей этапом гидрохимических наблюдений, которые можно осуществить без использования специальных приборов. При этом выполняется предварительная оценка состояния водного объекта, определяются источники воздействия, выявляются причины ухудшения качества воды.

Органолептические характеристики воды: цветность, прозрачность, запах, вкус и привкус, пенистость, количество взвешенных веществ.

Цветность природных вод

Обусловлена, как правило, присутствием гумусовых окрашенных органических веществ, которые попадают в природную воду вследствие вымывания из почв. Количество этих веществ зависит от геологических условий в долине реки, наличия водоносных горизонтов, характера почв, наличия болот и торфяников в бассейне реки и т.п. Например, реки, вытекающие из болот, имеют желтую, красноватую или коричневую окраску, так как содержат много гумусовых веществ.

Сточные воды красильных, кожевенных и химических производств также могут создавать интенсивную окраску воды.

Определение цветности проводят в разные сезоны гидрологического года: зимнюю межень, половодье (на подъеме, на пике и на спаде), летне-осеннюю межень и во время паводков. Для определения цветности необходима пробирка, которую заполняют водой до высоты 10-12 см. Если вода очень мутная, то перед определением цветности ее следует отфильтровать. Затем воду рассматривают сверху на белом фоне при боковом естественном освещении и определяют цветность в соответствии с общепринятой шкалой: слабо-желтоватая; желтая; интенсивно желтая; коричневая; красно-коричневая.

Результаты наблюдений записываются в полевой дневник. Нужно учитывать, что в соответствии с санитарными требованиями к качеству воды в зонах отдыха окраска воды не должна обнаруживаться визуально в столбике высотой 10 см. Для питьевой воды это значение составляет 20 см.[7].

Осадок

Взвешенные вещества, присутствующие в природных водах, состоят из частиц песка, глины, других нерастворенных неорганических соединений, а также живых микроорганизмов, водных организмов и их отмерших остатков. Количество взвеси зависит от пород и почв, слагающих русло, от размера взвешенных частиц, скорости потока, что связано с сезонными изменениями и режимом стока, а также от влияния хозяйственной деятельности человека. Взвешенные частицы влияют на прозрачность воды и на проникновение в нее света, на температуру и качество поверхностных вод. Они аккумулируют многие загрязняющие вещества, содержащиеся в воде, например, токсичные

тяжелые металлы (медь, никель, цинк и другие). Часть взвешенных веществ со временем выпадает в осадок. Таким образом, по осадку можно судить о состоянии воды.

Порядок исследования осадка

1 Набрать в мерный цилиндр значительное количество воды (1 литр).

2Дать воде отстояться в течение часа.

3 Отметить в Полевом дневнике следующую информацию: объем осадка: незначительный, заметный, большой (с помощью линейки можно

измерять высоту осадка); характер осадка: хлопьевидный, илистый, глинистый, песчаный; цвет осадка: серый, коричневый, бурый.

4После выпадения осадка описать состояние воды: осветление незначительное, слабое, сильное; вода стала прозрачной[4].

Мутность

Мутность воды обусловлена наличием в воде очень мелких частиц и микроорганизмов, способных рассеивать свет. Для определения мутности необходимо набрать воду в пробирку и поместите ее перед источником света. Посмотрев сквозь пробирку

перпендикулярно направлению лучей света, можно определить мутность пробы, в соответствии со следующей шкалой: прозрачная; слабо мутная; мутная; очень мутная. Данные наблюдений записываются в полевой дневник[3].

Прозрачность

Прозрачность (или светопропускание) природных вод обусловлена их цветом и мутностью, то есть содержанием в них различных растворенных и взвешенных органических и минеральных веществ. Это очень важная характеристика качества воды. Менее прозрачная вода сильнее нагревается у поверхности (в случае, когда нет интенсивного перемешивания воды за счет ветра или течения). Так как теплая вода имеет меньшую плотность, то нагретый слой располагается над холодной и поэтому более тяжелой водой. Этот эффект расслоения воды называется стратификацией водного объекта (обычно водоема - пруда или озера). Стратификация приводит к снижению содержания кислорода на глубине, что в свою очередь губительно для водоема.

