Экологическая характеристика водных ресурсов Костанайской области

Водоросли окрашивают воду в различные цвета, и поэтому данный процесс называют «цветением» водоемов. Под влиянием водорослей изменяется вкус воды, приобретается неприятный запах. В водоеме при отмирании водорослей развиваются гнилостные процессы. Бактерии, окисляющие органические вещества водорослей, потребляют кислород, создавая тем самым его дефицит в водоеме. Вода начинает гнить, испускать аммиачное и метановое зловоние, на дне скапливаются черные липкие сероводородные отложения. В процессе разложения отмирающие водоросли выделяют также фенол, индол и другие ядовитые вещества. От недостатка кислорода, пищи и убежищ гибнут рыбы, моллюски, ракообразные. Вода в таких водоемах становится непригодной для питья.

Рисунок 3. Процесс эвтрофикации

Загрязняет и засоряет реки также молевой сплав леса. Экстрагированные из древесины вещества разлагаются в воде, поглощают кислород, вызывая гибель рыб. Уже в первые сутки сплава от недостатка кислорода гибнут икра и мальки рыб, нередко и кормовые беспозвоночные. Засорение рек усиливает сброс в них отходов лесозаводов - кора, опилки и др., которые скапливаются в больших количествах в заводях и протоках. Часть леса тонет, число бревен увеличивается из года в год. Кора и гниющая древесина отравляют воду, она становится «мертвой».Ртуть давно известна как яд. Она поступает в природные воды различными путями из многих источников. Во время дождя и таяния снега ртуть может смываться с промышленных площадок.

Спектр загрязняющих материковые воды веществ очень широк и включает в себя не только основные загрязнители морей и океанов, но и специфические загрязнители. Считается, что в водоемы поступает свыше 500 тыс. различных веществ. Тяжелые металлы (свинец, ртуть, цинк, медь, кадмий) активно накапливаются в пищевых цепях, конечное звено которых занимает человек. В качестве интегральной характеристики загрязненности материковых вод используются классы опасности качества воды (табл. 3).

Таблица 3

Характеристики интегральной оценки качества воды

Строительство на реках гидроэлектростанций, водохранилищ нередко влечет за собой серьезные негативные экологические последствия: затопление земель (заливных высокопродуктивных лугов, лесных массивов, населенных пунктов); повышение сейсмической активности в некоторых районах из-за меняющегося уровня давления воды на литосферу; подтопление берегов, заболачивание, оползневые процессы; снижение скорости течения реки, замедление водообмена и самоочищения; развитие сине-зеленых водорослей; сокращение стада ценных промысловых рыб; изменение микроклимата окружающей среды и т. д. Создание на реках водохранилищ замедляет обмен воды в них, а это существенно сказывается на их биологическом и химическом режимах. По многолетним наблюдениям, на реке Волге в результате перераспределения стока воды после образования водохранилищ минерализация после паводка протекала медленно, проявлялась вертикальная неоднородность в распределении органических веществ и биогенных элементов (азота, фосфора, кремния, железа), необходимых для жизни бактерий, водорослей, зоопланктона. Еще один вид загрязнения природных вод - тепловое загрязнение. Промышленные предприятия, электростанции (ТЭС, АЭС) нередко сбрасывают в водоемы (водохранилища) подогретую воду, приводящую к повышению в них температуры. В водоемах с повышением температуры уменьшается содержание кислорода, увеличивается токсичность загрязняющих воду примесей, нарушается биологическое равновесие, происходит смена видового состава организмов, например, водорослей. С повышением температуры в загрязненной воде наблюдается бурное размножение болезнетворных микроорганизмов и вирусов. Важным источником пресной воды в ряде регионов Казахстана являются подземные воды. Однако подземные воды в последние годы также подвергаются техногенному загрязнению из-за сильного загрязнения поверхности земли и наземных водотоков. Нередко это загрязнение настолько велико, что вода из них непригодна для питья.

Большую опасность представляют загрязнения вод радиоактивными веществами. Поведение радионуклидов в водоемах значительно сложнее, чем в атмосфере, так как здесь на скорость их перемещения, направленность и характер рассеивания влияет значительно большее число факторов. Кроме того, в водоемах помимо рассеивания происходит и концентрирование радиоактивных веществ.

Распространение радионуклидов в воде осуществляется под влиянием двух факторов: а) физико-химических: адсорбция, ионный обмен, осаждение, седиментация (осадок), флоккуляция (хлопьеобразование);

б) биотических - поглощение водными организмами непосредственно из воды, накопление некоторых из них как в организмах, так и в почве. В некоторых случаях процессу накопления радионуклидов в донных отложениях способствуют бентосные организмы, которые при жизни интенсивно их инкорпорируют, а, отмирая, отдают грунту. По характеру распределения в водоеме радиоактивные изотопы могут быть разделены на четыре группы:

1) гидротропные, остающиеся в большом количестве в воде;

2) биотропные, интенсивно поглощающиеся живыми организмами;

3) педотропные, накапливающиеся преимущественно в донных отложениях;

4) эвритропные, равномерно распределяющиеся между различными составляющими водоема.

На поведение радиоактивных веществ в реках существенное влияние оказывает химический состав воды, степень ее минерализации, количество и характер взвешенных примесей. В реках, где взвешенные твердые частицы имеют тенденцию к оседанию в определенных местах, большая часть радиоактивных продуктов неравномерно задерживается на дне, создавая локальные очаги загрязнения.

Растворимость радиоизотопов, попадающих в морскую среду в виде глобальных выпадений или при подводном взрыве, не затрагивающем целостность донных отложений, значительно выше, чем в случае наземных взрывов. Так, при подводном взрыве в первые сутки растворимая фракция может состоять на 35 % из ионных частиц, количество которых к концу второй недели увеличивается до 60 %.

