Загрязнение поверхностных вод суши

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Введение

Водные ресурсы являются одним из основных элементов природной  среды и играют большую роль в  развитии человеческого общества.

В современном мире вода – один из важнейших факторов, определяющих размещение производственных сил, а очень часто и средство производства. Именно сейчас, когда темпы роста водопотребления огромны, когда некоторые страны уже испытывают острый дефицит пресной воды, особенно остро стоит вопрос снижения загрязнения пресной воды.

Рост населения, расширение старых и возникновение новых городов значительно увеличили поступление бытовых стоков во внутренние водоемы. Эти стоки стали источником загрязнения рек  и озер болезнетворными бактериями. В еще большей степени загрязняют водоемы моющие синтетические средства, широко используемые в быту. Они находят широкое  применение также в промышленности и сельском хозяйстве. Содержащиеся в них химические вещества, поступая со сточными водами в реки и озера, оказывают значительное влияние на биологический и физический режим водоемов. В результате снижается способность вод к насыщению кислородом, парализуется деятельность бактерий, минерализующих органические вещества.

 На сегодняшний день  существует и такая проблема  как рекреационное природопользование. Хозфекальные стоки попадают, в некоторых случаях, в водоемы без какой-либо очистки со всевозможных баз отдыха.  В отсутствии культурности людей также происходит загрязнение прибрежных территорий.

Сложившаяся ситуация настоятельно требует рационального использования  и охраны водных ресурсов, вызывает необходимость оценки воздействия  антропогенных факторов на сток и  гидрологический режим.

 

 

 

 

1 Загрязнение поверхностных вод суши

Злободневной проблемой  современности стало ухудшение  качества природных вод и состояния  водных систем в результате возросшей  антропогенной деятельности. Накопление и рассеяние веществ антропогенного происхождения по всей планете не оставили в стороне пресноводные экосистемы, качество воды которых  существенно изменилось за последние  десятилетия.

В целом факторы воздействия  обусловлены природными, и антропогенными причинами. Природные факторы воздействия  обычно вызваны катастрофами – вулканами, селями и т.д. Антропогенные факторы  вызваны непосредственно действиями человека.

В результате различных воздействий  происходит:

-  загрязнение водных объектов – сброс или поступление иным способом в водные объекты, а также образование в них вредных веществ, которые ухудшают качество поверхностных и подземных вод, ограничивают использование либо негативно влияют на состояние дна и берегов водных объектов;

- засорение водных объектов – сброс или поступление иным способом в водные объекты предметов или взвешенных частиц, ухудшающих состояние и затрудняющих использование водных объектов;

- истощение водных объектов – устойчивое сокращение запасов и ухудшение качества поверхностных и подземных вод;

Вся вода гидросферы непрерывно совершает круговорот, при этом происходит изменение ее состава, агрегатного  состояния и свойств, самоочищение. Рост численности населения, развитие производственной деятельности для  удовлетворения его растущих потребностей изменяют сложившиеся за миллионы лет  естественные равновесия в гидросфере [1].

Поверхностные водные объекты – это постоянное или временное сосредоточение вод на поверхности суши в формах ее рельефа, имеющее границы, объем и черты водного режима. Загрязнение этих объектов наиболее опасное влияние на окружающую среду и жизнедеятельность человека.

Большой вред водоемам и водотокам причиняет выпуск в них неочищенных сточных вод – промышленных, коммунально-бытовых, коллекторно-дренажных и др. Коммунально-бытовые сточные воды в больших количествах поступают из жилых и общественных зданий, прачечных, столовых, больниц и т.д. В сточных водах этого типа преобладают различные органические вещества, а также микроорганизмы, что может вызвать бактериальное загрязнение. Применительно к поверхностным водам выделяют еще их загрязнение мусором, остатками лесосплава, промышленными и бытовыми отходами, которые ухудшают качество вод, отрицательно влияют на условия обитания рыб, состояние экосистем.

Антропогенная эвтрофикация связана с поступлением в водоемы значительного количества биогенных веществ – азота, фосфора и других элементов в виде удобрений, моющих веществ, отходов животноводства, атмосферных аэрозолей и т.д. В современных условиях эвтрофикация водоемов протекает в значительно менее продолжительные сроки – несколько десятилетий и менее [2].