Определение прозрачности

С использованием мерного цилиндра

Исследуемую воду понемногу наливают в мерный стеклянный цилиндр диаметром 2,5 см и более, высотой около полуметра (не менее 30 см), и взбалтывают. Цилиндр располагают на высоте около 4 см над хорошо освещенным четким черным текстом средней жирности высотой 3,5 мм на белом фоне. При этом определяют высоту столба жидкости, через который удается прочитать текст сквозь воду в цилиндре.

2. Непосредственно в водном объекте.

Мерой прозрачности в этом случае служит высота столба жидкости, с которой можно видеть медленно опускаемый в воду диск Секки или различать на помещаемой в водную толщу белой бумаге шрифт средней жирности высотой 3,5 мм. Диск опускают в воду с лодки с теневой стороны и замеряют глубину, на которой диск исчезает из поля зрения. Измерение следует проводить несколько раз, определяя среднюю глубину как меру прозрачности. Результаты определений выражают в сантиметрах с указанием способа измерения и записывают в Полевом дневнике. Вода считается непригодной для питья без специальной подготовки, если прозрачность составляет менее 30 см.[5].

Запах

Запах воды вызывают летучие пахнущие вещества, поступающие в воду в результате процессов жизнедеятельности водных организмов, при биохимическом разложении органических веществ, а также с промышленными, сельскохозяйственными и хозяйственно-бытовыми сточными водами. На запах воды оказывают влияние многие факторы: состав содержащихся в ней веществ, температура, величина рН, степень загрязненности водного объекта, биологическая обстановка, гидрологические условия и т.д. Различают запахи искусственного и естественного происхождения. Запахи естественного происхождения Ароматический: огуречный, цветочный;

Болотный: илистый, тинистый;

Гнилостный: фекальный, навозный;

Древесный: мокрой щепы, древесной коры;

Землистый: прелый, свежевспаханной земли;

Плесневой: затхлый;

Сероводородный: тухлых яиц;

Неопределенный.

3.8 Метод определения нефтепродуктов тонкослойной хроматографией

Принцип метода. Метод основан на выделении нефтепродуктов из воды экстракцией четыреххлористым углеродом, концентрировании экстракта и хроматографическом отделении нефтепродуктов в тонком слое окиси алюминия в смеси органических растворителей: петролейный эфир :четыреххлоритстый углерод : уксусная кислота (70:30:2). Количественное определение нефтепродуктов производится люминесцентным методом. Метод предназначен для анализа вод с содержанием нефтепродуктов выше 0,02 мг/л. Люминесцентное определение основано на способности входящих в состав нефтепродуктов ароматических, особенно полициклических конденсированных углеводородов под действием ультрафиолетовых лучей (300-400 нм) интенсивно люминесцировать в коротковолновой области спектра (343 нм, 23040 см-1)[7].

Реактивы

1. Окись алюминия, безводная

2. Четыреххлористый углерод, CСl4, ч.д.а.

3. Сернокислый натрий Na2SO4, безводный, х.ч.

4. Петролейный эфир, х.ч.

5. Гексан, С6Н14, х.ч.

6. Уксусная кислота, СН3СООН, ледяная, ч

7. Подвижный растворитель (петролейный эфир (или гексан) : четыреххлористый углерод : ледяная уксусная кислота)

70 г петролейного эфира или гексана, 30 мл четыреххлористого углерода и 2 мл ледяной уксусной кислоты встряхивают в склянке с притертой пробкой. Готовят непосредственно перед употреблением, используют в течение рабочего дня.

8. Фильтры бумажные, белая лента, d = 6 см

Аппаратура

1. Флюориметр (для люминесцентного определения), первичный светофильтр (300-400 нм), вторичный светофильтр (?люмен. = 434 нм) с эталоном.

2. Осветитель ртутно-кварцевый с лампой ПРК-4 и синим светофильтром (400 нм) типа ОЛД-1 -1 шт.

3. аппарат для встряхивания жидкостей типа АВУ-1 - 1 шт.

4. Приспособление для нанесения тонкого слоя окиси алюминия (незакрепленного) толщиной 1 мм - валик - 1 шт.

5. Вентилятор - 1 шт

6. Сушильный шкаф - 1 шт.

Посуда

1. Хроматографические пластинки 9х12 - 2 шт.