Взвешенные твердые частицы способствуют образованию стабильных водных суспензий, при этом ухудшаются прозрачность и внешний вид воды, снижается активность фотосинтеза водных растений.Загрязнение водных систем представляет большую опасность, чем загрязнение атмосферы, по следующим причинам: 1 процессы регенерации или самоочищения протекают в водной среде гораздо медленнее, чем в воздухе; 2 источники загрязнения водоемов более разнообразны; 3 естественные процессы, осуществляющиеся в водной среде и подвергающиеся действию загрязнений, более чувствительны сами по себе и имеют большее значение для обеспечения жизни на Земле, чем те, которые протекают в атмосфере [22].

2. Физико-географическая характеристика района исследования

Костанайская область, входящая в состав Республики Казахстан, занимает площадь 195600 км2. Территория ее расположена между 48 и 550 с.ш. и 60 и 670 в.д. и вытянута в меридиональном направлении на 600 км при ширине 300 км.Область характеризуется разнообразием природных ландшафтов - от лесостепного до пустынного. Основными являются степной и полупустынный ландшафты. Лесостепь занимает незначительную площадь на крайнем севере области. В долинах рек Тогузак и Уй редкие березовые и осиновые леса перемежаются со степными участками. Степной район охватывает почти всю северную половину и юго-восточную часть области. Он представлен степью с березовыми и осиновыми колками, степью с разнотравно-злаковой растительностью и сухой степью с полынно - ковыльно - типчаковой растительностью, заходящей довольно далеко на юг - в западную окраину Казахской складчатой страны.Полупустыня располагается на обширном пространстве в юго-западной области области. В растительном покрове ее преобладают полынные ассоциации и солянки. Этот район используется главным образом для животноводства.Территория Костанайской области занята частично обширной Западно-Сибирской низменностью, большая ее часть относится к Туранской впадине.По устройству поверхности рассматриваемая территория может быть разделена на четыре характерных района:

