Реферат на тему:
Прогнозування якості природних вод. Відбір проб води
План
1. Прогнозування стану поверхневих вод
2. Відбір проб води.
3. Вимоги до реєстрації, зберігання і транспортування проб води. Техніка
безпеки при відборі проб.
1. Прогноз стану поверхневих вод базується на математичному моделюванні
процесів формування якості води з обліком існуючих і планованих
зовнішніх впливів на водний об’єкт. Моделі якості води можуть бути
різної складності. Чим складніші моделюємі процеси, тим більша кількість
параметрів включається у модель. У цілому стан водного середовища S
можна описати залежністю типу:
S=f(P, L, S0, G, B, M),
де Р — гідрологічні фактори; L — аллохтонні й автохтонні надходження
речовин; S0 — початковий стан водного середовища; G — геометрія водного
об’єкта; B — біохімічні і хімічні реакції, що відбуваються у водному
об’єкті; М — кліматичні і гідрометеорологічні умови.
Для оперативного прогнозу звичайно використовують динамічні моделі, що
дозволяють враховувати мінливість стану водного об’єкта в часі. При
середньостроковому і довгостроковому прогнозуванні використовуються
статистичні й аналітичні моделі. Статистичні моделі засновані на аналізі
і статистичній обробці експериментальних даних, отриманих безпосередньо
на досліджуваному водному об’єкті. Аналітичні моделі дозволяють виконати
прогноз якості води, використовуючи теоретичні уявлення про природу й
основні закономірності моделюючих процесів. Цей клас моделей
відрізняється більшою, у порівнянні зі статистичними моделями,
універсальністю й одержав широке поширення в прогнозних розрахунках.
За рівнем складності моделі якості води поділяють на 4 основні групи:
• балансові моделі, в основі яких лежить баланс між надходженням,
обсягом і зміною в результаті внутріводоймових процесів маси речовини у
водному об’єкті;
• однокомпонентні моделі, що описують трансформацію окремих речовин у
водному середовищі;
• двохкомпонентні моделі, що описують взаємозалежну трансформацію БВК і
розчиненого кисню в природних поверхневих водах;
• багатокомпонентні моделі, що описують взаємозалежну трансформацію
речовин у водній масі.
Балансові моделі використовують при прогнозуванні якості води у
водоймах. В основі цього класу моделей лежить оцінка водного балансу і
балансу речовин у водоймі. Прибуткова частина балансу визначається
надходженням водних мас і речовин з водозбору, видаткова — стоками з
водойми, випаром, обміном з донними відкладеннями. Внутріводоймові
процеси описуються, як правило, у термінах “чорної шухляди” (як різниця
між прибутковою і видатковою частиною) чи приблизно оцінюються на основі
балансу мас. Балансові оцінки базуються на систематичних вимірах на
водозбірній території й у самій водоймі.
При довгостроковому прогнозуванні якості води у водоймах використовують
балансові моделі, що дозволяють розрахувати значення середніх
концентрацій речовин у залежності від величини антропогенного
навантаження на водойму. У рамках цих моделей середня концентрація
речовини у водоймі, що склалася під впливом постійного антропогенного
навантаження, визначається за наступними розрахунковими залежностями:
— для речовин у непротічних водоймах:
Сср=Qст Сст Т/ W
— для проточних водойм:
Сср=Спр – (Спр – С0) exp(-(Qвит/W + k) Тум,
Де Спр=Qст Сст / Qст + kW; Qст – сумарна витрата стічних вод, що
надходять у водойму, м3/год; Сст — середньозважена концентрація речовини
в стічних водах, г/м3; W — обсяг водойми, м3; Т — тривалість прогнозу,
рік; к — величина коефіцієнта неконсервативності речовини, 1/рік; С0 —
первісна концентрація речовини, г/м3; Qвит — витрата води, що випливає з
водойми, м3/ год; Тум – умовний час водообміну, рік.
Однокомпонентні моделі якості води використовуються в прогнозних
розрахунках вмісту неконсервативних речовин у водоймах і водотоках. З
їхньою допомогою описуються процеси біохімічної трансформації речовин.
Залежність швидкості біохімічної трансформації речовин від
гідродинамічних характеристик потоку і зовнішніх умов враховується за
допомогою коефіцієнта неконсервативності.
Двухкомпонентні моделі якості води одержали широке поширення при
прогнозних розрахунках вмісту органічних речовин, оцінюваного величиною
БВК, і розчиненого кисню у воді водойм і водотоків. Вміст кисню в
поверхневих водах визначається співвідношенням його надходження,
головним чином, у процесі атмосферної реаерації і споживанням його в
основному на процеси біохімічного окислювання органічних речовин.
Атмосферна реаерація являє собою процес надходження кисню з атмосфери у
воду через вільну поверхню потоку. Надходження кисню у водний об’єкт
обмежується його розчинністю у воді. Кількісною характеристикою
розчинності кисню є величина концентрації насичення, тобто концентрації
розчиненого кисню у воді, при якій кисень знаходиться в стані рівноваги.
Величина концентрації насичення залежить від температури води і
визначається за таблицями чи розраховується по емпіричній формулі:
Сs = 14,62 – 0,4042• Т+ 0,00842Т2 – 0,00009Т3,
де Т — температура води, °С.
Швидкість переносу кисню через вільну границю потоку характеризується
коефіцієнтом реаерації. Величина цього коефіцієнта залежить від
температури і солоності води, турбулентності потоку, характеристик
газообміну між водою й атмосферою. Експериментально встановлено, що
процес реаерації обумовлюється явищем молекулярної дифузії на границі
середовищ “вода-повітря”. Існує ряд емпіричних формул для визначення
величини коефіцієнта реаерації. Найбільше поширення одержала формула
0’Коннора-Доббінса, отримана для турбулентного потоку при температурі
води 20° С:
K2=3,68?v/h3
де k2 — коефіцієнт реаерації, 1/доба; V — швидкість течії, м/с; Н —
глибина потоку, м.
Звичайно величина коефіцієнта реаерації лежить у діапазоні від 0,1 до
2,0 1/доба.
Величина коефіцієнта неконсервативності для БВК може мінятися в
діапазоні від 0,05 до 0,7 1/доба. Для природних вод вона звичайно
приймається рівної 0,23 1/доба.
Прогноз величини БВК і вмісту розчиненого кисню в поверхневих водах, як
правило, виробляється на основі математичної моделі Стриттера-Фелпса. Ця
модель справедлива при наступних обмеженнях:
• витрата і гідравлічні характеристики потоку постійні;
• у водоймі дотримується режим повного перемішування.
Багатокомпонентні моделі якості води використовують для прогнозу вмісту
у водоймах і водотоках речовин, зв’язаних між собою процесами взаємної
трансформації. Особливо важливо враховувати взаємну трансформацію
речовин у водному середовищі у випадках, коли в процесі трансформації у
водному середовищі утворяться нові нормовані речовини, тобто
відбувається вторинне забруднення водного об’єкта. Явище взаємної
трансформації речовин досить характерно для процесів самоочищення водних
об’єктів. Зокрема, в основі кругообігу азоту, фосфору, вуглецю лежать
процеси взаємної трансформації речовин, і з цим явищем тісно зв’язаний
процес евтрофіровання водних об’єктів.
Причинами антропогенного евтрофіровання водних об’єктів є:
• високий рівень антропогенного навантаження на водні об’єкти, часто
перевищуючий їхню асимілюючу здатність;
• регулювання річкового стоку, що призводить до змін гідрологічного
режиму водних об’єктів і порушенню природних умов функціонування водних
екосистем;
• збільшення забору води на потреби населення, промисловості і
сільського господарства, що призводить, особливо в літній період, до
зниження рівнів води в ріках і водоймах.
Особливу небезпеку представляє надходження у водні об’єкти великої
кількості біогенних елементів із сільськогосподарськими, міськими і
промисловими стоками. Вміст у водній масі біогенів призводить до
гіперпродукції органічних речовин, порушенню кисневого режиму й основних
екосистемних механізмів. Вода здобуває неприємний смак і запах і стає
непридатною для більшості видів водокористування. Ступінь евтрофіровання
водних об’єктів залежить від співвідношення продукційно-деструкційних
процесів у водній масі. Це співвідношення багато в чому визначається
структурою водної екосистеми.
Як правило, водна екосистема містить у собі планктонну, бентосну
підсистеми і підсистему вищої водної рослинності (ВВР). Кожна з
зазначених підсистем у свою чергу містить у собі більш прості підсистеми
нижнього рівня. До складу планктонної підсистеми входять фіто-, зоо- і
бактеріопланктон. Бентосна підсистема представлена мікрофіто-,
макрофіто-, макрозоо- і бактеріобентосом. Підсистема ВВР містить у собі
власне рослинну частину, а також планктон, бентос і перифітон на ВВР.