2. Делительные воронки на 1 л - 1шт.

3. Колбы конические 50 мл - 1 шт.

4. Колба мерная 100 мл - 1 шт.

5. Пробирка с притертой пробкой, с отметкой 10 мл - 1 шт.

6. Пипетки 5 мл - 1 шт.;

1 мл - 1 шт.

7. Микропипетка с оттянутым концом и капилляр - 1 шт.

8. Тигель стеклянный, dвнутр .= 0,15 мм, h = 25 мм

9. Кристаллизатор, d = 20см с притертой крышкой - 1 шт.

10. Воронка, d = 4 см - 1 шт.

Ход определения.

Пробу воды объемом 0,5-1 л помещают в делительную воронку, добавляют 25 мл четыреххлористого углерода и смесь встряхивают несколько раз, открывая пробку для выпускания паров растворителя. Затем пробу помещают в аппарат для встряхивания и экстрагируют в течение 30 мин. Делительную воронку укрепляют в штативе и оставляют на 15-20 минут до полного расслоения слоев жидкости. Затем открывают кран и слой четыреххлористого углерода сливают в коническую колбу с притертой пробкой.

Экстракт сушат 5 г безводного сульфата натрия в течение 30 минут и сливают в стеклянный тигель. Растворитель в тигле удаляют испарением при комнатной температуре под током воздуха от вентилятора. Эту операцию следует проводить в вытяжном шкафу.

После полного испарения растворителя находящийся в тигле концентрат количественно (омывая несколько раз стенки тигля малыми порциями четыреххлористого углерода) переносят на предварительно подготовленную хроматографическую пластинку с незакрепленным слоем окиси алюминия. Концентрат помещают на середину полосы сорбента на расстоянии 0,6-0,7 см от нижнего края так, чтобы диаметр пятна не превышал 0,5 см. Для этого концентрат наносят малыми (0,005 мл) порциями после испарения растворителя из предыдущей порции экстракта. Не следует наносить на одну полосу более 0,5 мг нефтепродуктов, так как при этом ухудшается разделение смеси.

Хроматографичесую пластинку с нанесенными на ее полосы пробами помещают в стеклянную хроматографичесую камеру, насыщенную парами подвижного растворителя под углом 20о. Толщина слоя подвижного растворителя 0,5 см. Пятна с нанесенными пробами на должны быть ниже слоя растворителя. Через 3 минуты, когда фронт подвижного растворителя достигнет верхнего слоя окиси алюминия, пластинку вынимают и выдерживают в вытяжном шкафу в течение 10-15 минут для испарения растворителя.

Пластинку помещают подультрафиолетовый осветитель и наблюдают хроматографические зоны: голубую с Rf = 0,9 (углеводороды), желтую с Rf = 0,4 (смолы) и коричневую с Rf = 0 (асфальтены и др.). Отмечают границы голубой зоны (нефтепродуктов), количественно переносят ее в воронку с бумажным фильтром и элюируют нефтепродукты 4 мл четыреххлористого углерода.

Измеряют интенсивность люминесценции элюатов в ультрафиолетовой области спектра.

Интенсивность люминесценции измеряют на флюориметре с первичным светофильтром 320+390 нм и вторичным 400+580 нм. Установку диафрагмы производят по эталону.

Содержание нефтепродуктов находят по соответствующему калибровочному графику.



4. АНТРОПОГЕННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА КАЧЕСТВО ПРИРОДНЫХ ВОД

Можно выделить следующие наиболее очевидные тенденции в изменении качества природных вод под влиянием хозяйственной деятельности людей:

1. Снижается рН пресных вод в результате их загрязнения серной и азотной кислотами из атмосферы, увеличивается содержание в них сульфатов и нитратов.

2. Подкисленные дождевые воды, стекая по поверхности суши и просачиваясь в нижние слои почвы, лучше растворяют карбонатные и другие породы, что вызывает увеличение содержания ионов кальция, магния, кремния в подземных и речных водах.

3. Повышается содержание в природных водах фосфатов (>0.1 мг/л), нитратов, нитритов и аммонийного азота.

4. Повышается содержание в природных водах ионов тяжелых металлов, прежде всего свинца, кадмия, ртути, мышьяка и цинка.

