Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Закон'
Відповідь: гідно п. 2.1.4 ст. 2 Закону України "Про оподаткування прибутку підприємств" N 334/94-ВР від 28.12.94, зі змінами та доповненням...полностью>>
'Регламент'
Лесохозяйственный регламент городских лесов города Северодвинска (далее – лесохозяйственный регламент) является основой осуществления их использовани...полностью>>
'Документ'
Финансовые рынки лихорадит. Конкуренция становится все жестче и все больше иностранных банков готовы побороться за долю российского финансового пирога...полностью>>
'Реферат'
р.). Англійська революція 1 40-1 0 р.р.: економічні причини і наслідки. Особливості генези індустріального суспільства Франції....полностью>>

Анализ временной динамики и пространственной изменчивости качества поверхностных вод Удмуртии 25. 00. 36 Геоэкология

Главная > Автореферат
Сохрани ссылку в одной из сетей:

УДМУРТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ГАГАРИНА Ольга Вячеславовна

Анализ временной динамики и пространственной изменчивости качества поверхностных вод Удмуртии

25.00.36 – Геоэкология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата

географических наук

Ижевск, 2007


Работа выполнена на кафедре природопользования и экологического картографирования Удмуртского государственного университета.

Научный руководитель: доктор географических наук, профессор

Владимир Ицхакович Стурман

Официальные оппоненты: доктор географических наук, профессор Николай Павлович Торсуев;

кандидат географических наук, доцент

Глейзер Игорь Вадимович

Ведущая организация – ГОУ ВПО Башкирский государственный университет,

географический факультет, кафедра физической географии и гидрологии

Защита диссертации состоится 15 ноября 2007 г. в 1500 на заседании диссертационного Совета Д.212.081.20 в Казанском государственном университете им. В.И.Ульянова-Ленина по адресу: г. Казань, ул. Кремлевская, 18, корп.2, ауд.1512.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке им. Н.И.Лобачевского Казанского государственного университета.

Автореферат разослан 15 октября 2007 г.

Отзывы на реферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим отправлять по указанному адресу ученому секретарю диссертационного совета.

Ученый секретарь диссертационного совета Д212.081.20

кандидат географических наук, доцент Ю.Г.Хабутдинов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования связана с исключительной важностью поверхностных вод, как непосредственно жизнеобеспечивающего компонента природной среды, в функционировании природных комплексов и поддержании экологического равновесия, обеспечении здоровья населения и устойчивого развития социально-экономических систем. Поиск путей решения существующих проблем и перехода к устойчивому, экологически сбалансированному развитию невозможен без научного анализа ситуаций в различных сферах природопользования. Водопользование является неотъемлемым элементом системы природопользования, а состояние водных объектов теснейшим образом связано с состоянием природных и природно-хозяйственных систем в целом. Организация эффективного управления водопользованием невозможна без точной и достоверной информации о состоянии водных объектов. Однако получение такой информации в силу высокой динамичности водной среды и многообразия тенденций в пределах ее различных частей является сложной научной задачей.

Удмуртская Республика является достаточно типичным регионом Российской Федерации, где широко представлены все основные типы природопользования (промышленно-урбанистический, сельскохозяйственный, лесохозяйственный), каждый из которых в свою очередь может быть подразделен на ряд подтипов. В силу комплекса социально-экономических причин, в Удмуртии, как и в России в целом, тенденции развития в пределах разных типов и подтипов природопользования на современном этапе существенно различны: рост производства в нефтедобывающей отрасли, развитие торговли, сервиса и транспортных комплексов городов сочетается с кризисным состоянием ряда отраслей обрабатывающей промышленности, сельского и лесного хозяйства. Принятый в данном исследовании подход предполагает группировку и выбор водных объектов, изучаемых на предмет пространственной и временной динамики показателей качества воды, по преобладающим типам и подтипам природопользования в пределах соответствующих водосборных бассейнов.

Объектом исследования являются поверхностные воды Удмуртии, как типичного для современной России региона с развитой добывающей и обрабатывающей промышленностью, сельским и лесным хозяйством, средними или близкими к средним показателями социально-экономического развития.

