Единое окно доступа к образовательным ресурсам

Мониторинг водных ресурсов: Учебное пособие

Голосов: 0

В учебном пособии рассмотрены общие вопросы качества воды, современное состояние водных ресурсов мира и России; оценено влияние промышленности, сельского хозяйства и жилищно-коммунального хозяйства на водные объекты; виды очистки сточных вод и экологизация процессов очистки. Мониторинг водных ресурсов рассмотрен в соответствии с классическим определением мониторинга: методы наблюдений за водными объектами, оценка их фактического состояния, методы прогноза состояния и оценка прогнозируемого состояния. В пособии выделен региональный аспект - проанализирована гидроэкологическая ситуация в Тверской области и г. Твери. Предназначено для студентов факультета географии и геоэкологии, обучающихся по специальностям "Геоэкология" и "Экология и природопользование".

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра.
Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.
        Д.А. Мидоренко, В.С. Краснов




Мониторинг водных ресурсов




             ТВЕРЬ 2009


  ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
    Государственное образовательное учреждение
      высшего профессионального образования
     «Тверской государственный университет»




       Д.А. Мидоренко, В.С. Краснов




Мониторинг водных ресурсов


               Учебное пособие




                 ТВЕРЬ 2009




                        2


     УДК 504.4.064.36(075.8)
     ББК Д220.8я73-1


                                          Рецензенты:
                         Казанский технологический университет
                           доктор технических наук, профессор
                                      В.Н. Башкиров
                       Петрозаводский государственный университет
                            кандидат технических наук, доцент
                                       А.С. Васильев


     Мидоренко Д.А., Краснов В.С.
  Мониторинг водных ресурсов: Учеб. пособие. – Тверь: Твер. гос. ун-т, 2009. – 77 с.


     В учебном пособии рассмотрены общие вопросы качества воды, современное со-
стояние водных ресурсов мира и России; оценено влияние промышленности, сельского
хозяйства и жилищно-коммунального хозяйства на водные объекты; виды очистки
сточных вод и экологизация процессов очистки.
     Мониторинг водных ресурсов рассмотрен в соответствии с классическим опреде-
лением мониторинга: методы наблюдений за водными объектами, оценка их фактиче-
ского состояния, методы прогноза состояния и оценка прогнозируемого состояния.
     В пособии выделен региональный аспект – проанализирована гидроэкологическая
ситуация в Тверской области и г. Твери.
     Предназначено для студентов факультета географии и геоэкологии, обучающихся
по специальностям «Геоэкология» и «Экология и природопользование».


                                                              УДК 504.4.064.36(075.8)
                                                                     ББК Д220.8я73-1


                  Печатается по решению научно-методического совета
                        Тверского государственного университета


                                                 © Мидоренко Д.А., Краснов В.С., 2009
                                      © Тверской государственный университет, 2009



                                            3


                                        ОГЛАВЛЕНИЕ


Глава 1. КАЧЕСТВО ПРИРОДНЫХ ВОД ................................................ 6
 1. 1. Водопользование и водопотребление ................................................ 6
 1. 2. Проблемы качества воды ................................................................... 7
Глава 2. СОСТОЯНИЕ ПРИРОДНЫХ ВОД ........................................... 12
 2. 1. Водные ресурсы России. .................................................................. 12
 Гидроэкологическая ситуация ................................................................. 12
 2. 2. Водные ресурсы Тверской области. ................................................ 17
 Краткая характеристика ........................................................................... 17
 2. 3. Гидроэкологическая ситуация в Тверской области ........................ 18
 2. 4. Водопользование в Тверской области ............................................. 21
 2. 5. Водопотребление в Тверской области ............................................. 22
 2. 6. Качество питьевой воды и системы ................................................. 23
 водоснабжения города Твери ................................................................... 23
Глава 3. ВЛИЯНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ И
СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА НА ВОДНУЮ СРЕДУ ............................... 28
 3. 1. Предприятия энергетики .................................................................. 28
 3. 2. Машиностроительный комплекс ..................................................... 29
 3. 3. Текстильная и химическая промышленность ................................. 30
 3. 4. Сельское хозяйство ........................................................................... 31
 3. 5. Жилищно-коммунальное хозяйство ................................................ 33
Глава 4. ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ...................................................... 34
 4. 1. Виды очистки сточных вод .............................................................. 34
 4. 2. Экологизация процессов очистки сточных вод .............................. 40
Глава 5. ИСТОРИЯ И ОБЩИЕ ВОПРОСЫ МОНИТОРИНГА ........... 43
 5. 1. Краткая история ................................................................................ 43
 5. 2. Определение и концепции мониторинга ......................................... 44
 5. 3. Виды и структура мониторинга ....................................................... 47