2. Взяття проб води у річках. Проби води в річках треба брати на
струмені потоку на глибині 0,2 – 0,5 м від поверхні. Якщо річка дуже
глибока, то пробу беруть з кількох горизонтів, що дає можливість
відобразити середній склад води. Брати в глибоких річках одну пробу, яка
відображала б середній склад води кількох горизонтів, не можна та й не
дозволяється.
Якщо ширина річки більша 200 м, то пробу води слід брати не менше як у
трьох пунктах: дві коло берегів і одну на стрижені річки.
У річках слід брати проби води в такий час:
– узимку – до початку танення снігу;
– навесні – у час весняного водопілля;
– улітку – літню межень;
– восени – перед замерзанням річок.
Для повного аналізу проби слід брати близько 13 години за місцевим
часом, а для скорочення – між 12 та 17 годинами.
Взяття проб в озерах. Проби води в озерах слід брати у відкритій
найглибшій частині, з різних горизонтів і як мінімум з двох: на глибині
0,2 – 0,5 м від поверхні і 0,5 м від дна. З проміжних горизонтів беруть
пробу в тому разі, якщо глибина озера понад 30 м. У таких випадках проби
беруть за окремими і інструкціями.
Проби води в озерах рекомендується брати чотири рази на рік:
– узимку – незадовго до скресання озера, при найменшому рівні води;
– на весні – при найвищому рівні води;
– улітку – в період літньої стагнації (стояча вода), при найбільшому
прогріванні і найнижчому її рівні;
– восени – не задовго до льодоставу.
Взяття проб з криниць. Якщо в криниці є насос, то воду відкачають
протягом 15 хв. і лише після цього беруть пробу. Якщо насоса немає то
пробу беруть з середньої частини водяного стовпа.
Пробу води з водопроводу беруть так само, як з криниці.
Воду з глибин беруть спеціальним приладом – батометром, яким звичайно
користуються на водопостах “Гідрометслужби”. Будову батометра ми не
розглядаємо… але коротко зупинимось на будові саморобного приладу, що в
якісь мірі може замінити батометр. Так псевдобатометром Верещагина можна
брати проби з поверхні і глибини, яка не перевищує 12-15 м (див рис. ).
До дволітрової широкошийкової склянки підбирають гумову пробку, в якій
по прямій лінії три отвори. У середній отвір вставляють термометр для
вимірювання температури води. В один крайній отвір вставляють коротку
скляну трубку, зігнуту під прямим кутом. На верхній кінець цієї трубки
надівають гумову трубку з затискачем. У другий крайній отвір вставляють
також скляну трубку, кінець якої доходить до склянки. На верхній кінець
трубки, зігнутий дугоподібно, надівають гумову трубку з затискачем.
Довжина гумової трубки залежить від глибини, на якій беруть пробу води.
На кінець гумової трубки прикріпляють невеликий тягарець (100-150 г). На
гумовій трубці роблять позначки – поділки на сантиметри з тим, щоб було
видно, на яку глибину опускається її кінець при відбиранні води.
Пробу води беруть так. Кінець довгої гумової трубки з тягарцем опускають
на потрібну глибину у воду, знімають затискачі (1) і (5) і через коротку
трубку насосом відсмоктують з склянки повітря. Внаслідок утворення в
склянці вакууму вода через трубку заповнює склянку. Коли вода повністю
наповнить склянку, затискачі 1 і 5 закривають. Так склянку наповнюють
2-3 рази з тим, щоб добре сполоснути її водою яку братимуть для проби,
після чого набирають води для проби, як і попередньо.
3. Реєстрація, зберігання та транспортування проб.
1) на відібрану пробу складають супровідний документ (акт, паспорт) в
якому має бути наведена така інформація:
§ номер посуди;
§ назва проби, мета відбору;
§ вид проби (разова або об’єднана) із зазначення способу осереднення;
§ спосіб відбору;
§ пункт та місце відбору;
§ дані про обробку проби (фільтрування, відстоювання, консервування);
§ дата, час та відомості про особу (осіб), яка відібрала пробу.