Предмет исследования – пространственные и временные тенденции динамики качества поверхностных вод при различных видах техногенных воздействий на водосборные бассейны.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационного исследования является выявление и анализ современных тенденций изменения показателей качества воды поверхностных водных объектов Удмуртии, с учетом характера природопользования в их водосборных бассейнах. Эта цель достигается путем решения следующих задач:

- анализ предшествующих исследований и выбор показателей качества воды, наиболее отвечающих цели исследования;

- выявление на примере рек с наименее нарушенными водосборными бассейнами общерегиональных тенденций, обусловленных преимущественно природными факторами и загрязнением от диффузных источников сельской местности;

- анализ динамики качества поверхностных вод в условиях преимущественного воздействия городской среды;

- анализ динамики качества поверхностных вод в условиях воздействия объектов нефтедобычи.

Исходные материалы и методика исследования. В работе использованы данные общегосударственного и ведомственного мониторинга поверхностных водных объектов Удмуртии, материалы геоэкологических исследований и инженерно-экологических изысканий в целях разработки природоохранных разделов проектов, в т.ч. выполненных автором. Исследование базируется на разработках ведущих отечественных и зарубежных ученых в области гидрохимии и оценки качества поверхностных вод: О.А Алекина, Л.В. Бражниковой, С.М. Драчева, В.П. Емельяновой, И.Д. Родзиллера, А.В. Караушева, Б.Г. Скакальского, В.В. Морокова, А.М. Никанорова, М.В. Beck, С.Е. Boyd, R.M. Brown, W.G Hines, D.R./(ed.) Maidment. При обработке исходных данных использованы общепринятые математико-статистические методы и реализующие их программные средства.

Научная новизна диссертационного исследования заключается в выявлении ряда общерегиональных тенденций сезонной и межгодовой динамики показателей качества воды, а также характера специфических особенностей трансформации гидрохимического режима рек Удмуртии в условиях преимущественных воздействий городской среды, объектов нефтедобычи, сельскохозяйственного природопользования.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Основные общерегиональные тенденции сезонной и межгодовой динамики показателей качества воды на современном этапе включают в себя:

- изменения гидрохимического режима, степень и характер которых определяются содержанием и масштабами техногенной нагрузки;

- рост содержания кислорода, снижение содержания нефтепродуктов, хлоридов, сульфатов, что связано как с сокращением объемов добычи нефти в республике, так и с усилением, начиная, со второй половины 90-х гг., экологического контроля в нефтедобывающей отрасли;

- рост содержания азота аммонийного, объясняемый по-прежнему неудовлетворительным состоянием утилизации отходов животноводства, отсутствием очистных сооружений канализации в большинстве сельских населенных пунктов;

- относительную устойчивость показателей качества воды, формирующиеся преимущественно под влиянием природных процессов, таких как рН и содержание взвешенных веществ.

2. Наибольшая загрязненность характерна для рек, на водосборах которых наиболее широко представлен промышленно-урбанистический тип природопользования, и в особенности его горнопромышленный подтип. Меньшая загрязненность свойственна водным объектам, попадающим под влияние сельскохозяйственного типа природопользования.

3. Несмотря на разный характер техногенного воздействия на водосборы водных объектов Удмуртии, их природные воды имеют схожий характер загрязнения - повышенное содержание органики (по ХПК и БПК5), металлов (железо, медь, цинк), нефтепродуктов, аммония, что является отражением как региональных особенностей геохимического фона, так и значительного влияния диффузных источников загрязнения.

4. Для природных вод городских прудов и рек, на которых они созданы характерно:

- глубокое изменение гидрохимического режима показателей качества воды, при наличии влияния характера техногенной нагрузки на количество ингредиентов с измененным гидрохимическим режимом;

- прогрессирующее ухудшение качества воды по показателям, зависящим от характера техногенной нагрузки, при наличии влияния её масштабов на степень выраженности неблагоприятных тенденций;

- невыраженность некоторых общерегиональных тенденций (в частности, снижения содержания хлоридов и нефтепродуктов);

- несоответствие санитарно-гигиеническим нормативам по содержанию металлов (железо, марганец), нефтепродуктов, биологически окисляемой органики и азота аммонийного.

5. В условиях Удмуртии наибольшие воздействия объектов нефтедобычи на поверхностные водные объекты проявляются на стадиях нарастающей и падающей добычи нефти. В разделяющий их период стабильной добычи, когда основные промысловые объекты построены, а изменения циркуляции подземных вод еще не сказались, наблюдается снижение загрязненности нефтепродуктами.

6. Одним из необходимых мероприятий в деле охраны водных объектов является повышение эффективности мониторинга. При существующем положении имеет место разобщенность ведомств, осуществляющих мониторинг качества водных объектов, отсутствие комплексных подходов к изучению процессов в водных экосистемах, нерациональное размещение пунктов отбора проб воды, недоучет гидрологических факторов при определении сроков отбора проб воды.

