Сторінка
1

Використання методів експериментальної гідрохімії і геоінформаційних технологій для оцінки стану та прогнозування якості поверхневих вод

Кількісна оцінка сучасного екологічного стану водних екосистем, визначення рівнів і темпів техногенного навантаження та прогнозування змін їх якості у майбутньому неможливо, на наш погляд, без поєднання експериментальних методів досліджень з використанням сучасних геоінформаційних технологій.

На основі обробки інформації, отриманої при виконанні системних досліджень про ступінь забруднення біотичних та абіотичних компонентів водних екосистем (вода, завислі речовини, донні відклади, біологічні матеріали), структуру вертикального забруднення донних відкладів, даних активних лабораторних експериментів по визначенню розподілу токсикантів у системі вода-завислі речовини-донні відклади та обробки багаторічної інформації, отриманою Державною системою спостережень департаменту гідрометеорологічної служби Мінекоресурсів України встановлені загальні закономірності формування хімічного складу поверхневих вод України та їх регіональні особливості.

Так, у воді дніпровської водної системи за останні 40 років відбулись зміни рівня мінералізації та деяких головних іонів. Верхня межа мінералізації води у замикаючому (Каховському) водосховищі у 1995-2000 рр. збільшилась порівняно з 1958-1959 рр. на 100.0 мг/ л і досягла 450.0 мг/л. Нижня межа суми головних іонів за цей час збільшилась від 150.0 до 300.0 мг/л

На наш погляд, це було зумовлено зарегульованістю водного стоку (створення каскаду водосховищ) та антропогенним навантаженням на водні екосистеми. Однак, необхідно відзначити, що протягом цього часу вміст окремих головних іонів та величина загальної мінералізації у воді дніпровських водосховищ (за винятком окремих приток) практично не перевищували норм ГДК для питного водопостачання.

Оцінюючи вміст головних іонів у воді дніпровської водної системи, можна простежити загальну тенденцію до збільшення сульфатних, хлоридних іонів та іонів магнію на ділянці від Канівського до Каховського водосховища.

Не зважаючи на значне надходження у водне середовище мінеральних сполук азоту (NH4+, NO-2, NO3-), загальних тенденцій щодо збільшення їх концентрацій у фазі розчину не спостерігалося. Порівняльний аналіз результатів досліджень за 1962-1963 та 1995-2000 рр. свідчить про тенденцію зменшення вмісту Nмін та NH4+ майже у 2 рази.

Для нітратної форми азоту в останні роки спостерігалось таке ж зменшення концентрацій у головному водосховищі і їх підвищення у замикаючому водосховищі. Збільшення концентрацій нітратних іонів (NO3-) обумовлене більш повним процесом нітрифікації сполук азоту, який відбуваються при сприятливих кисневих умовах.

Необхідно відзначити, що на фоні значних річних коливань концентрацій сполук азоту, пов’язаних із протіканням гідробіологічних процесів, у водосховищах існують достатньо потужні механізми, які сприяють виведенню азоту із водного середовища у донні відклади.

Оцінюючи вміст розчиненого кисню у воді дніпровських водосховищ за 1956-57 і 1995-2000 рр. можна відмітити відносно однорідний їх розподіл (без перевищень ГДК для водоймищ рибогосподарського призначення) на фоні більш значних амплітуд коливань за останній період. В окремі роки, під час довготермінового льодоставу у Київському та Канівському водосховищах спостерігався дефіцит кисню у воді (лютий - березень), що спричиняло явища задухи.

Аналіз даних компонентного складу органічних речовин дозволив зробити висновок, що серед останніх переважають речовини природного походження, головним джерелом надходження яких у водосховища дніпровського каскаду є вода р. Прип`ять. Переважно це органічні речовини гумусової природи (фульво- та гумінові кислоти), що являють собою складні суміші високомолекулярних, біохімічно стійких сполук. Порівняно з гуміновими кислотами (ГК), фульвокислоти (ФК) більш високодисперсні та гомогенні. Отримано дані просторового розподілу гумусових речовин впродовж дніпровського каскаду, їх сезонну динаміку та характер міжфазового розподілу у системі “вода-завислі речовини”. Порівняльний аналіз даних вмісту органічних речовин показав, що їх потік із заболочених водозборів басейну Прип`яті у Київське водосховище за останні 30 років практично не змінився [1].

Важливо відзначити, що концентрації розчинених у воді фульвокислот у період весняної повені та літньо-осінніх стокоформуючих опадів досягають більше 30.0 мг/л. Використання такої води для водопостачання з попереднім її хлоруванням є досить проблематичним. Наявність у гумусових речовин значної кількості різноманітних функціональних груп може призвести до утворення високотоксичних, канцерогенних вторинних продуктів хлорування.

З просуванням впродовж каскаду водосховищ зростає вплив внутрішньоводоймищних процесів, та надходження аліфатичних органічних речовин за рахунок метаболізму гідробіонтів.

Протягом останніх років виконано комплекс досліджень, пов`язаний з кількісною оцінкою ступеню сучасного забруднення різноманітних середовищ каскаду дніпровських водосховищ (вода, завислі речовини, донні відклади ) важкими металами (Fe, Mn, Zn, Cu, Pb, Ni, Co, Cd).

Результати натурних спостережень та дані комп’ютерного термодинамічного моделювання показали, що важкі метали при фізико-хімічних умовах, характерних для водного середовища дніпровської водної системи (за винятком окремих зимових періодів), знаходяться у фазі розчину в термодинамічно нестійкому стані. Це призводить до переходу значної кількості металів у зважену форму міграції з наступним депонуванням у донних відкладах [4].

Поряд з методами експерементального вивчення форм міграції елементів розвиваються і знаходять широке застосування методи математичного моделювання на принципах рівноважної хімічної термодинаміки. З використанням програми TETRA, розробленої в УкрНДГМІ [2], виконано розрахунки рівноважного розподілу форм міграції Fe, Cu, Ni, Mn, Zn, Co та Pb у воді дніпровських водосховищ. За результатами моделювання можна виділили декілька груп металів у відповідності до їх міграційних властивостей і токсичності:

· метали у яких домінують комплекси з гумусовими речовинами (ФК і ГК) - це Fe, Cu, Ni;

· метали для яких переважають вільні незакомплексовані іони та слабкі комплекси з неорганічними лігандами (переважно карбонатними та сульфатними іонами) - це Mn, Zn,Co, Pb.