- часть Зауральского плато;- Костанайская равнина;- Тургайская столовая страна;- западная окраина Казахской складчатой страны.Зауральское плато в пределах области занимает относительно небольшую площадь на ее западной окраине, вытянутую в меридиональном направлении. Плато почти ровное, местами всхолмленное, слабо наклонено к долине реки Тобола. Наиболее возвышенные части плато в границах области имеют абсолютные отметки 425-230 м. В широтном направлении плато расчленено несколькими хорошо разработанными речными долинами (р.р. Уй, Тогузак, Аят, Синташты и др.). В котловинных понижениях на его поверхности сосредоточено много озер различной формы и размеров, большей частью пресных. Более крупные озера располагаются преимущественно в северной части плато и в верховьях реки Тобола. Костанайская равнина занимает северную часть области и представляет собой небольшой участок обширной Западно-Сибирской низменности. На западе она ограничена скатом Зауральского плато, на востоке - грядами холмов Кокчетавской возвышенности. Поверхность равнины плоская или слабоволнистая. Преобладающие высоты порядка 170-200 м.абс. Характерным для рельефа этой равнины является множество блюдцеобразных впадин, в которых располагается огромное количество небольших водоемов с пресной или соленой водой. Речная сеть здесь развита слабо; из крупных водотоков равнину пересекают с юга на север только р.р. Тобол и Убаган. Тургайская столовая страна , занимает центральную и южную части области и представляет собой переходный район от пустынь Туранской низменности на юге к Западно-Сибирской равнине на севере. На западе этот район ограничен цепью Мугоджарских гор и Южным Уралом, на востоке - увалами Казахской складчатой страны. Северная часть Тургайского плато имеет уклон в сторону Западно-Сибирской низменности, а южная - в сторону Туранской низменности. Своеобразной особенностью Тургайского плато является меридиональное расчленение его древней широкой Тургай-Убаганской ложбиной. По дну северной ее части протекает р. Убаган, южной - р. Тургай. Рельеф Торгайского плато довольно разнообразен. Разрозненные невысокие плоские возвышенности и низкие столовые горы с пологими склонами чередуются с понижениями. Часто встречаются здесь и столово-останцовые возвышенности с крутыми или обрывистыми склонами. Поверхность плато изрезана долинами рек Кабырга, Теректы и др., а также котловинами многих больших и малых соленых и пресных водоемов и блюдцеобразными западинами. Более крупные озера расположены преимущественно на дне Тургай - Убаганской ложбины. Юго - восточная часть Костанайской области занята сильно расчлененной окраиной Казахской складчатой страны, частично представленной отрогами гор Улутау. Отдельные возвышенности достигают здесь 400-500 м, а самая высокая вершина - гора Улутау, находящаяся недалеко от границы области - поднимается до 1135 м над уровнем моря. На склонах гор Улутау и северных их отрогах берут начало р.Торгай и ее притоки.Наиболее распространенными на территории Костанайской области являются отложения палеогена и неогена.Зауральское плато в основном представляет собой цоколь неглубоко залегающих кристаллических пород, прикрытых, палеогеновыми отложениями (песчаниками, опоками, конгломератами, глинами), а местами обнажающихся на склонах речных долин. Почвообразующими породами здесь служат четвертичные песчано-глинистые, кое-где щебенистые отложения, залегающие небольшим слоем на морском засолоненном палеогене. Тургайская столовая страна образована глинистыми и песчаными уплотненными пластами морских засолоненных отложений палеогена, залегающими горизонтально или со слабым уклоном к северу. Нижние слои этой толщи глинистые с прослойками мергелей, а верхние песчаные, с галькой и конгломератами.Почвообразующими породами здесь являются как засолоненные палеогеновые отложения, так и покрывающие их более поздние опресненные образования.Западная окраина Казахской складчатой страны, входящая в пределы области, имеет более сложное геологическое строение. Она сложена породами палеозойского возраста, представленными сланцами и песчаниками. Пониженные части этой территории покрыты третичными и четвертичными отложениями; последние представлены супесями и суглинками, а также элювиальными и делювиальными, песчано-глинистыми и щебенистыми образованиями.В Тургайской впадине, по геологическому строению относящейся к «закрытым районам Южного Зауралья», главная рудоносная полоса имеет в ширину несколько десятков километров и простирается в меридиональном на 450-500 км. В пределах этой полосы, близ г. Костаная, обнаружены крупные месторождения магнетитовых руд (Качарское, Сарбайское, Соколовское). В бассейне реки Аят находятся залежи эолитовых бурых железняков (Аятское, Лисаковское месторождения). Почвенный покров Костанайской области характеризуется значительным разнообразием как по типам почв, так и по их механическому составу.В северной части, в зоне лесостепи и степи, развиты черноземы, занимающие примерно 30% всей ее площади. На крайнем севере области распространены среднегумусовые и луговые черноземы; к югу области они сменяются малогумусными черноземами. В районах сухой степи и полупустыни преобладают каштановые почвы, занимающие около 40% территории области. Темно-каштановые почвы располагаются севернее, светло-каштановые- южнее. Светло-каштановые почвы в зависимости от характера рельефа имеют ту или иную степень солоноватости. На более возвышенных местах залегают слабосолонцеватые, а в понижениях - солонцеватые почвы.Для южной, наиболее засушливой части области типичны сероземы и бурые почвы полупустыни. Для пониженных и увлажненных частей речных долин и озерных котловин характерны почвы речных пойм (р.р. Тобол, Улу-Жиланчик, низовья р.Торгай). В поймах рек южной части области развиты луговые солонцеватые и солончаковые почвы. По механическому составу на большей части территории области преобладают глинистые и суглинистые почвы. В Семиозерном районе и на крайнем юге области распространены супесчаные почвы.Костанайская область расположена в глубине материка и удалена от больших водных пространств (океанов, морей). Вследствие отсутствия на севере и на юге области высоких естественных барьеров ее территория доступна для свободного перемещения теплого сухого субтропического воздуха пустынь Казахстана и Средней Азии и холодного, бедного влагой, арктического воздуха, перемещающихся в меридиальном направлении. От непосредственного влияния влажных воздушных масс атлантического происхождения территория области защищена мощным естественным барьером - хребтами Уральских гор. Свободный доступ в пределы области влажных воздушных тихоокеанских масс преграждается Средне-Сибирским плоскогорьем и горными комплексами Алтая. Климат резко континентален: жаркое и сухое лето сменяется холодной и малоснежной зимой. Годовая амплитуда температура воздуха в среднем составляет 750, в отдельные же годы достигает 880. В июле температура поднимается до 400, зимой падает до -40, -460. Осадков в течение года выпадает мало - от 300-350 мм на севере до 175 мм на юге области , причем 70-80% их годового количества приходится на теплый период. Относительная влажность воздуха летом в дневные часы в центральной части области понижается до 30-40%, на юге - 20-30%. Для области обычны суховеи, снежные метели и бураны. Сухость климата Костанайской области в сочетании с общим преобладанием равнинного рельефа создали своеобразный гидрографический облик территории: развитие речной сети преимущественно на повышенных ее участках и сосредоточение большого количества мелких, в основном бессточных, озер на низких плоских пространствах.На территории области насчитывается около 310 водотоков длиной более 10 км, более половины из них представляют временные водотоки протяжением до 20 км. Рек длиной свыше 100 км-21, а свыше 500 км - всего две [23, 24]Костанайская область является одной из экономически развитых областей Республики Казахстан. Здесь расположены крупные города: Костанай, Лисаковск, Рудный, Житикара, Аркалык и многие населенные пункты сельского типа.Проблема пресной воды для обеспечения населения остро стоит в Костанайской области. Обеспечение населения Костанайской области качественной питьевой водой является одной из актуальных задач в связи с загрязнением водоисточников, ухудшением санитарно-эпидемиологической обстановки, неудовлетворительным техническим состоянием систем водоснабжения. Главной водной артерией Костанайской области является река Тобол с ее притоками.Река Тобол протекает по территории 2-х государств - Республики Казахстан Костанайской области и нескольким областям Российской Федерации (Оренбургской, Челябинской, Свердловской, Курганской, Тюменской). Российско-Казахстанской трансграничной территорией бассейна р. Тобол считается часть бассейна, расположенная в Костанайской, Челябинской и Курганской областях до створа г.КурганаРека Тобол относится к бассейну Карского моря, берет начало на восточных отрогах Южного Урала в 10 км к ЮЗ от с. Саржан , впадает в реку Иртыш с левого берега у г.Тобольск. Длина 1591км, площадь бассейна 395000 км2. В пределах Костанайской области расположено только верхнее течение реки, протяженность 682 км и часть её водосбора площадью 121000 км2. Речная сеть б.р.Тобол не отличается сложностью: главные притоки Тобола текут, в основном в широтном направлении на значительном расстоянии друг от друга. Долина их широки, а берега реки низкие и болотистые, причем не только на равнине, но нередко и в горной части территории. В пределах горной полосы реки, прорезая плотные породы, имеют большое падение. Для ряда рек характерны резкие изгибы. Водосборный бассейн реки Тобол и его притоков принадлежит Костанайской области Северного Казахстана и нескольким областям Российской Федерации (Оренбургской, Челябинской, Свердловской, Курганской, Тюменской). Начало Тобол берет в Оренбургской области, далее с запада в него вливается приток Джелкуар, образующийся из двух рек - Синташты и Берсуат , формирующихся на территории Челябинской области. Следующими крупными притоками являются реки Аят и Уй. Их верховья находятся в Челябинской области , а низовья принадлежат Казахстану . По рекам Уй , Тогузак и Тоболу проходит часть границы между Россией Казахстаном. Через 540 км своего пути Тобол снова становится российской рекой и течет по территории Курганской и Тюменской областей.Годовой сток рек бассейна реки Тобол в многолетнем стоке подвержен значительным колебаниям, особенностью которых является чередование групп многоводных маловодных лет. Продолжительность многоводных фаз колеблется от 8 до 10 лет , а маловодных от 6 до 20 лет . В многоводные годы сток рек превышает среднемноголетние значения в 3-5 раз, а в маловодные снижается до 0,6-0,15 от среднемноголетних значений.Основные притоки реки Тобол: р.Шортанды (л.б,1426 км, длина 72,0 км) р.Синташты (л.б,1418км ,длина 152,0 км) р.Аят ( л.б,1257 км ,длина 117 км )р.Уй (л.б, 994 км ,длина 462 км )р.Убаган ( л.б, 909км , длина 376 км )р.Тогузак ( л.б, длина 246 км )