Личный вклад автора в работу заключается в теоретическом, методическом и практическом решении задач исследования пространственно-временной динамики показателей качества воды. Сформированы базы данных, проведено математико-статистическое исследование и анализ его результатов.

Научно-практическая значимость работы. Результаты работы непосредственно использованы при разработке «Концепции оздоровления Ижевского пруда как источника питьевого водоснабжения г. Ижевска» и реализующих эту концепцию рабочих проектов очистки ложа водохранилища от донных отложений, берегоукрепления и др. мероприятий, «Муниципальной целевой комплексной программы обеспечения населения г. Ижевска питьевой водой», а также в разделах ОВОС и ООС нескольких десятков проектов строительства объектов нефтедобычи. Выводы из работы использованы при разработке и реализации стратегии устойчивого развития г. Ижевска, программы Европейского регионального бюро ВОЗ «Здоровые города», и в учебном процессе по специальностям «Природопользование» и «География» в ГОУ ВПО «Удмуртский государственный университет».

Апробация работы. Научные положения и результаты исследования отражены в 28 публикациях (из них без соавторов - 14), включая главы и разделы 3 коллективных монографий, 9 статей (одна из них в издании из списка ВАК), докладывались на международных, российских и региональных конференциях:

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Общий объем составляет 238 страниц, в т.ч. 53 таблицы и 49 рисунков. Основной текст диссертации изложен на 150 страницах. Список литературы состоит из 186 наименований, из них 13 на иностранных языках. Приложение включает 70 рисунков и 19 страниц текста (предложения по организации сети специального гидрохимического мониторинга на реках Иж и Вотка).

Автор глубоко признателен и искренне благодарен научному руководителю – профессору, зав. кафедрой природопользования и экологического картографирования УдГУ В.И. Стурману за постоянное внимание и консультации по работе над диссертацией, а также сотрудникам географического факультета УдГУ за ряд ценных замечаний, высказанных в ходе обсуждения результатов исследования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность проблемы, формулируются основная цель и задачи исследования.

В первой главе рассматривается история развития гидрохимических исследований в России, в том числе развитие подходов к оценке качества природных вод. Первая российская классификация водоемов с разделением категорий по химическим, бактериологическим и гидробиологическим признакам и физическим свойствам была предложена А.А Былинкиной с соавторами в 1962 году. В качестве основных показателей были выделены коли-титр, запах, БПК5, азот аммонийный и внешний вид водоема. Впоследствии такие показатели как БПК5, азот аммонийный используются некоторыми авторами в качестве основных показателей. В целом, почти все авторы с небольшими вариациями рекомендуют учитывать при оценке качества воды такие параметры, как БПК, взвешенные вещества, рН, растворенный кислород, коли-индекс, нитраты, хлориды, сульфаты. За рубежом подобная классификация была предложена Королевской комиссией по сточным водам (Англия) еще в 1912 г., но преимущественно с химическими показателями.

Существующие на сегодняшний день за рубежом методы комплексной оценки загрязненности поверхностных вод принципиально разделяются на две группы: 1) позволяющие оценивать качество воды по совокупности гидрохимических, гидрофизических, гидробиологических, микробиологических показателей; 2) связанные с расчетом комплексных индексов загрязненности воды. Развитие комплексных (обобщенных) показателей загрязненности воды по времени запоздало по сравнению с развитием методов первой группы - классификаций качества воды. Так, первая попытка создать обобщенный показатель качества воды в США была предпринята только в 1965 году.

В 1970-х гг., с началом реализации программ по охране окружающей среды, активизировались работы по оценке качества воды. Следует отметить работу О.А. Алекина. «Основы гидрохимии», где подробно рассматриваются вопросы сезонного (внутригодового) изменения минерализации воды, содержания основных ионов, биогенных соединений (азотная группа, фосфор, кремний; сборник «Вопросы методологии гидрохимических исследований в условиях антропогенного влияния. Материалы XXVII Всесоюзного гидрохимического совещания», где в статье А.В. Караушева и Б.Г. Скакальского «Вопросы практического использования интегральных показателей для оценки качества воды и состояния загрязненности водных объектов» впервые вводится понятие лимитирующих веществ (вещества, содержание которых в водах объектах нормируется в установленном порядке, т.е. для которых определены ПДК) и репрезентативных ингредиентов – ингредиентов, удовлетворяющих следующим трем или, по крайней мере, двум условиям: 1) специфичностью относительно состава сбрасываемых сточных вод, преобладающих в общем объеме сброса; 2) максимальным превышением над ПДК; 3) наименьшей скоростью трансформации.

В 70-х гг. появляются комплексные показатели загрязненности воды, разработанные в Государственном гидрологическом институте, коэффициент загрязненности В.П. Белогурова с соавторами, общесанитарный индекс В.И. Гурария и А.С. Шайна. Одной из сложных задач при разработке комплексных показателей загрязненности (качества) воды в этот период, по-прежнему, остается определение учитываемых при этом ингредиентов.

За рубежом получают известность новые обобщенные показатели, учитывающие многие из тех ингредиентов, что рассматривались в качестве приоритетных и отечественными комплексными оценками качества воды. Так, Национальная организация по санитарии (США) разработала индекс качества воды WQI, включающей девять параметров – растворенный кислород, коли-индекс, рН, БПК5, нитраты, фосфаты, температура, мутность, взвешенные вещества.

В 1974 году в докторской диссертации Дж. Лэндехра (Никаноров, 2005) рассматривается схема оценки качества воды с применением индекса качества (ИКВ), рассчитываемый по таким известным уже показателям, как растворенный кислород, БПК, аммиак и ионы аммония, рН, общий азот, фосфаты, взвешенные вещества, температура, электропроводимость, Escherichia Coli.

В монографии Клода Бойда (Boyd С.Е.,2000) в классификации по качеству речной воды также рекомендуется использовать такие параметры как растворенный кислород, рН, БПК, взвешенные вещества, температура воды, вкус, запах, цветность воды, наличие токсикантов.

В 1980-х В.П.Емельянова с соавторами при определении комбинаторного индекса загрязненности (КИЗ) также предлагают выделение из общего числа учитываемых ингредиентов лимитирующих показателей загрязненности. Однако, в данном случае под лимитирующими показателями загрязненности, в отличие от «лимитирующих веществ» Караушева и Скакальского, понимаются ингредиенты и показатели качества воды, которые значительно ухудшают ее качество и переводят воду в класс «недопустимо грязной». Для выделения таких показателей поингредиентно рассчитывается повторяемость и кратность превышения ПДК.

1980-х гг., когда проблема качества воды стояла наиболее остро и была уже достаточно изучена, были временем наибольшего интереса к рассматриваемой проблеме. В 1984 году в СССР выходит один из первых сборников, посвященных проблемам разработки комплексных оценок - «Комплексные оценки качества поверхностных вод», а в 1986 году, в Черноголовке проходит Симпозиум специалистов стран-членов СЭВ, где рассматривается данная проблема. В те же годы в США Агентством по охране окружающей среды – EPA-US выпускаются многочисленные стандарты качества воды.

Начиная с 1980-х гг. наиболее распространенным комплексным показателем качества природных вод остается гидрохимический индекс загрязнения воды (ИЗВ), установленный Госкомгидрометом СССР. Этот индекс представляет собой среднюю долю превышения ПДК по строго лимитированному числу индивидуальных ингредиентов (как правило, их 6): О2, БПК5 и четырем загрязнителям, чаще всего превышающим ПДК, при этом принадлежность веществ к той или иной группе ЛПВ не учитывается. О повышении индикативности ИЗВ как показателя качества воды указывает в 2003 году в своей работе З.Г.Гольд с соавторами, предлагая включить все (а не шесть, как принято сейчас) ингредиенты химического состава конкретной пробы воды.

Более сложные поправки к алгоритму вычисления ИЗВ при расчете своего комплексного параметра - индекса загрязнения воды Института географии СО РАН (ИЗВИГ) предлагают А.В.Игнатов, В.В.Кравченко и В.Н.Федоров. Вычисление его сводится к выполнению следующих действий: 1) по каждому контрольному посту определяются среднегодовые значения концентраций измеряемых ингредиентов Ci; 2) эти значения делятся на соответствующие ПДКi; 3) полученное множество среднегодовых концентраций загрязняющих веществ, выраженных в долях ПДК, ранжируется в порядке убывания, причем кислород и БПК5 независимо от значений, помещаются в начало ряда под номерами 1 и 2; 4) для каждого вещества вычисляется весовой коэффициент по формуле ki=K(Ci/ПДКi); 5) весовые коэффициенты растворенного кислорода и БПК5 приравниваются к весовому коэффициенту вещества, стоящего под третьим номером в ряду, т.е. к123.

