Картографирование использования водных объектов с учетом нормативов их качества - Студенческий научный форум

XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

Картографирование использования водных объектов с учетом нормативов их качества

Мустафина А.А. 1
1Курганский Государственный Университет
 Комментарии
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Экологическая обстановка, усложняющиеся с каждым десятилетием активной промышленной деятельности человека заставляет искать все более и более совершенные методики наблюдения за окружающей природной средой. Потребность человека в контроле экологического состояния окружающей среды привела к развитию нового крупного направления тематической картографии - экологического картографирования. Разнообразие тематического содержания экологических карт обусловлено областью их практического применения (биологические, геологические, медицинские, социальные науки и т.д.). Для экологического картографирования интерес представляют объекты, роль окружающей среды для которых играет географическая оболочка Земли - сложная многокомпонентная система, каждый компонент которой является фактором, определяющим форму и состояние всех остальных компонентов, поскольку все они взаимообусловлены и взаимодействуют друг с другом. Поэтому одним из основных средств в графическом моделировании природной среды для решения задач регулируемого природопользования, является экологическое картографирование. В настоящее время еще нет полной согласованности в методике и принципах составления эколого-географических карт, на основе которых можно проанализировать состояние окружающей среды, Это связано с системностью содержания данных карт: картограф-составитель вынуден обращать внимание не только на свойства того или иного объекта, но и на взаимоотношения между объектом (или объектами) и средой. Любые процессы, происходящие на поверхности земли, могут быть представлены как комплекс взаимодействий различных элементов среды, поэтому, наиболее точным и подробным наблюдением является одновременное наблюдение за множеством параметром.