                                                  4


Глава 6. МЕТОДЫ МОНИТОРИНГА ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ ............. 50
  6. 1. Наземные наблюдения...................................................................... 50
  6. 2. Биоиндикационные методы ............................................................. 51
  6. 3. Физико-химические методы............................................................. 53
  6. 4. Дистанционное зондирование .......................................................... 54
Глава 7. ОЦЕНКА ФАКТИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ВОДНОЙ
СРЕДЫ ........................................................................................................ 57
  7. 1. Органолептические показатели воды .............................................. 57
  7. 2. Предельно допустимые концентрации (ПДК) ................................ 58
  7. 3. Нормирование загрязняющих веществ ........................................... 60
  в водных объектах .................................................................................... 60
  7. 4. Расчѐты предельно допустимых сбросов (ПДС)............................. 64
  7. 5. Расчѐт индекса загрязнения природных вод (ИЗВ) ........................ 65
Глава 8. МЕТОДЫ ПРОГНОЗА СОСТОЯНИЯ СРЕДЫ И ОЦЕНКИ
ПРОГНОЗИРУЕМОГО СОСТОЯНИЯ .................................................... 69
  8. 1. Прогнозирование .............................................................................. 69
  8. 2. Этапы прогнозирования ................................................................... 70
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.......................................................................... 74




                                                      5


                Глава 1. КАЧЕСТВО ПРИРОДНЫХ ВОД
  1. 1. Водопользование и водопотребление
    В природе вода выполняет многочисленные и разнообразные функ-
ции. Это перенос механических частиц и растворѐнных химических ве-
ществ по поверхности и под землѐй. Вода – важный фактор современного
рельефообразования (эрозия и денудация; перенос и отложение продуктов
разрушения), почвообразовательных процессов и формирования климата.
Почвенная влага – обязательный компонент создания растительной био-
массы. И это только одно из еѐ фазовых состояний – жидкое.
    Являясь одним из самых распространенных веществ в природе, вода
представляет собой уникальное соединение, благодаря которому на Земле
зародилась и существует Жизнь, всѐ то, что мы называем биосферой. Все
природные воды теснейшим образом взаимосвязаны и образуют гидросфе-
ру, сплошную водную оболочку Земли.
    Вода в виде молекул Н2О отмечается в литосфере и атмосфере, а био-
сфера более чем на три четверти состоит из воды. Гидросфера – динамич-
ная система, в которой водные массы всех оболочек Земли находятся в го-
меостазе. С участием воды совершается кругооборот веществ и энергии в
природе.
    Назначение воды как природного ресурса – поддержание жизненных
потребностей человечества. В производственной и хозяйственной деятель-
ности человек применяет воду для очистки, мытья, охлаждения оборудо-
вания и материалов, полива растений, гидротранспортировки, обеспечения
специфических процессов (выработка электроэнергии). Водная среда ис-
пользуется для вылова рыбы, добычи подводных запасов сырья и топлива,
сбора водных растений, перевозки грузов, захоронения отходов.
    В настоящее время все большую остроту приобретает проблема пре-
сной воды. Генеральной Ассамблей ООН было объявлено, что более мил-
лиарда людей планеты страдает от недостатка доброкачественной воды,


                                   6


необходимой для питья и хозяйственных нужд. Только для поддержания
жизненных функций организма человеку ежесуточно необходимо около 2
литров воды, а житель современного благоустроенного города в сутки рас-
ходует от 100 до 1000 литров.
    Еще больше расход пресной воды в промышленности: для производ-
ства одной тонны стали, расходуется 150 – 200 м3 воды, меди – 500 м3, бу-
маги 450 – 1000 м3, искусственного волокна – 2000 – 6000 м3.
    Природные воды относятся к исчерпаемым, частично возобновляе-
мым природным ресурсам.
    По характеру использования природных вод все отрасли хозяйства
подразделяют на водопотребителей и водопользователей.
    Водопотребители – отрасли, изымающие воду из естественных ис-
точников, потребляют еѐ для выработки промышленной и сельскохозяйст-
венной продукции и для коммунально-бытовых нужд и возвращают в ис-
точники в другом месте, в меньшем количестве и худшего качества. К во-
допотребителям относятся промышленность, тепловая и атомная энергети-
ка, сельское хозяйство, коммунально-бытовая сфера.
    Водопользователи – отрасли, не изымающие воду из источников и
использующие не саму воду, а еѐ энергию или использующие воду как
среду или элемент ландшафта. К водопользователям относятся гидроэнер-
гетика, водный транспорт, рыбное хозяйство, рекреационный комплекс.
    Деятельность и тех и других влечѐт за собой изменения химического
состава и физических свойств воды. Можно сказать, что все водопользова-
тели и водопотребители как антропогенный фактор воздействия на водную
среду являются объектами мониторинга водных ресурсов.
  1. 2. Проблемы качества воды
    Пресные воды используются как для питьевого водоснабжения, так и
в промышленности, сельском хозяйстве, на транспорте — практически при
всех видах человеческой деятельности. В зависимости от целей использо-