Чтобы избежать нарушения монотонности по концентрациям, авторы рекомендуют нормировать на единицу весовые коэффициенты не менее чем половины членов ранжированного ряда. Таким образом, индекс загрязнения воды (ИЗВИГ), удовлетворяющий требованиям монотонности, будет вычисляться по формуле:

.

По мнению автора данного исследования, ценным является то, что данный индекс, кроме требования монотонности концентраций (повышение концентрации в воде любого вещества должно приводить к увеличению значения индекса) отвечает следующим важным требованиям, выдвигаемым авторами индекса:

- стандартизованность, т.к. ИЗВИГ ориентирован на использовании любых материалов измерений, для которых определены ПДК или другая норма;

- робастность, поскольку индекс устойчив по отношению к использованию материалов различной пробности и точности, при его расчетах применяются операции осреднения и суммирования данных;

- покомпонентная чувствительность, в связи с тем, что способ оценки весовых коэффициентов обеспечивает достаточную чувствительность индекса к изменению качества воды при ее загрязнении даже одним ингредиентом.

Однако, автор данного исследования не вполне согласен с таким требованием, как монотонность по компонентам – данный индекс учитывает ухудшение качества воды с увеличением числа загрязняющих компонентов. Число же последних не оговаривается («все измеренные концентрации»), соответственно, чем больше учтено загрязняющих примесей, тем выше показатель загрязнения, и его величина отражает не столько объективно существующий уровень загрязнения, сколько уровень его изученности.

Интересный подход к использованию ИЗВ с учетом водности рек, предложен А.П. Шлычковым, Г.Н. Ждановой и О.Г. Яковлевой, предлагающими для оценки степени загрязнения водотоков индекс загрязнения воды с поправкой на водность (ИЗВ).

Расчет ИЗВ с учетом коэффициента водности - ИЗВ - производится по следующей формуле:

.

Числитель в данном выражении представляет собой наблюдаемый сток ингредиентов, вносящих основной вклад в загрязнение, а знаменатель – его предельно допустимый сток в средний по водности год. Следовательно, этот показатель характеризует кратность превышения нормативного стока основных загрязняющих веществ. Т.о., данный показатель является усовершенствованным ИЗВ, более полно описывая ситуацию в разные по водности сезоны.

Период 90-х и начало 2000-х годов стал временем, когда в силу роста техногенной нагрузки на водные объекты, являющиеся источниками питьевого назначения, в основном, рассматриваются вопросы пространственно-временной динамики качества воды на примере Можайского, Куйбышевского, Рыбинского водохранилищ, водохранилищ Московского региона и т.д. На второй план отходят вопросы создания комплексных показателей качества воды. Хотя, без сомнения, особого внимания заслуживает вышедшая в 2005 году монография А.М. Никанорова «Научные основы мониторинга качества вод», где приводится достаточно подробный обзор методов оценивания качества поверхностных вод за рубежом; рассматриваются классификации показателей качества воды, в том числе классификации комплексных оценок загрязненности воды; раскрываются перспективные направления комплексного оценивания качества вод.



Скачать документ

Похожие документы:

  1. О. В. Семченко [разд. «В зеркале печати (публикации об институте)»]

    Библиографический указатель
    Библиографический указатель «Публикации сотрудников Горного института УрО РАН» посвящен 20-летию института. В нем представлен перечень публикаций почти всех сотрудников за период с 1988 по 2007 год в отечественной и зарубежной печати.
  2. Предупреждение. Спасение. Помощь

    Реферат
    Арефьева Е.В. Математическое моделирование задач прогнозирования опасных природных процессов на базе постоянно действующей ситуационно-оптимизационной модели застроенной территории ….
  3. Б. Б. Бадмаев (ответственный редактор), М. А. Ербаева, О. В. Брандлер

    Тезисы
    Прошлое, настоящее и будущее сурков Евразии и экологические аспекты расселения сурков в Байкальском регионе – Тезисы докладов X Международного совещания по суркам стран СНГ (с.
  4. Сводные данные (план) международных мероприятий в области образования, науки и инноваций издаются в виде брошюр с 1986г

    Документ
    Сводные данные (план) международных мероприятий в области образования, науки и инноваций издаются в виде брошюр с 1986г. и рассылаются по министерствам, ведомствам и организациям, федеральным и региональным центрам России и др.
  5. Научное издание балтийской педагогической академии отделение «Валеология и психофизиология»

    Документ
    III Международный съезд ученых, работников образования, здравоохранения, культуры и религии «Путь к Согласию» в результате своей работы констатирует, что сознание большинства людей современного человечества поражено вирусом несогласия

Другие похожие документы..