1.1 Основные виды загрязнения

Наиболее часто встречается  химическое и бактериальное загрязнение  вод. Значительно реже наблюдается  радиоактивное, механическое и тепловое загрязнение.

Химическое загрязнение – наиболее распространенное, стойкое и далеко распространяющееся. Оно может быть органическим (фенолы, нафтеновые кислоты, пестициды и др.) и неорганическим (соли, кислоты, щелочи), токсичным (мышьяк, соединения ртути, свинца, кадмия и др.) и нетоксичным. При осаждении на дно водоемов или при фильтрации в пласте вредные химические вещества сорбируются частицами пород, окисляются и восстанавливаются, выпадают в осадок и т. д., однако, как правило, полного самоочищения загрязненных вод не происходит. Очаг химического загрязнения подземных вод в сильно проницаемых грунтах может распространяться до 10 км и более. Установлено, что под влиянием загрязняющих веществ в пресноводных экосистемах отмечается падение их устойчивости, вследствие нарушения пищевой пирамиды и ломки сигнальных связей в биоценозе, микробиологического загрязнения, эвтрофирования и других крайне неблагоприятных процессов. Они снижают темпы роста гидробионтов, их плодовитость, а в ряде случаев приводят к их гибели.

Бактериальное загрязнение  выражается в появлении в воде патогенных бактерий, вирусов (до 700 видов), простейших, грибов и др.

Весьма опасно содержание в воде, даже при очень малых  концентрациях, радиоактивных веществ, вызывающих радиоактивное загрязнение. Наиболее вредны «долгоживущие» радиоактивные  элементы, обладающие повышенной способностью к передвижению в воде (стронций-90, уран, цезий и др.). Радиоактивные элементы попадают в поверхностные водоемы при сбрасывании в них радиоактивных отходов, захоронении отходов на дне и др. В подземные воды уран, стронций и другие элементы попадают как в результате выпадения их на поверхность земли в виде радиоактивных продуктов и отходов и последующего просачивания в глубь земли вместе с атмосферными водами, так и в результате взаимодействия подземных вод с радиоактивными горными породами. Механическое загрязнение характеризуется попаданием в воду различных механических примесей (песок, шлам, ил и др.). Механические примеси могут значительно ухудшать органолептические показатели вод.

В настоящее время известны более 2000 веществ, загрязняющих водоемы. Все они попадают в воду в результате человеческой деятельности.

Применительно к поверхностным  водам выделяют еще их загрязнение  мусором, остатками лесосплава, промышленными  и бытовыми отходами, которые ухудшают качество вод, отрицательно влияют на условия обитания рыб, состояние  экосистем.

В настоящее время  строительство плотин на реках рассматривается как механическое загрязнение водных объектов.  При создании водохранилищ замедляется и останавливается течение. Это приводит к аккумуляции значительного количества биогенных и органических веществ в зоне подпора, в которой образуется обширная площадь затопления [3].

1.2 Особенности природы водохранилищ

Водохранилище — искусственный  водоём, образованный, как правило, в долине реки водоподпорными сооружениями для накопления и хранения воды в  целях её использования в народном хозяйстве.

Водохранилища делятся на 2 типа: озёрные и речные. Для водохранилищ озёрного типа (например, Рыбинского) характерно формирование водных масс, существенно отличных по своим физическим свойствам от свойств вод притоков. Течения в этих водохранилищах связаны больше всего с ветрами. Водохранилища речного (руслового) типа (например, Дубоссарское) имеют вытянутую форму, течения в них, обычно, стоковые; водная масса по своим характеристикам близка к речным водам.

Основными параметрами водохранилища  являются объём, площадь зеркала  и амплитуда колебания уровней  воды в условиях его эксплуатации.

Создание водохранилищ существенно  изменяет ландшафт речных долин, а регулирование  ими стока преобразует естественный гидрологический режим реки в  пределах подпора. Изменения гидрологического режима, вызываемые созданием водохранилищ, происходят также и в нижнем бьефе  гидроузлов, иногда на протяжении десятков и даже сотен километров. Особое значение имеет уменьшение половодий, в результате чего ухудшаются условия  нереста рыб и произрастания  трав на пойменных лугах. Уменьшение скорости течения вызывает выпадение  наносов и заиление водохранилищ; изменяется температурный и ледовый  режим, в нижнем бьефе образуется не замерзающая всю зиму полынья.

На водохранилищах высота ветровых волн больше, чем на реках (до 3 м и более).

Гидробиологический режим  водохранилищ существенно отличается от режима рек: биомасса в водохранилище  образуется интенсивнее, меняется видовой состав флоры и фауны  [11].

Одним из главных воздействий  на водохранилище является регулирование  режима работы гидросооружений, которое  начинает действовать с момента  возникновения водоема. К другим не менее важным антропогенным воздействиям относятся сброс бытовых и  промышленных сточных вод, вынос  минеральных удобрений, пестицидов, ядохимикатов с полей водосбора  водохранилища,  окультуривание земель, включая побережья водохранилища, рекреационное использование водохранилища.

Многим водохранилищам свойственно  резкое ухудшение качества воды вследствие сброса в них неочищенных сточных  вод промышленных предприятий и  населенных пунктов, замедления водообмена, эвтрофикация и, как результат - цветение воды [14].

1.3 Эвтрофикация водохранилищ

Способность аккумулировать и трансформировать энергию и  вещество – одно из основных свойств  водоемов замедленного водообмена. Эвтрофирование (эвтрофикация, эвтрофия) вод есть повышение биологической продуктивности водных объектов в результате накопления в воде биогенных элементов под действием антропогенных или естественных (природных) факторов.

Озёра с момента своего возникновения живут и развиваются  под влиянием взаимодействующих  компонентов окружающего ландшафта.

 Вещества, ускоряющие рост автотрофных гидробионтов, многочисленны, разнообразны по происхождению и составу, а также по физиологическому и экологическому значению. Поступление биогенов в водоем со стоком создаёт основу для развития гидробионтов в озере и приводит к его насыщению органическим веществом, увеличению трофности и переходу с одного трофического уровня на другой [14].

Принято различать антропогенное  и естественное эвтрофирование. Антропогенное эвтрофирование обусловлено возрастанием потоков биогенных веществ в биосфере в результате хозяйственной деятельности человека и протекает значительно быстрее, чем естественное. Естественное эвтрофирование водоемов обусловлено постепенным накоплением в водоемах органических и биогенных веществ в течение длительных геологических периодов времени [15].

При антропогенном эвтрофировании водоема его экосистема начинает развиваться в сторону более низкого разнообразия и направленного перехода к иным доминантным группам организмов. Сообщество фитопланктона изменяется от стадии с преобладанием диатомовых водорослей через стадию, когда диатомовые сочетаются с обилием динофлагеллят и синезеленых водорослей, к стадии высокопродуктивного фитопланктона при значительном количестве цианобактерий (синезеленых водорослей). Последние хорошо адаптируются как к недостатку, так и к избытку света, а также обладают механизмом фиксирования растворенного в воде большого количества атмосферного азота. В процессе эвтрофирования прямолинейная связь численности и биомассы фитопланктона переходит в экспоненту, а затем резко увеличивается численность клеток и их агрегированность в крупные колонии непригодные для зоопланктона. Таким образом, чем выше трофность водоема, тем более мелкие организмы преобладают [15].

 

 

 

 

 

 

 

2 Биологический контроль. Биотестирование

В выявлении антропогенного загрязнения среды наряду с химико-аналитическими методами находят применение приемы, основанные на оценке состояния отдельных особей, подвергающихся воздействию загрязненной среды, а также их органов, тканей и клеток. Их применение вызвано технической усложненностью и ограниченностью информации, которую могут предоставить химические методы. Кроме того, гидрохимические и химико-аналитические методы могут оказаться неэффективными из-за недостаточно высокой их чувствительности. Живые организмы способны воспринимать более низкие концентрации веществ, чем любой аналитический датчик, в связи с чем биота может быть подвержена  токсическим воздействиям, не регистрируемым техническими средствами [4].

 Биологические методы основаны на том, что для жизнедеятельности – роста, размножения и функционирования живых существ необходима среда строго определенного химического состава. При изменении этого состава, например при исключении из питательной среды какого-либо компонента или введении дополнительного (определяемого) соединения, организм через какое-то время, иногда практически сразу подает соответствующий ответный сигнал. Установление связи характера или интенсивности ответного сигнала организма (называемого индикаторным) с количеством введенного в среду или исключенного из среды компонента служит для его обнаружения или определения [5].