Оценка качества воды р Комаровка
Приморского края
Калинина Е.А.
Уссурийский
государственный педагогический институт (УГПИ),
Приморский
край
Экологическая
проблема - одна из самых острых, глобальных проблем современности.
Пренебрежение экологическими неприятностями из-за недостатка знаний и
отсутствия экологической и нравственной культуры – одна из причин
экологического кризиса в нашей стране, еще более усугубляющегося недостатком
средств для охраны окружающей среды от загрязнения.
Наиболее
уязвимой в экологическом плане частью природы оказалась вода. Особенностью
природной воды в современных условиях является то, что она участвует не только
в естественном, но и в антропогенном круговороте и после использования в
техногенных целях возвращается в природные водоемы в виде сточных вод.
Загрязнение водотоков транспортными, промышленными, бытовыми сбросами вызывает
необходимость оценки качества воды.
Уссурийск - второй по величине город в Приморском крае.
Расположен в юго-восточной части Раздольно-Ханкайской низменности, в месте
слияния рек Раздольная, Раковка, Комаровка, в 112 км к северу от Владивостока.
Уссурийск является центром легкой и пищевой
промышленности. При большой плотности вредных производств, в г.Уссурийске
высок предельный вес промышленных предприятий с устаревшим оборудованием,
отсутствием очистных сооружений, значительным выбросом в окружающую среду
различных техногенных отходов. В течение года в реки сбрасывается около 200 т
легкоокисляемых органических веществ, 400 т нитратного азота, 50 т аммонийного
азота, 10 т нитритного азота, соединений железа и фосфатов, 5 т жиров, таннина
и соединений алюминия.
Помимо
специфического вредного влияния, которое оказывают различные индивидуальные
вещества вследствие их токсичности, изменения вкуса, запаха воды и т.д.,
негативное воздействие может оказать и вся совокупность органических
компонентов, присутствующих в речной воде. Не все органические вещества
токсичны, более того многие из них служат пищей для различных микроорганизмов.
Однако значительно чаще мы встречаемся с вредным влиянием органических веществ.
Аэробные микроорганизмы, в питание которых используются органические вещества,
потребляют кислород, растворенный в воде. Если это потребление превышает
пополнение свежим кислородом из воздуха, наступает дефицит кислорода в воде,
что влечет за собой тяжелые последствия для водного населения. Для нормальной
жизнидеятельности рыб, простейших организмов и аэробных бактерий содержание
кислорода в воде водоема не должно опускаться ниже 3-4 мг/л. При остром
недостатке кислорода в реке поселяются анаэробные микроорганизмы, и река
загнивает. Таким образом, в реках идет процесс самоочищения, который, однако,
нуждается в постоянном контроле, чтобы количество поступающих органических
веществ не превысило допустимое.
Как было уже
указано выше поверхностные воды г.Уссурийска представлены тремя реками:
р.Раковкой, р.Комаровкой и р.Раздольной. Через центр Уссурийска протекает
р.Раковка, на левом берегу этой реки расположено АО «Дальсоя», которое
сбрасывает практически неочищенные стоки в реку. Приток р.Раковка – руч.Сухой,
в него сбрасываются промстоки деревообрабатывающего комбината,
вагонно-рефрижераторного депо и локомотиворемонтного завода. В южном районе
города, где находятся такие предприятия, как картонный комбинат, протекает
р.Комаровка, которая и принимает промстоки этих предприятий. Реки Раковка и
Комаровка впадают в р.Раздольную, которая близко подходит к городу в южной его
части.
В настоящей
работе селекционно изучался участок реки Комаровка (см. рис. 2) . Целью работы являлось исследование
качества воды указанной реки математическими методами.
р.Комаровка (выделена на рис) - горная река, характер
которой значительно меняется по мере удаления от истока, находящегося в
Уссурийском заповеднике. Территория заповедника охватывает верхние части
бассейнов двух небольших рек, общая протяженность каждой из которых лишь около
100 км. Это Комаровка (ранее Супутинка), левый приток Раздольной, и Артемовка,
впадающая в Уссурийский залив Японского моря. Гидрографическая сеть в обоих
бассейнах, как и повсюду в Сихотэ-Алине, густа. В верхнем течении реки имеют
горный характер, однако это не те бурные потоки, какие нередко встречаются на
восточном склоне Сихотэ-Алиня, в среднем и нижнем - спокойные реки. Скорость
течения на разных отрезках русл колеблется от 0,3 до 1,8 м/с, резко
увеличиваясь лишь при высоких паводках в августе – сентябре. Протяженность р.Комаровка составляет 67 км,
площадь водозабора 1490 кв.км, самоочищение выражено слабо.
В качестве
математического аппарата использовалась модель QUAL2K [1]. Модель предназначена
для моделирования качества воды в реках, каналах, хорошо смешанных озерах. QUAL2K Модель требует, чтобы были
указаны скорости потребления и образования
кислорода, учитывает точечные и неточечные источники, процессы
окисления, восстановления, роста, смерти и дыхания водорослей, оседание
водорослей, действие света, питательный фактор, процесс фотосинтеза,
круговороты азота и фосфора, микроогранизмы, бентос, рН фактор, климатические данные,
характер реки, географические координаты реки и др.