Река Шортанды - площадь водосбора 1200 км2 , от истока до с/за им.Шевченко, река летом пересыхает, а ниже и до г. Житикара вода остаётся только в разобщенных местах длиной 50-150,0 м, шириной 15-25 м, глубиной 1-2 м. От г. Житикара на протяжении 14 км появляется постоянное течение.

Река Синташты - берет начало близ колхоза им. Буденного Челябинской области, в месте слияния трех неглубоких балок, впадает в реку Тобол слева, в 3 км выше с.Шулубай. В пределах Костанайской области площадь бассейна около 1900 км2 , длина 52 км..

Река Убаган - берет начало от небольшого пресного оз. Коктал, в 11км к З от ТОО «Сулукольское» и впадает в реку Тобол справа, на 902 км от его устья и в 10 км выше с. Звериноголовское, длина 376 км. Река Аят - образуется слиянием рек Караталы - Аят (длина 149 км ) и реки Арчаглы-Аят (длина 155 км ) в 10 км выше с. Николаевское, в 10 км ниже с.Елизоветенка впадает слева в реку Тобол, на 1275 км от ее устья. Длина 117 км, из них 23 км - в пределах Челябинской области, площадь водосбора 13300 км2, на территории Челябинской области 8800 км2, в Костанайской области 4500 км2.

Река Уй - берет начало в 12 км к СЗ от с. Азнашево (Башкирская АР РФ), длина 462 км, площадь водосбора 34400 км2 ,на протяжении 227 км, от истока река протекает на территории Челябинской области, а далее отделяет последнюю от Костанайской области, в пределах которой часть водосбора реки 5500 км2.

Из притоков наиболее значительным является река Тогузак, длина 246 км, впадающая справа (в пределах Костанайской области длина 134 км) Берет начало на восточных склонах отрогов Южного Урала в пределах Челябинской области. Площадь водосбора - 8860 км2 , в Костанайской области 3120 км2. Средний многолетний сток реки у г. Костаная 9,29 м3/с (293 млн.м3/год) Он весьма изменчив и зависит от увлажненности водосбора реки в зимнее время, интенсивности снеготаяния и предзимнего увлажнения почво-грунтов [25, 26, 27].

3. Методы исследования

Для правильной оценки качества воды в водоеме, характеристики его химико-биологического состояния, степени загрязнения и т.д. требуется выполнить по крайней мере два условия: удовлетворительный анализ некоторого минимума проб воды из этого водоема и их представительность, или репрезентативность.

Под репрезентативностью проб понимают их соответствие поставленной задаче как по количеству и объему, так и по выбранным точкам и времени отбора. Любая проба характеризует воду в точке в момент отбора. В лаборатории нашего города специалисты ежегодно выполняют не менее 100 млн. анализов качества воды, причем 23% определений заключается в оценки их органолептических свойств, 21% - мутности и концентрации взвешенных веществ, 21% составляет определение общих показателей - жесткости, солесодержание, ХПК, БПК, 29% - определение неорганических веществ, 4% - определение отдельных органических веществ. водный костанайский загрязнение

Анализ воды выполнялся в стационарной лаборатории. При отборе проб и выполнении анализа первого дня придерживались определенной последовательности:

определяли прозрачность, запах и цвет воды;

измеряли температуру воды;

отбирали пробу воды объемом приблизительно 5 л. Для этой цели использовали батометр или эмалированное ведро, предварительно ополоснув их водой 2-3 раза. Глубина, с которой производился отбор пробы 0,2-0,5 м;

определяли рН, содержание двуокиси углерода СО2 и фиксировали растворенный кислород.

5. Пробы для определения нефтепродуктов, пестицидов, СПАВ, тяжелых металлов и других ингредиентов отбирали в отдельные склянки.

Определение мутности. Готовят следующие рабочие стандартные суспензии: 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 5,0 мг/л.

Пепел, не содержащий железа, прокаливают, промывают дис - тиллированной водой, высушивают и вновь прокаливают. Прокаленный пепел, состав которого принимают равным 100% очень тонко растирают в агатовой или фарфоровой ступке. 1,25 г растертого трепела и мерном цилиндре смешивают с 250 мл дистиллированной воды. Смесь тщательно сверху отбирают 200 мл суспензии.

В 25 мл полученной суспензии весовым методом после выпаривания и высушивания при 105°С определяют (количественное) содержание 8FeO2. Рабочие стандартные суспензии из трепела готовят разбавлением основной стандартной суспензии дистиллированной водой с нулевой мутностью.Градировочный график строят по стандартным рабочим суспензиям. Полученные значений оптических плотностей и соответствующие им концентрации стандартных суспензий (мг/л) наносят на график.

Перед проведением испытания во избежание ошибок производят калибровку фотоколориметров по жидким стандартным суспензиям мутности или по набору твердых стандартных суспензий мутности с известной оптической плотностью.

В кювету с толщиной поглощающего света слоя 5--10 см вносят хорошо взболтанную испытуемую пробу, измеряют оптическую плотность в зеленой части спектра. Контрольной жидкостью служит испытуемая вода, из которой удалены взвешенные вещества путем центрифугирования или фильтрования через мембранные фильтры (обработанные кипячением) [28].

Содержание мутности в мг/л определяют по градировочному графику.

Органолептический метод определения вкуса. Органолептическим методом определяют характер и интенсивность вкуса и привкуса.