1.Картографирования загрязнения вод суши

Загрязнение водных объектов, так же как и загрязнение атмосферы, сложный, многофакторный и весьма динамичный процесс. Экологическое состояние водоемов складывается в результате взаимодействия факторов самоочищения и техногенной нагрузки и определяется, главным образом, путем стационарных и экспедиционных исследований. Показатели экологического состояния водоемов включают значительное число гидрохимических и гидробиологических характеристик, таких, как содержание взвешенных веществ, плавающие примеси, запахи и привкусы, окраска, температура, рН, минерализация, растворенный кислород, биохимическое потребление кислорода, содержание бактерий, содержание токсичных веществ. Концентрации различных загрязняющих веществ, присутствующих в водной среде, характеризуются сложной временной динамикой и зависят от: • интенсивности поступления в водоемы; • скорости процессов самоочищения и осаждения; • объема водной массы, характера и скорости ее движения. Каждый из перечисленных факторов загрязнения относительно независим от других и обладает собственной динамикой. Загрязняющие вещества поступают в водоемы со сточными водами от промышленных и сельскохозяйственных предприятий, коммунально-бытовой сферы, с поверхностным стоком за счет смыва с загрязненных территорий, при осаждении из атмосферы, от вторичных химических процессов трансформации поллютантов, от естественных источников. Объемы сточных вод определяются ходом процессов их образования и накопления на предприятиях и в быту. Особенностью процессов загрязнения водных объектов является резкая изменчивость, связанная с возможностью залповых сбросов из емкостей-накопителей, как технологически обусловленных, так и аварийных. Смыв с загрязненных территорий также крайне неравномерен во времени и происходит при стоке дождевых и талых вод, а также во время паводков. Осаждение из атмосферы определяется присутствием в ней осаждающихся (вымывающихся) примесей и наличием соответствующих метеорологических условий. Интенсивность процессов самоочищения зависит от состояния экосистемы водоема, температуры воды и скорости течения. Объемы воды в водных объектах зависят от комплекса гидрологических факторов и характеризуются внутри- и межгодовой изменчивостью. Поэтому уровни загрязнения водных объектов в разных регионах изменяются по сезонам неодинаково, в зависимости от гидрологического режима, а также характера загрязнения и его источников. Формирование сравнительно повышенных уровней загрязнения отмечается при относительно стабильном поступлении загрязнения и пониженном расходе воды, в условиях низкой летней или зимней межени; при массированном поступлении загрязнений (в том числе взвешенных частиц) с поверхностным стоком, во время весенних и дождевых паводков; при залповых сбросах, вне зависимости от состояния водоема. В последнем случае последствия определяются как масштабами сброса, так и интенсивностью самоочищения. Известно, что последствия аварийных сбросов многократно усугубляются, когда их воздействию подвергаются холодные воды умеренного пояса зимой либо арктического и субарктического поясов в любой сезон. Нормирование загрязнения гидросферы базируется на гигиеническом принципе. Предельно допустимые концентрации устанавливаются, исходя из минимальных возможностей вредных воздействий. Но вредные воздействия на человека или ихтиофауну достаточно часто бывают связаны не только с техногенными, но и с природными причинами. Едва ли не в любом геохимическом ландшафте имеет место дефицит одних элементов и избыток других. С другой стороны, известно, что для водной среды ПДК тяжелых металлов установлены по валовым содержаниям, тогда как токсичны лишь свободные ионы. В результате по ряду веществ ПДК фактически установлены на уровне природного фона или даже ниже его, что искажает картину распределения уровней загрязнения и затрудняет использование интегральных показателей качества воды. Важной частью картографирования загрязнения вод суши является картографирование самоочищения поверхностных вод. Картографирование самоочищения поверхностных вод может выполняться на качественном или количественном уровне исследования. Первое используется в мелко- и среднемасштабных, оценочных работах, выполняемых для больших территорий. Второе становится возможным при крупномасштабных исследованиях, посвященных анализу конкретных ситуаций, прогнозированию последствий возможных и реальных случаев загрязнения. Качественное картографирование условий самоочищения подразделяет водные объекты на ряд категорий по параметрам, определяющим условия самоочищения: интенсивности перемешивания; температурам воды в летние месяцы; условиям разбавления загрязняющих веществ. Интенсивность перемешивания воды в реках зависит от турбулентности потока, что, в свою очередь, контролируется характером рельефа и донных отложений. По этим условиям реки подразделяются на: ·   Равнинные ·   предгорные (низкогорные) ·   горные Им соответствует слабая, средняя и сильная интенсивность перемешивания соответственно. По температурным характеристикам выделяется три категории рек со средними температурами в летнее время до 15°, 15-20°, выше 20°. Сочетание характеристик перемешивания и температур позволяет выделить четыре категории условий самоочищения за счет трансформации загрязняющих веществ: благоприятные, относительно благоприятные, средние, неблагоприятные. Условия разбавления загрязняющих веществ определяются по среднегодовым расходам воды; по этому показателю реки подразделяются на шесть категорий. По сочетанию условий трансформации поллютантов и разбавления выделяется шесть градаций интегральных условий самоочищения. Для озер основной фактор перемешивания воды - ветровое волнение. По сочетанию этого показателя и средних температур за летние месяцы выделяются те же четыре градации условий трансформации поллютантов, что и для рек. В качестве показателя условий разбавления загрязняющих веществ для озер используется их объем (шесть градаций). По сочетанию условий трансформации и разбавления поллютантов для озер выделяются те же шесть градаций интегральных условий самоочищения: очень хорошие, хорошие, относительно хорошие, средние, плохие, очень плохие. Градации, выделяемые по указанным признакам, относятся к довольно крупным регионам, что позволяет решать задачи малкомасштабного картографирования. Для передачи указанных характеристик самоочищения применяют линейные знаки (для рек) и ареалы (для водоемов), с использованием на многокрасочных картах «принципа светофора»: оттенков зеленого, желтого и красного цветов, сменяющих друг друга по мере ухудшения условий. На черно-белых картах используются штриховки, густота которых увеличивается по мере ухудшения условий. Количественное картографирование самоочищения выполняется при крупномасштабных работах и базируется на прогнозе на основе известных зависимостей скоростей трансформации конкретных веществ от температуры среды. При количественном картографировании предметом изображения являются не параметры самоочищения (их перевод из табличной формы в картографическую, с учетом температурных характеристик, возможен, но обычно нецелесообразен), а прогнозируемые результаты процессов самоочищения. Рассчитывается распространение веществ от мест их поступления в реку к определенным датам и ожидаемые концентрации по створам. Наиболее эффективным средством решения такой задачи является математическое моделирование потоков загрязнений с визуализацией результатов методом графической мультипликации в виде карт-фильмов. Использование такой методики наиболее целесообразно при определении последствий реальных или возможных аварийных залповых сбросов, когда можно пренебречь поступлением аналогичных поллютантов от диффузных источников.