5. Повышается содержание солей в поверхностных и подземных водах в результате их поступления со сточными водами, из атмосферы за счет смыва твердых расходов. Например, солесодержание многих рек ежегодно повышается на 30-50 мг/л и более. Из 1000 т городских отходов в грунтовые воды попадает до 8 т растворимых солей.

6. Увеличивается содержание в водах органических соединений, прежде всего биологических стойких, в том числе синтетических ПАВ, гетероорганических соединений (пестицидов и продуктов их распада) и других токсичных, канцерогенных и мутагенных веществ.

7. Катастрофически снижается содержание кислорода в природных водах, прежде всего в результате повышения его расхода на окислительные процессы, связанные с эвтрофикацией водоемов, с минерализацией органических соединений, а также вследствие загрязнения поверхности водоемов гидрофобными веществами и сокращения доступа кислорода из атмосферы. В отсутствии кислорода в воде развиваются восстановительные процессы, в частности сульфаты восстанавливаются до сероводорода.

8. Существует потенциальная опасность загрязнения природных вод радиоактивными изотопами химических элементов.



5. МЕТОДЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ВОДЫ

В настоящее биологической очистке подвергается большинство промышленных и бытовых сточных вод перед их сбросом в водоемы. Принцип биологической очистки стоковсостоит в том, что при некоторых условиях микробы способны расщеплять органику до простых веществ, таких как вода и углекислый газ[8].

Биологические методы очистки сточных вод могут быть разделены на два типа, по типам микроорганизмов, участвующих в переработке загрязнителей стоков:

1 аэробные биологические методы очистки промышленныхи бытовых сточных вод (микроорганизмам при их жизнедеятельности необходим кислород)

2 очистка стоков анаэробными микроорганизмами (которые живут без кислорода).

Методы очистки сточных вод с участием аэробных бактерий разделяются по типу емкости, в котором происходит окисление стоков. Емкостью может быть и биопруд, и биологический фильтр, и поле фильтрации. Однако суть самого метода очистки сточных вод, а именно минерализация органики остается неизменной. В естественных условиях очистка сточных вод происходит на полях фильтрации и в биопрудах.

Поля фильтрации - это специальные участки, отведенные для сброса загрязненных сточных вод и заселенные почвенными аэробными бактериями. При попадании в почву, вредная органика сточных вод подвергаются окислению микроорганизмов, с конечным образованием углекислого газа и воды. Одновременно с процессами переработки органики сточных вод, имеет место синтез биомассы бактерий.

Аэробное оксидация в биопрудах является процессом минерализации органики сточных вод под действием бактерий, живущих в воде. Биопруды являются водными объектами, в которых создано благоприятные для жизни микроорганизмов условия, такие как малая глубина, большое количество водорослей, насыщающих воду кислородом и т.п. Строительство биопрудов может быть использовано и для очистки производственных сточных вод, и для очистки рек, впадающих в водохранилища.

Препятствием более широкого использования биопрудов и полей фильтрации является их сезонная работа, небольшая производительность по очистке стоков, необходимость отвода крупных площадей земли.

В процессе очистки сточных вод в биологических фильтрах обработка стоков микробами проходит в искусственных сооружениях. В данных сооружениях в течение длительного времени могут поддерживаться оптимальные параметры для жизни микроорганизмов - значения температуры, рН, концентрации кислорода в воде и т.д. Очистка сточных вод в биологических фильтрах имитирует очистку микроорганизмами стоков на почве. Очистка сточных вод в аэротенках аналогична очистке в водоемах[4].

Аэротенк - это емкость глубиной до 5-6 метров, которая имеет устройство нагнетания воздуха. Внутри аэротенка живут колонии микроорганизмов - на хлопьях ила. Данные колонии перерабатывают органику сточных вод. После аэротенков чистая вода подается в отстойники. В отстойниках происходит осаживание активного ила с его последующим частичным возвращением обратно в резервуар.

Биологический фильтр - это заполненная крупно зернистым материалом емкость. На частицах данного материала живут колонии микроорганизмов. Биологические фильтры легче обслуживать, нежели аэротенки. Они более надежны и способны переносить перегрузки по загрязнению и объему сточных вод. Как для любых биологических сообществ, для устройств биологической очистки стоков существуют предельные концентрации загрязнений, припревышение которых микроорганизмы могут погибнуть[9].