Различают четыре основных вида вкуса: соленый, кислый, сладкий, горький.

Все другие виды вкусовых ощущений называются привкусами.

Характер вкуса или привкуса определяют ощущением воспринимаемого вкуса или привкуса (соленый, кислый, щелочной, металлический и т.д.).

Испытываемую воду набирают в рот малыми порциями, не проглатывая, задерживая 3--5 с. Интенсивность вкуса и привкуса определяют при 20°С и оценивают по пятибалльной системе согласно требованиям, указанным в таблице 4.

Таблица 4

Оценка интенсивности вкуса и привкуса

Органолептические методы определения запаха. Органолептическими методами определяют характер интенсивность запаха.

Характер запаха воды определяют ощущением воспринимаемого запаха (землистый, хлорный, нефтепродуктов и др.).

Определение запаха при 20° С.

В колбу с притертой пробкой вместимостью 250--350 мл отмеривают, 100 мл испытуемой воды с температурой 20° С. Колбу закрывают пробкой,

содержимое колбы несколько раз перемешивают вращательными движениями, после чего колбу открывают и определяют характер и интенсивность запаха.

Определение запаха при 60° С. В колбу отмеривают 100 мл испытуемой воды. Горлышко колбы закрывают часовым стеклом и подогревают на водяной бане до 50--60° С. Содержимое колбы несколько раз перемешивают вращательными движениями. Сдвигая стекло в сторону быстро определяют характер и интенсивность запаха.

Интенсивность запаха воды определяют при 20 и 60° С и оценивают по пятибалльной системе (табл. 5).

Таблица 5Оценка интенсивности запаха

Фотометрический метод определения цветности.

Цветность воды определяют фотометрически -- путем сравнения проб.

Для приготовления шкалы цветности используют набор цилиндров Несслера вместимостью 100 мл. В каждом цилиндре смешивают раствор № 1 и раствор № 2 в соотношении указанном на шкале цветности.

Раствор в каждом цилиндре соответствует определенному градусу цветности. Шкалу цветности хранят в темном месте. Через каждые 2--3 месяца ее заменяют. Градуировочный график строится по шкале цветности.

Для сбора материала использовались химические методы измерения концентраций загрязняющих веществ в воде, что позволяет проверить соответствие их установленным нормативам качества воды.

Колориметрический метод определения рН воды имеет невысокую точность, особенно при анализе мутных и окрашенных вод, кроме того, необходимо введение солевых поправок. Наиболее надежен из них метод с использованием буферных растворов. Метод основан на том, что при прибавлении к исследуемой воде соответствующего индикатора в зависимости от рН воды он принимает ту или иную окраску, которую сравнивают со шкалой стандартных буферных растворов. Нужно строго соблюдать указания о количестве приливаемого индикатора. Окраску следует сравнивать в тени или при рассеянном освещении.

Метод окисляемости. Окисляемость - общее количество содержащихся в воде восстановителей (неорганических и органических), реагирующих с сильными окислителями, например бихроматом, перманганатом и др. Результаты определения окисляемости выражают в миллиграммах кислорода на 1 л воды (мг.О/л).

Наиболее полное окисление достигается бихроматом калия, поэтому бихроматную окисляемость называют «химическим потреблением кислорода» (ХПК). Это основной метод определения окисляемости. Окисление органических веществ бихроматом происходит до образования диоксида углерода и воды, азот выделяется в виде газа.Нормативы ХПК воды водоемов хозяйственно-питьевого водопользования- 30 мг О/л.Принцип метода бихроматной окисляемости - в 50%-м по объему серной кислоте бихромат калия при кипячении действует как сильный окислитель, особенно при использовании в качестве катализатора сульфата серебра. Метод позволяет определить окисляемость от 15мг О/л и выше при применении 0,1 н. раствора бихромата калия. Аммиак и ионы аммония определяются с реактивом Несслера. Метод основан на способности аммиака (свободный аммиак и ионы аммония) образовывать с щелочным раствором йодида ртути окрашенный желтый цвет. При низкой концентрации аммиака и ионов аммония получают коллоидный раствор, пригодный для коллориметрирования. При большом содержании (более 3 мг/л) выпадает бурый осадок, в этом случае определение необходимо проводить после разбавления пробы безаммиачной водой. Предельно допустимая концентрация аммиака и ионов аммония в воде водоемов 2 мг/л по азоту.Этим методом находят свободный аммиак, ионы аммония, входящие в некоторые белковые соединения.Проведению анализа мешают амины, ацетон, альдегиды, спирты и другие органические соединения, реагирующие с реактивом Несслера. В их присутствии обнаруживают аммиак после предварительной отгонки. Мешающее влияние жесткости воды устраняют, добавляя раствор сегнетовой соли. Большое содержание железа, сульфиды и муть удаляют осветлением пробы воды цинковой солью. Содержание ионов аммония (мг) находят по калибровочному графику или визуально сравнивая интенсивность окраски пробы и шкалы стандартных растворов, приготовленных одновременно.

Отношение концентраций свободного аммиака и ионов аммония зависит от концентрации ионов водорода, поэтому по найденному общему содержанию можно рассчитывать концентрации свободного аммиака и ионов аммония, если известна величина рН воды.

Метод определения нитритов с реактивом Грисса - основан на способности нитритных ионов давать интенсивно окрашенные диазосоединения с первичными ароматическими аминами. При определении используется реакция с сульфаниловой кислотой и альфа-нафтиламином (реактив Гесслера) с образованием розовой окраски.

Предельно-допустимая концентрация нитритов (NO2) в водоемах 3,3 мг/л азота нитритов, лимитирующий показатель вредности санитарно-токсилогический.