2.Нормирование и регулирование качества воды в водоёмах

Охрана водоёмов от загрязнений осуществляется в соответствии с «Санитарными правилами и нормами охраны поверхностных вод от загрязнения» (1988 г.). Правила включают в себя общие требования к водопользователям в части сброса сточных вод в водоёмы. Правилами установлены две категории водоёмов: 1 – водоёмы питьевого и культурно-бытового назначения; 2 – водоёмы рыбохозяйственного назначения. Состав и свойства воды водных объектов первого типа должны соответствовать нормам в створах, расположенных в водотоках на расстоянии не менее одного километра выше ближайшего по течению пункта водопользования, а в непроточных водоёмах – в радиусе не менее одного километра от пункта водопользования. Состав и свойства воды в водоёмах II типа должны соответствовать нормам в месте выпуска сточных вод при рассеивающем выпуске (при наличии течений), а при отсутствии рассеивающего выпуска – не далее чем в 500 м от места выпуска.

Правилами установлены нормируемые значения для следующих параметров воды водоёмов: содержание плавающих примесей и взвешенных частиц, запах, привкус, окраска и температура воды, значение рН, состав и концентрация минеральных примесей и растворённого в воде кислорода, биологическая потребность воды в кислороде, состав и ПДК ядовитых и вредных веществ и болезнетворных бактерий (приложения А и Б).

Вредные и ядовитые вещества разнообразны по своему составу, в связи с чем, их нормируют по принципу лимитирующего показателя вредности (ЛПВ), под которым понимают наиболее вероятное неблагоприятное воздействие данного вещества. Для водоёмов первого типа используют три типа ЛПВ: санитарно-токсикологический, общесанитарный и органолептический, для водоёмов второго типа – ещё два вида: токсикологический и рыбохозяйственный.

Санитарное состояние водоёма отвечает требованиям норм при выполнении неравенства:

для каждой из трёх (для водоёмов второго типа – для каждой из пяти) групп вредных веществ, ПДК которых установлены соответственно по санитарно-токсикологическому ЛПВ, общесанитарному ЛПВ, органо-лептическому ЛПВ, а для рыбохозяйственных водоёмов – ещё и по токсикологическому ЛПВ и рыбохозяйственному ЛПВ.

Здесь n – число вредных веществ в водоёме, относящихся, положим, к «санитарно-токсикологической» группе вредных веществ;

Ci – концентрация i-го вещества из данной группы вредных веществ;

m – номер группы вредных веществ, например, m = 1 – для «санитарно-токсикологической» группы вредных веществ, m = 2 – для «общесанитарной» группы вредных веществ и т.д. – всего пять групп.

При этом должны учитываться фоновые концентрации Cф вредных веществ, содержащихся в воде водоёма до сброса сточных вод. При преобладании одного вредного вещества с концентрацией С в группе вредных веществ данного ЛПВ должно выполняться требование:

Использование соотношения основано на допущении применимости принципа аддитивности вредностей разных веществ, относящихся, например, к четвёртой, «токсикологической» группе вредных веществ. То есть допускается, что интегральная «вредность» многокомпонентной системы вредных веществ может быть определена как арифметическая сумма «вредностей» отдельных компонент. Между тем известно явление синергизма, когда два или более вредных (ядовитых) веществ могут дать эффект вредного действия на организм, во много раз превосходящий сумму действия каждого из них.

Установлены ПДК для более 400 вредных основных веществ в водоёмах питьевого и культурно-бытового назначения, а также, более 100 вредных основных веществ в водоёмах рыбохозяйственного назначения

Для самих сточных вод ПДК не нормируются, а определяются предельно допустимые количества сброса вредных примесей, ПДС. Поэтому минимально необходимая степень очистки сточных вод перед сбросом их в водоём определяется состоянием водоёма, а именно, фоновыми концентрациями вредных веществ в водоёме, расходом воды водоёма и др., то есть способностью водоёма к разбавлению вредных примесей.

Запрещено сбрасывать в водоёмы сточные воды, если существует возможность использовать более рациональную технологию, безводные процессы и системы повторного и оборотного водоснабжения – повторное или постоянное (многократное) использование одной и той же воды в технологическом процессе; если стоки содержат ценные отходы, которые возможно утилизировать; если стоки содержат сырьё, реагенты и продукцию производства в количествах, превышающих технологические потери; если сточные воды содержат вещества, для которых не установлены ПДК. Режим сброса может быть единовременным, периодическим, непрерывным с переменным расходом, случайным. При этом необходимо учитывать, что расход воды в водоёме (дебет реки) изменяется и по сезонам, и по годам. В любом случае должны удовлетворяться требования условия

3.Комплексное экологическое картографирование

Задачей комплексного экологического картографирования является одновременное отображение географической среды (ландшафтов), в которой происходит взаимодействие и развиваются экологические отношения между природными и социально-экономическими системами; техногенных и антропогенных воздействий и реакций среды на них; экологического состояния элементов природной среды. При этом объектом картографирования может быть как современное, так и прошлое (в определенный момент времени) или будущее (в рамках принимаемых сценариев развития) состояние среды. Исключительная сложность комплексного экологического картографирования обусловлена, прежде всего, множественностью характеристик, которые требуется принимать во внимание. Практически задача комплексного экологического картографирования решается путем создания атласов и серий взаимосвязанных карт экологического содержания либо составлением отдельных комплексных карт, содержание которых включает в минимально допустимом объеме все перечисленные элементы. В атласах и сериях карт преобладающая часть объема приходится на карты, характеризующие состояние отдельных компонентов среды, что было рассмотрено в предыдущих разделах. Атласное картографирование обычно опирается на результаты комплексных исследований (нередко проводимых специально) и позволяет глубоко и всесторонне охарактеризовать экологическую обстановку на территории. Однако выводы из всесторонней характеристики, включающие сравнительные оценки и обычно вызывающие наибольший общественный и практический интерес, следует представлять на отдельной обобщающей карте. Поэтому особенности комплексного экологического картографирования наиболее полно раскрываются в создании комплексных экологических карт. В настоящее время выделяется три разновидности комплексных экологических карт: инвентаризационные, ·   инвентаризационно-оценочные, ·   комплексные оценочные. На инвентаризационных картах показываются элементы природной среды (природные зоны, ландшафтные районы, ландшафты) и характер их использования (сельское и лесное хозяйство и др.), а также источники техногенного воздействия на них - города, предприятия, транспортные магистрали, иногда с характеристикой объемов и структуры отходящих от них выбросов и сбросов. На инвентаризационно-оценочных картах добавляется (нередко за счет сокращения других элементов содержания) характеристика реакции среды на техногенные воздействия на нее. Оценки носят приближенный, качественный характер и основываются главным образом на биоиндикационных данных (состояние лесов, лугов и т.п.) или, реже, на материалах опробования геокомпонентов. На комплексных оценочных картах основным элементом содержания становятся оценки экологических ситуаций, которые могут характеризовать состояние как отдельных геокомпонентов, так и среды в целом. При этом под экологической ситуацией понимается сочетание различных, в том числе позитивных и негативных, с точки зрения проживания и состояния здоровья человека, условий и факторов, создающих определенную экологическую обстановку на территории, разной степени благополучия или неблагополучия.

Заключение

Для человека, на современном этапе развития общества жизненно необходимо держать в постоянном контроле окружающую среду, особенно, в экологически-неблагополучных районах. Мониторинг, составление динамик развития загрязнений, наблюдение за изменение площадей загрязнения, всё это выполняется при помощи экологического картографирования. В ходе работы были рассмотрено понятие «экологическое картографирование»; рассмотрены различные методики картографирования состояния окружающей среды; кратко представлено программное обеспечение, используемое для экологического картографирования; выявлены области применения экологического картографирования; предположены пути и перспективы развития этой отрасли с применением ГИС. Экологическое картографирование, а особенно в интеграции технологиями, это обширнейшая и перспективнейшая область, имеющая широкую область применения. В дальнейшем планируется применить, полученные в ходе исследования навыки в картографировании экологической обстановки в Саратове.  

Список литературы

1.Экологическое картографирование: Учебное пособие. Стурман В. И. - Москва: Аспект Пресс, 2003. - 251с.

2.Основы геоинформатики: В 2 кн. Кн. 1: Учеб. пособие для вузов. Под ред. Тикунова В.С. Москва: Издательский центр «Академия», 2004. - 352с.

3.Эколого-географическое картографирование городов. Макаров В.З., Новаковский Б.А., Чумаченко А.Н. Москва.Научный мир, 2002г. -196с.

4.Картографирование загрязнения воздушной среды промышленных городов. Из материалов международной конференции«Интеркарто - 6» (г. Апатиты, 22-24 августа 2000 г.). http://www.gisa.ru/987.html..

5.Эколого-географическое картографирование на основе аэрокосмической информации: Методическое пособие. Шумова О.В. Санкт-Петербург: 1998. - 43с.

Просмотров работы: 18