В случае,если сточные воды содержат высокие концентрации органики, наиболее перспективным методом очистки стоков является анаэробный метод. Преимущество данного метода очистки заключается в меньших эксплуатационных расходах, так как в этом случае нет необходимости проводить аэрацию воды.

Анаэробные реакторы, как правило, представляют собой металлические резервуары, содержащие минимумальное количество сложного нестандартного оборудования. Однако жизнедеятельность анаэробных микроорганизмов связан с выделением в воздух метана, что требует организации специальной системы наблюдения его концентрации. Указанные выше методы очистки сточных вод применимы, если концентрации определенных загрязняющих агентов не превышает допустимые величины. Как правило, необходимо проводить три-четыре ступени предварительной очистки стоков. Кроме этого для сброса очищенных сточных вод в водоемы после биоочистки, бывает необходима их доочистка - например, при помощи озонирования.

Технологические схемы промышленной очистки сточных вод в аэротенках и их конструкции весьма разнообразны, что обусловлено специфичностью их состава и необходимостью подбора в каждом отдельном случае наиболее благоприятного варианта биохимического окисления.

Различные схемы и конструкции аэротенков классифицируют по двум направлениям:

-по способу подачи на аэротенки сточной воды и активного ила и отвода иловой смеси;

-по способу аэрации (обеспечения процесса и очистки кислородом).

Классификация по первому направлению позволяет разделить применяемые очистные сооружения на три основные группы:

- аэротенки, где поступающая сточная вода и активный ил практически не смешиваются с водой, уже находящейся в них (вытеснители);

- аэротенки, где происходит быстрое и полное перемешивание поступающих воды и ила со всем объемом жидкости (смесители);

- аэротенки с различными вариантами рассредоточения подачи воды и активного ила (неполного смешения).

- В каждой из этих групп возможны схемы с регенерацией или без регенерации активного ила. Кроме того, из аэротенков указанных групп можно комбинировать различные варианты двухступенчатой биологической очистки. Достаточно широкое распространение получили аэротенки, в основном смесители, совмещенные сотстойниками. Существуют также конструкции с фильтрами - фильтротенки и с заполнителями различного вида - биотенки[10].

Классификация аэротенков по системам аэрации позволяет выделить две основные группы: с пневматической аэрацией и с механической аэрацией.

Наряду с этими двумя группами встречаются и другие системы аэрации и обеспечения процесса подачи кислорода: пневмомеханическая аэрация, подача технического кислорода - окситенки, система с биодисками и пр. Таким образом, конструкцию аэротенков для очистки сточной воды определяют следующие факторы: способ подачи воды и активного ила; система аэрации; наличие или отсутствие регенераторов; совмещение аэротенков с другими очистными сооружениями. Аэротенки вытеснители для промышленной очистки сточных вод применяют сравнительно редко из-за присущих им недостатков. Они плохо воспринимают залповые сбросы сточной воды, особенно если в них содержатся тяжелые металлы. В таком случае возможно отравление активного ила, вследствие чего работа установки прекращается. Выделение части объема аэротенка под регенерацию активного ила уменьшает возможность его отравления, но не исключает полностью. Кроме того, неравномерное потребление кислорода по длине установки приводит или к созданию анаэробной зоны в начале аэротенка, или к перерасходу воздуха, если его подавать из расчета скорости потребления в начале аэротенка. Этот недостаток может быть устранен при дифференцированной подаче воздуха по длине аэротенка, но такое решение считается технически сложным. По этой причине аэротенки вытеснители применяют в тех случаях, если БПК сточных вод промышленных предприятий не превышает 500 мг/л.Аэротенки-вытеснители предпочтительнее применять при отсутствии резких колебаний расхода сточных вод и содержания токсических веществ. Аэротенки с рассредоточенным впуском воды не имеют таких недостатков. В них меньше вероятность возникновения местных повышений концентрации токсичных веществ (тяжелых металлов, органических веществ и пр.) и более равномерна скорость потребления кислорода, особенно тогда, когда предусматривается дифференцированное распределение сточной воды по длине аэротенка, соответствующее изменениям в скорости потребления кислорода[10].