Определению мешают взвешенные вещества, мутность, окраска воды, а также сильные окислители и восстановители. Обычно мутность и цветность удаляют фильтрованием и коагулированием.Содержание нитритов находят по калибровочному графику или визуально сравнивая интенсивность окраски пробы и шкалы стандартных растворов.Метод определения нитратов с фенолдисульфокислотой - основан на реакции между нитратами и фенолдисульфокислотой с образованием нитропризводных фенола, которые с щелочами дают соединения, окрашенные в желтый цвет. Определению мешают хлориды в концентрации более 10 мг/л, их влияние в ходе анализа устраняется добавлением сульфата серебра. Проведению анализа мешает цветность воды более 20-25, в этом случае к 150 мл исследуемой воды добавляют 3 мл суспензии гидроксида алюминия, пробу тщательно перемешивают и после отстаивания в течение нескольких минут осадок отфильтровывают, отбрасывая первую порцию фильтрата. Предел обнаружения 0,5 мг/л NO3|л. Диапазон измеряемых концентраций 0,5-50,0 мг/л.Предельно допустимая концентрация нитритов в воде водоемов 45 мг/л (или 10 мг/л по азоту), лимитирующий показатель вредности санитарно-токсилогический. Гравиметрический метод определения сульфатов. Определение основано на осаждении сульфатов в кислой среде хлоридом бария в виде сульфата бария. Осадок отфильтровывают, прокаливают и взвешивают. Метод применим в широком диапазоне концентраций.Концентрация сульфатов в воде водоемов - источников водоснабжения допускается до 500 мг/л, лимитирующий показатель вредности органолептический. Содержание сульфатов в природных, поверхностных и подземных водах обусловлено выщелачиванием горных пород, биохимическими процессами и т. д. Сульфаты попадают в водоемы и со сбросами различных сточных вод.В колориметрическую пробирку вносят 10 мл исследуемой воды, добавляют 0,5 мл хлористоводородной кислоты. Затем вносят 2 мл 5% хлорида бария, перемешивают. Сравнивают исследуемую воду со шкалой стандартных растворов. Приближенное содержание сульфатов можно определить и визуально по количеству выпадающего осадка в пробе воды (табл. 6).

Таблица 6Оценка содержания сульфатов

Объем воды для проведения анализа зависит от предполагаемого содержания сульфатов. При содержании менее 50 мг/л следует брать -500 мл

исследуемой воды, 50-100 мг/л - 250 мл, 200-500 мг/л - 100 мл, более 500 мг/л - 50мл.

Сульфаты определяют также комплексонометрическим методом. Метод основан на осаждении сульфат - ионов хлоридом бария. Метод применим для малых концентраций сульфатов.

Метод с окислением марганца до перманганат-иона. Метод определения марганца основан на окислении его соединений до иона (перманганат-ион) в кислой среде персульфатом аммония или калия в присутствии ионов серебра в качестве катализатора. Интенсивность появляющегося розового окрашивания пропорциональна содержанию марганца. Предел обнаружения 0,05 мг/л при объеме пробы 100мл. Предельно допустимая концентрация марганца в воде водоемов 0,1 мг/л, лимитирующий показатель вредности органолептический.Проведению анализа мешают органические вещества (при ХПК более 15 мгО/л) и хлориды более 5 мг/л, которые в условиях анализа окисляются, в результате чего окислителя не может хватить на реакцию с соединениями марганца. Железо (Ш) более 5 мг/л, а также медь, никель, бихроматы мешают окраской своих ионов. Основными критериями качества вод по гидрохимическим показателям являются значения предельно-допустимых концентраций (ПДК) загрязняющих веществ для водоёмов рыбохозяйственного, хозяйственно-питьевого назначения.Полученные данные использовались для оценки соответствия концентраций веществ предельно допустимым и нормам показателей воды.

Предельно-допустимая концентрация веществ, загрязняющих поверхностные воды и нормы показателей воды указаны в таблицах 7 и 8. В данном случае выделено четыре класса опасности.

Таблица 7Предельно-допустимая концентрация веществ, загрязняющих поверхностные воды

ПДК - это количество загрязняющего вещества в водной среде при постоянном контакте или при воздействии за определенный промежуток времени не влияющее на здоровье человека и не вызывающее неблагоприятные последствия у его потомства.

Выделяют ПДК для водоёмов рыбохозяйственного водопользования и ПДК для водоёмов хозяйственно-питьевого и коммунально-бытового водопользования.

В настоящее время установлены ПДК для более 1000 химических веществ в воде.

Таблица 8

Нормы показателей воды

Следует иметь в виду, что большинство загрязняющих веществ включается в биологический круговорот и в пищевые цепи. В конечном итоге они накапливаются в тканях рыб, животных (например, ртуть, ДДТ и др.). Возможность трансформации веществ в водной среде и избирательного накопления их живыми организмами - всегда должна учитываться при решении вопроса об опасности того или иного химического загрязнения.

Уровень загрязнения поверхностных вод оценивается по величине комплексного индекса загрязнённости воды (ИЗВ), который используется для сравнения и выявления динамики изменения качества вод. Критерии качества поверхностных вод по величине комплексного индекса загрязнённости воды (ИЗВ) указаны в таблице 9. Характеристики качества воды: очень чистая, чистая, умеренно грязная, загрязненная, грязная, очень грязная, чрезвычайно грязная.

Таблица 9

Критерии качества поверхностных вод по величине ИЗВ

4. Исследование состояния водных ресурсов Костанайской области

Костанайская область расположена в зоне недостаточного увлажнения, среднегодовое количество атмосферных осадков составляет 240 - 280 миллиметров. Речная сеть развита слабо, поэтому запасы поверхностных вод незначительны. Рассматриваемая территория составляет 196 тыс. кв. км. В Костанайской области насчитывается 310 водотоков длиной 10 километров, причем более половины из них представляют временные водотоки; рек длиной свыше 100 километров - 21, свыше 500 километров - 2.