2) Дозволяється вносити в паспорт додаткові відомості, що роз’яснюють та
доповнюють попередні дані, в тому числі:
§ витрати води в місці відбору на момент відбору;
§ показники складу та властивостей, що визначені на місці чи точці
відбору;
§ органоліптичні показники та інші.
3) Зберігати пробу лише у разі неможливості проведення аналізу зразу
після відбору. При цьому необхідно врахувати можливі зміни у складі
проби.
Для збільшення строку зберігання проби консервують з урахуванням таких
вимог:
§ консерванти даного компоненту або групи показників неповинні змінювати
показників;
§ метод консервування проби має бути узгоджений з методикою визначення
відповідних показників;
§ конкретні засоби консервування та терміни зберігання приймають у
відповідності з методикою виконання вимірювань.
1) посуд з пробами призначений для транспортування має бути упакований в
тару, що забезпечує його непошкодженість.
2) Проби транспортують з додержанням необхідних заходів безпеки
будь-яким видом транспорту, що забезпечують їхню непошкодженість та
своєчасну доставку. Проби повинні доставлятись не пізніше ніж через 3
години після відбору.
Техніка безпеки до відбору проб.
1) До відбору проб допускаються особи, що мають відповідну підготовку до
виконання даної роботи і пройшли відповідний інструктаж.
2) Відбір проб повинен вестися в присутності, або після попереднього
повідомлення особи, що відповідальна за експлуатацію об’єкту, де
встановлені місця відбору.
3) Місця призначені для ручного відбору проб повинні бути огороджені та
мати вільний доступ.
4) У місцях відбору з підвищеною електронебезпекою слід дотримуватися
загальних правил та конкретних інструкцій для даного місця відбору.
5) Відбір проб у небезпечних місцях до яких відненсені вільні виступи
над відкритою водною поверхнею, а також з кругів і колодязів має
виконуватись з групою щонайменше з 2-ох осіб, які забезпеченні засобами
рятування та страхування.
6) Відбір проб гарячих (близько 800С) та радіоактивних вод має вестись
відповідним обладнанням, спецодягом для персоналу.
7) Відбір проб у небезпечних місцях де можлива наявність токсичних або
шкідливих газів, вогненебезпечних речовин, а також існує небезпека
вірусного або мікробіологічного характеру має забезпечуватись
відповідними засобами індивідуального захисту персоналу.
Література:
1. Білявський Г.О., Фурдуй Р.С. Практикум із загальної екології.
2. Джигирей В.С. Екологія та охорона навколишнього природного
середовища: Навч. посіб.- К.: Т-во “Знання”, КОО, 2000.-203 с.
3. Донской Н.П., Донская С.А. Основы экологии и экономика
природопользования.- Мн.: УП «Технопринт», 2000.- с 308.
4. Дорогунцов С.І., Коценко К.Ф., Аблова О.К. та ін. Екологія:
навчально-методичний посібник.-К.: КНЕУ,1999,-С.152.
5. Экология города: Учебник. Под ред. док. тех. наук Стольберга Ф.В.-
К.: Либра, 2000.- 464с.
6. Мазур И.И., Молдаванов О.И., Шишов В.Н. Инженерная экология. Общий
курс: В 2 т. Т. 1. Теоретические основы инженерной экологии: Учеб.
Пособие для вузов / Под ред. И.И. Мазура.- М.: Высш. Шк., 1996.- 637 с.
7. Мазур И.И., Молдаванов О.И., Шишов В.Н. Инженерная экология. Общий
курс: В 2 т. Т. 2. Справочное пособие / Под ред. И.И. Мазура.- М.: Высш.
Шк., 1996.- 655 с.
8. Охрана окружающей среды: Учеб. для техн. спец. вузов / С.В. Белов,
Ф.А. Козьяков, А.Ф. Козьяков и др. Под ред. С.В. Белова. 2-е изд., испр.
и доп.- М.: Высш. шк., 1991.- 319 с.
9. Охрана окружающей природной среды / Под ред. Г.В. Дуганова.- К.: В.
ш., 1988.- 305 с.
10. Сахаев В.Г., Щербицкий В.В. Экономика природопользования и охрана
окружающей среды. – К.: Вища шк. Головное изд-во, 1987. – 263 с.
11. Топчиев А.Г. Геоэкология: географические основы природопользования.
Одесса. “Астропринт”. 1996, 392 с.
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