Основные величины модели
· проводимость · неорганические примеси
· растворенный кислород
· растворенный органический азот
· аммиачный азот · растворенный органический фосфор
· неорганический фосфор · микроорганизмы
· щелочность · полный неорганический углерод
· донные водоросли
На рис
представлены происходящие в реке кинетические процессы, такие как растворение (Ds), гидролиз (H), окисление
(X), нитрификация (N), денитрификация (Dn), фотосинтез (P), смерть (D), и
дыхание (R), и происходящие в реке массо-транспортные процессы, включающие реарацию (Re), оседание (S),спрос кислорода
из осадка (SOD), и поток неорганического углерода из осадка (Cf). Для всех
компонентов, кроме донных водорослей, общий массовый баланс для
непосредственных составляющих в области i
определяется
формулой
где 
- внешняя загрузка непосредственной
составляющей в области i [г/д или мг/д], и 
- источники и сбросы непосредственной
составляющей, участвующей в химических реакциях и массо-перемещениях [г/м
/д
или мг/м
/д],
с – соответственно концентрация
соответствующей составляющей [мг/л или mг/л].
Все уравнения
реализованы в систему одномерных уравнений, для решения которой QUAL2K использует итерационный
метод.
Перейдем к
обсуждению результатов по качеству воды рассматриваемой р.Комаровка.
В качестве исходных
данных использовались климатографические данные Уссурийской метеостанции,
данные проб воды [2-4], взятые непосредственно в реке. Отбор проб воды для исследований водотока реки
Комаровка проводился с берега с глубины 20 – 30 см от поверхностной водной
пленки. Станции отбора проб были выбраны таким образом, чтобы охватить участки
интенсивного воздействия на водоток: ст.1- верховье дает нам картину состояния
речной воды в Уссурийском заповеднике; ст.2 – с. Каменушка, ст.3 – с. Дубовый
ключ, показывают влияние на качество речной воды соответствующих населенных
пунктов; ст.4 – г. Уссурийск перед картонным комбинатом, ст.5 –после картонного
комбинта, ст.6 – ж/д мост, где в р.Комаровка сбрасывают стоки с сахкомбината,
мясокомбината, кожевенно-обувного объединения, ст.4-6 аккумулируют негативное
воздействие предприятий города; ст.7 –
перед слиянием с р.Раковка, ст.8 – автомост (после впадения р. Раковка), и ст.9
– перед впадением в р.Раздольную.
В результате был проведен полный анализ
качества воды р.Комаровка, содержание загрязняющих веществ было сравнено с
соответствующими ПДК данных веществ в водотоках [5], были сделаны
соответствующие выводы. Остановимся на некоторых результатах подробнее. Все
проводимые исследования приводятся на 8.10.1999г.
Для начала
приведем некоторые графики, касающиеся непосредственно характеристик реки. На
следующих двух рисунках приводятся соответственно графики скорости течения реки
и температуры воды в реке. По оси ох на всех графиках отложены соответствующие
километры реки, а по оси оу - значения
приводимых характеристик. Для сравнения с вычисляемыми и измеренными данными
приводятся средние допустимые значения рассматриваемых характеристик (сплошная
линия на графиках), соответствующие минимальные и максимальные допустимые
значения приводимых характеристик (пунктир).
Перейдем к рассмотрению
параметров качества воды. В работе было проведено исследование всех основных
параметров качества воды, приведем в этой работе лишь два из них. На следующем
рис. приводятся графики проводимости воды в реке, как видно из графика данных
проводимость воды принимает допустимое значение только в верховье, в зоне
Уссурийского заповедника, далее проводимость воды резко увеличивается, что
говорит о высоком содержании тяжелых металлов в выбросах с городских предприятий.
На следующем
рис. показана концентрация растворенного кислорода в воде. Как видно из рис.
концентрация растворенного кислорода в р.Комаровка в пределах города
критическая 3-4 мг/л. Она заметно уменьшается после сбросов с картонного
комбината и в районе ж/д моста, где сбрасываются стоки с сахкомбината, мясокомбината,
кожевенно-обувного объединения. Из-за этого в реке в пределах города нет рыбы,
вода имеет неприятный запах, что говорит о развитии анаэробных процессов,
которые ведут к загниванию реки.
Таким
образом, проведенное исследование показало, что загрязнение вод р.Комаровка
обусловлено не только мощной нагрузкой со стороны промышленных предприятий и
транспорта, но и введением в нее неочищенных и недостаточно очищенных бытовых
стоков от домов частного сектора, а также смывом с сельскохозяйственных
участков. Качественное состояние
водотоков отражает в трансформированном виде весь комплекс антропогенного воздействия
на прилегающую территорию (включая почву и растительность). Количество
некоторых загрязняющих веществ превышает ПДК в несколько раз, что говорит о
том, что р.Комаровка относится к сильно загрязненным рекам.
Кардинальные
пути защиты от загрязнения и разрушения природоаквальных и сопряженных с ними
природных территориальных комплексов заключается в уменьшении или даже полном
прекращении сброса в водоемы отработанных, в том числе и очищенных сточных вод.
Совершенствование технологических процессов постепенно решит эти задачи.
Работа выполнена
при финансовой поддержке РФФИ (код проекта 04-01-00136).
Список
литературы
1. Chapra S.C., Pelietier G.J. QUAL2K: A
modeling framework for simulating river and stream water quality: documentation
and users manual. Civil and environmental engineering dept.,
2. Христофорова
Н.К., Шишлова Т.М., Потенко Е.И. Химико-экологическая оценка водотоков
г.Уссурийска (Приморский край)// Проблемы региональной экологии, 2000, N.5, с. 13-16.
3. Шишлова
Т.М. Химико-экологическая оценка речных вод г.Уссурийска: тяжелые металлы.
Автореферат диссертации кандидата биологических наук. Владивосток, 2000. 24с.
4. Потенко
Е.И. Химико-экологическая оценка речных вод: органические вещества.
Автореферат диссертации кандидата биологических наук. Владивосток, 2002. 24с.
5. Орлов
Д.С., Садовская Л.К., Лозановская И.Н. Экология и охрана биосферы при
химическом загрязнении. М.: Высшая школа, 2002.