Главными водными артериями Кустанайской области, имеющими большое народнохозяйственное значение, являются реки Тобол и Торгай с их притоками притоками Желкуар, Аят, Тогузак, Убаган, Уй. В области находится более 5 тысяч озер. Самые крупные из них расположены в Торгайской ложбине -- Кусмурын, Тениз, Койбагор, Акколь, Сарыколь, Алакольи другие.
Река Тобол протяженностью 1591 км берет начало на восточных склонах Южного Урала, протекает по территории Костанайской области на 613 км. Для удовлетворения хозпитьевых, промышленных нужд и сельского хозяйства в области в бассейне реки Тобол построены и эксплуатируются каскад водохранилищ - наиболее крупными являются Каратомарское объемом 586 млн. куб. м., Верхне-Тобольское объемом 816,6 млн. куб. м.
Река Торгай пересекая южную часть Костанайской области, за ее пределами принимает справа крупнейший приток - реку Иргиз. Иргиз -- река в Актюбинской и Костанайской областях Казахстана, правый приток Тургая. Длина реки 593 км, площадь бассейна около 32 тысяч км2. Исток Иргиза находится на восточных склонах Мугалжарских гор. Ширина русла 80-100 м, речной долины -- от 300 м до 2 км; высота берегов 5-8 м.Летом (особенно в низовьях) расход воды в реке значительно снижается, на ряде участков река распадается на отдельные плёсы. В верхнем течении вода пресная, в низовьях солоноватая. Питание реки преимущественно снеговое. Средний годовой расход воды у устья около 8 м3/с. В апреле наблюдается половодье с повышением уровня на 4-5 м относительно обычного. Меженные уровни отмечаются в июле--октябре. Замерзает в середине ноябре (толщина льда к концу зимы достигает 1 м), вскрывается в начале апреля. Река используется для водоснабжения населенных пунктов, расположенных на ее берегах, а также для водопоя скота, полива огородов и лиманного орошения. Река Тургай служит основным источником водоснабжения. В бассейне реки для хозпитьевых и промышленных нужд города Аркалыка эксплуатируются два водохранилища: Акжарское объемом 16,5 и Ащи-Тактинское объемом 5,2 млн. куб.м.

Местный поверхностный сток формируется исключительно в период таяния снежного покрова. Водный фонд составляет 2,9 км3. Из общего водного фонда объем подземных вод составляет 425 млн.м3, поверхностный сток в реках - 1550 млн.м3, в водохранилищах - 1500 млн.м3. В пределах бассейна находится более 5000 озёр, суммарная площадь которых составляет около 3% общей площади рассматриваемой территории. Почти 80% озёр имеют площадь зеркала менее 1 км2 и располагаются преимущественно в небольших и мелких блюдцеобразных впадинах. Малая глубина озёр и в связи с этим переменная минерализация воды отрицательно сказывается на использовании их в качестве источников водоснабжения.

Пресные и слабосолоноватые воды за пределами разведанных месторождений эксплуатируются одиночными скважинами и централизованными водозаборами. Преобладающая часть сооружений используется для сельскохозяйственного водоснабжения, среди них действуют 22 групповых водопровода. Пресные подземные воды Кустанайского водозабора используются областным центром, кроме того, 10-ю крупными промышленными предприятиями. Солоноватые подземные воды используются в основном для сельхозводоснабжения, в промышленности. Главным потребителем солоноватых вод является Соколвско-Сарбайский ГОК, незначительный объем используют мелкие промышленные предприятия.

Основное количество воды, используемое в сельском хозяйстве, идет на регулярное и лиманное орошение. Площадь орошаемых земель составляет 42322га.

Площадь лиманного орошения составляет 132460 га. Весенним паводком залита вся площадь. Водопотребление - 299,4 млн. м3 в год. Площадь обводненных пастбищ - 11392 тыс. га.4.1Характеристика водохранилищ Костанайской области

В 5 водохранилищах, созданных на реке Тобол, аккумулируется до 1,7млр. м3 воды, преимущественно снеготалого происхождения, которые значительно улучшают водный баланс области. Минерализация воды в водохранилищах в течении года изменяется от 0,3-0,4 до 0,8 г/л.. В зависимости от степени обновления объемов воды в водохранилищах, качество ее изменяется, ухудшаясь при минимальном замещении оставшихся объемов свежей порцией стока. В целом регулирование стока оказывает положительное оздоравливающее влияние на санитарно-гигиеническое состояние водной среды. Дополнительные искусственные запасы подземных вод, формирующихся в подпорной береговой зоне за счет поверхностных вод многоводных периодов, при сработке водохранилища участвуют в их подпитке и также повышают качество поверхностных и русловых речных вод. Но в периоды малоснежных зим, следующих подряд, общий сток резко сокращается. В эти годы водохранилища быстро срабатываются, а качество воды в них прогрессирующе ухудшается. В этот период растет общая минерализация воды, превышаются допустимые пределы концентрации не только общей суммы растворенных солей, но и токсичных микрокомпонентов.

Соответственно облагораживающая роль водохранилищ на реку прекращается и ликвидация на ней «экологических пробок» не может быть осуществлена. Еще больше проблем могут возникнуть в случае запредельного или аварийного загрязнения воды в крупных водохранилищах (Верхне-Тобольском или Каратомарском). Из-за этого под угрозой оказывается Амангельдинское водохранилище - источник водоснабжения г. Костаная, подземные береговые водозаборы, расположенные ниже по реке.Многолетнее регулирование стока предполагает выравнивание водности реки за счет резерва водохранилищ. Однако объем водохранилищ ограничен, что позволяет обеспечить нормальный сток Тобола в случае следования подряд нескольких маловодных лет. В тоже время известно, что в довольно длительном ряде лет нормальной и повышенной водности (обычно 7-10 лет) из-за переполнения водохранилищ, из них сбрасываются весьма крупные объемы поверхностных вод (соизмеренные с 2 -годовым средним стоком). Задача состоит в поисках и реализации возможностей устранения бесполезного сброса крупных водных масс, остро необходимых в период засушливых маловодных лет.На территории Костанайской области на р.Тобол и ее притоках сооружен каскад водохранилищ со сбросными сооружениями, используемые для хоз-питьевого водоснабжения [29].На притоках р. Шортанды, р. Жилкуар построены Шортандинское и Жилкуарское водохранилища для водопользования Джетыгаринским асбестовым комбинатом. Верхне-Тобольское водохранилище предназначено для водоснабжения Лисаковского ГОКа, г. Лисаковска и ниже расположенных населенных пунктов, а также для восполнения подземных запасов Козыревского и других месторождений.Введено в эксплуатацию в 1978 году, полный объем -816,6млн.м3, полезный объем -782млн.м3. Площадь зеркала -87,4 км2.Длина плотины 4700 метров. Максимальная высота плотины -42 метра. Пропускная способность сооружения 5020 м3/сек. Качество воды определяется влиянием довольно минерализованного стока подземных вод р.Тобол и загрязнений, поступающих по р.Шортанды от г.Житикара, а также п. Орджоникидзе, расположенного в верховье. Анализы, выполненные отделом лабораторного анализа областного управления в месте отбора проб на р.Тобол в районе города Лисаковска, Верхне-Тобольского водохранилища, в районе выхода от фильтровальной станции и выхода в город подтверждают, что вода реки и Верхне-Тобольского водохранилища соответствует нормам ПДК вод для рыбохозяйственного и хозпитьевого пользования. Подача в город с фильтровальной станции соответствует ГОСТу « Вода питьевая».Кзыл-Жарское водохранилище предназначено для водоснабжения г.Лисаковска. Введено в эксплуатацию в 1971г., объем- 9,7млн.м3 , максимальный объем составляет 11,2 млн.м3, площадь зеркала - 298 га. Длина плотины 400 метров. Максимальная высота плотины 19 метров. Общее техническое состояние водохранилища удовлетворительное. Анализ в районе нижнего бьефа Кзыл-Жарского гидроузла показывает, что качество реки Тобол соответствует нормам ПДК рыбохозяйственного водопользования. Карьерные воды Аятского месторождения КБРУ сбрасываются в реку Тобол. Сток реки зарегулирован - ниже 25 км находится плотина Каратомарского водохранилища. Непосредственно в него предусмотрен сброс воды Аятского месторождения. Анализы, отобранные 26 мая 1998 года показывают, что сброс карьерных вод Аятского месторождения не оказывают негативного влияния на реку Тобол.Место сброса Козыревского рудника также река Тобол. Дренажные и поверхностные воды, образующиеся при разработке «Каменного» карьера Козыревского рудника, собираются в зумпф и по напорному трубопроводу сбрасываются одним выпуском в р.Тобол. Место сброса находится в 3 км юго-западнее п.Октябрьский. За контрольный створ по данным Лисаковской СЭС принят первый пункт хозяйственно - питьевого водопользования (централизованный водозабор п.Аксуатский), расположенный 20км вниз по течению от места сброса карьерных вод.Фактические концентрации вредных веществ в сбрасываемых в р.Тобол карьерных водах не превышают расчетных по всем показателям хим.состава, сброс не приведет к превышению ПДС соответствующих веществ в створе р.Тобол первого пункта хоз-питьевого водопользования. Сброс карьерных вод в р.Тобол возможен без физико-химической и биологической очистки, после отстаивания в отстойнике, так как качество речной воды в первом пункте хозпитьевого водопользования, расположенного в 20 км ниже по течению от места сброса соответствует санитарным нормам, что достигается за счет смешения, разбавления сточных вод и самоочищающей способности р.Тобол.Каратомарское водохранилище создано в 1965 году и используется для водоснабжения г.Рудного, прилегающих к нему населенных пунктов, а также п.Качары и п.Федоровка, снабжающихся водой по Костанайскому групповому водопроводу. Режим сработки водохранилища зависит также от уровня водопотребления г.Костаная и нижерасположенных населенных пунктов, включая г.Курган.Гидрохимический состав воды определяется особенностями формирования стока в бассейне р.Тобол и р. Аят. Накопления Каратомарского водохранилища идет за счет снеготаяния, дождей, попусков Верхне-Тобольского водохранилища и за счет притока р. Аят.Полный объем Каратомарского водохранилища 586 млн.м3. Полезный объем - 562млн.м3, площадь зеркала -93,7м2.Длина плотины 1925 м., высота -26 м. Находится на балансе ГРП. Необходим ремонт электроосвещения плотины и ремонт задвижек. Общее техническое состояние водохранилища удовлетворительное. Анализы отбора проб Каратомарского водохранилища и р.Тобол показывают, что качество воды водохранилища и реки по основным компонентам соответствует нормам ПДК вредных веществ водоемов рыбохозяйственного и хоз-питьевого пользования. Есть превышение ПДК по ХПК в 2,5 раза. Амангельдинское водохранилище создано в 1956 году для водоснабжения г. Костаная. Работает в режиме постоянной подпитки из Каратомарского водохранилища и обеспечивает паводковые пропуски и сброс водных излишков из вышерасположенных водохранилищ. Полный объем водохранилища составляет 6,75 млн.м3, площадь зеркала 562 га. Длина плотина 135 м. Высота 4,5 м. Общее техническое состояние водохранилища удовлетворительное.На качество воды в Амангельдинском водохранилище и р.Тобол оказывают решающее влияние качество воды в Каратомарском водохранилище, г.Рудный, прилегающие к р.Тобол массивы орошаемых земель, подземный сток минерализованных вод, а также отходы хозяйственной деятельности подхоза «Рудненский» и п.Кунай. По основным компонентам вода соответствует нормам ГОСТа «Вода питьевая», повышена жесткость, ХПК превышают норму в 2,8 раза, сульфаты - в 2,4 раза.Проектное хозпитьевое водоснабжение г. Аркалыка должно осуществляться из Каратургайского подземного водозабора мощностью 25 тыс. м3/сутки и Ащи-Тастинского водозабора поверхностных вод мощностью 16 тыс. м3/сутки.