                                    7


вания воды требования к еѐ химическому составу и физическим свойствам
могут быть различны.
    К воде, применяемой в различных отраслях промышленности, предъ-
являются требования в соответствии со спецификой данного вида произ-
водства. Например, в сахарном производстве необходимо, чтобы вода име-
ла минимальную минерализацию, так как присутствие любых солей за-
трудняет варку сахара. В пивоваренном производстве требуется отсутствие
в воде CaSO4, препятствующего брожению солода. В воде, применяемой
для винокуренного производства, нежелательно присутствие хлористого
кальция и магния, которые задерживают развитие дрожжей. В текстильной
и бумажной промышленности не допускается присутствие в воде железа,
марганца и кремниевой кислоты. Производство искусственного волокна
требует малой окисляемости воды и минимальной жесткости (до 0,64 мг-
экв/л). Такие же требования по жесткости предъявляются к воде и в энер-
гетической промышленности. К воде, используемой для хозяйственно-
питьевого водоснабжения, предъявляемые требования можно свести к
двум основным условиям: безвредности ее для организма и удовлетвори-
тельному качеству по вкусу, запаху, прозрачности и другим внешним
свойствам (органолептические показатели).
    Особенности химического состава природных вод и их физических
свойств объединяются в понятие «качество воды» (т. е. еѐ пригодность
для какого-либо использования).
    Качество воды – характеристика состава и свойств воды, опреде-
ляющая еѐ пригодность для конкретного водопользования.
    К основным проблемам качества природных вод можно отнести сле-
дующие.
    Заражение патогенами – важный фактор высокой заболеваемости и
смертности от желудочно-кишечных болезней. Оно находится в прямой
зависимости   от   плотности   населения    и   уровня   его   социально-



                                   8


экономического развития. Загрязнение патогенами не полностью контро-
лируется даже в развитых странах мира.
    Загрязнение органическими веществами. Органика попадает в воду
в растворѐнном или взвешенном виде, главным образом со стоками кана-
лизации или с нерегулируемыми бытовыми стоками. Иногда – со стоками
целлюлозно-бумажной и пищевой промышленности.
    Благодаря растворѐнному в воде кислороду, поступающему из атмо-
сферы за счѐт турбулентного характера течения, реки обладают значитель-
ной самоочищающей способностью. Однако, когда поступление органики
начинает превышать самоочищение, загрязнение воды прогрессивно воз-
растает. Кроме того, содержание кислорода в воде обратно пропорцио-
нально еѐ температуре, поэтому климатические условия также играют не-
благоприятную роль в снижении самоочищающей способности рек.
    Взвешенные вещества. Концентрация взвешенных тонких частиц
почвы является показателем степени водной эрозии почвы. Значительную
роль в увеличении стока наносов играет сельское хозяйство, благодаря на-
рушению естественного состояния поверхности почв в бассейнах рек. Уве-
личивающийся сток наносов приводит к ухудшению условий судоходства
на реках, заилению водохранилищ и оросительных систем.
    Асидификация – антропогенный природный процесс повышения ки-
слой реакции среды. Принято, что природные воды находятся в состоянии
асидификации, если показатель рН равен или меньше 5,0. Причина асиди-
фикации – сухие и влажные кислотные осадки, главными компонентами
которых являются аэрозоли оксидов серы и азота и аммиак. При взаимо-
действии с водой или почвенной влагой они образуют серную, азотную и
другие кислоты.
    Происхождение кислотных осадков как естественное (извержения
вулканов, лесные пожары), так и антропогенное (сжигание топлива, в ос-
новном угля).



                                   9


    Снижение показателя рН приводит к сокращению или исчезновению
популяций ракообразных, рыб, насекомых, водорослей и зоопланктона.
Замедляются репродукционные функции водных организмов.
    Эвтрофикация – усиление биологической продуктивности водоѐмов
вследствие накопления в воде биогенных элементов. Избыточное поступ-
ление соединений азота и фосфора приводит к усиленному росту водных
растений, в особенности микроскопических водорослей. Периодическое их
развитие («цветение»), а затем отмирание сопровождается изъятием боль-
шого количества растворѐнного в воде кислорода и, как следствие, ухуд-
шением качества природных вод.
    Эвтрофикация приводит к ряду неблагоприятных экономических по-
следствий: снижению рекреационной ценности водоѐмов, снижению рыб-
ной популяции, блокированию водозаборов и водосбросов, ухудшению ка-
чества воды.
    Эвтрофикация – медленно развивающийся естественный процесс –
может ускоряться в результате деятельности человека. Главными источни-
ками поступления соединений азота и фосфора являются сельское хозяй-
ство и бытовые стоки.
     Повышенная концентрация нитратов. Основной их источник –
сельскохозяйственные удобрения. Нитраты отличаются высокой раство-
римостью, и поэтому при внесении удобрений до 15 % от исходной массы
уходит в водные объекты, в основном в подземные воды. Избыточная кон-
центрация нитратов в питьевой воде может вызывать проблемы со здо-
ровьем, в особенности болезнь крови у детей и риск раковых заболеваний
у взрослого населения.
    Минерализация вод. Хозяйственная деятельность человека приводит
к росту содержания в воде основных ионов, встречающихся в природе
(хлоридов, сульфатов, гидрокарбонатов; кальция, натрия, калия). Измене-
ние количества содержащихся в воде растворѐнных веществ нередко при-



                                  10



    
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика