Комплексная оценка состояния водотоков селитебной зоны города Вышнего Волочка

ВВЕДЕНИЕ 3
Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 8
1.1 Особенности пресноводных экосистем 8
1.2 Вопросы комплексной оценки среды и экологического нормирования 12
1.3 Состав природных вод и его основные показатели 15
1.3.1 Антропогенный фактор в формировании состава вод 15
1.3.2 Основные физико-химические и биологические показатели вод 18
1.4. Микробиологические показатели вод открытых водоёмов и водотоков 25
1.4.1. Общее микробное число (сапрофитные бактерии) 25
1.4.2. Общая численность бактериопланктона 25
Глава 2. СОБСТВЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 27
2.1 Материалы и методы 27
2.1.1 Гидрохимические методы исследования вод 27
2.1.2 Методы микробиологического исследования вод 32
2.1.3 Методы расчета и определения комплексных показателей среды 35
2.2 Объект исследований 39
2.3 Отбор проб 40
Глава 3. Результаты и обсуждение 44
3.1 Результаты гидрохимического исследования воды 44
3.2 Результаты микробиологического исследования воды 56
3.3 Определение класса качества воды по индексу загрязненности воды (ИЗВ) и оценка экологической обстановки по показателю химического загрязнения (ПХЗ-10) 60
ВЫВОДЫ 63
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 64
Список сокращений и условных обозначений 65
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 66
Приложения 72

Весь текст будет доступен после покупки

2021-2030 годы были провозглашены Генеральной Ассамблеей ООН десятилетием восстановления экосистем с целью активизации международных усилий по масштабному восстановлению нарушенных природных комплексов в качестве эффективной меры поддержания биоразнообразия, обеспечения продовольственной безопасности и борьбы с изменением климата [1].
В рамках данной инициативы логичным шагом является изучение не только фоновых природных комплексов, но и экосистем, что на протяжении времени оказывались подвержены антропогенной трансформации. Одним из примеров подобного комплекса в России является первая в стране Вышневолоцкая водная система, обеспечившая в самом начале ХVIII в. транспортное сообщение с Санкт-Петербургом. Город Вышний Волочек, центральный узел этой системы, включает в себя уникальный гидро-технический комплекс, приобретший с годами не только историко-мемориальную, но и экологическую значимость [38]. Совокупные элементы водной системы, включающей городские каналы, реки, водохранилище и прибрежные болота, послужили мощным ландшафтообразующим фактором для формирования своеобразного природно-исторического района Тверской области.

Весь текст будет доступен после покупки

Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР
1.1 Особенности пресноводных экосистем
Несмотря на то, что пресноводные экосистемы составляют довольно малую часть от водных экосистем биосферы (0,009 % от общего объёма воды планеты), они играют незаменимую роль в обеспечении существования человека и общества, являясь источником воды для различных сфер жизнедеятельности. Пресные воды образуют на поверхности континентов реки, болота, озера, ручьи, заполняют собой искусственные пруды, водохранилища и каналы. Таким образом, пресные воды находятся в трех состояниях: текучем, относительно неподвижном (стоячем) и промежуточном [55].
В водоемах хорошо развиты пищевые цепи. Организмы в таких системах удобно классифицировать по характеру местооби¬тания в водоеме.
Таким образом, можно выделить 4 крупные экологические группы [55]:
1. Бентос – это организмы, обитающие на дне водоема или водотока;
2. Перифитон – экологическая группа, представленная организмами, прикрепленными к стеблям водных растений или к другим выступам над дном водоема или водотока;
3. Планктон – экологическая группа, представители которой перемещаются в поверхностном слое воды;
4. Нектон – экологическая группа водных организмов, способных к свободному пере¬мещению в водяной толще.
Особое значение имеет распределение организмов по зональности водоема. Выделяют 4 зоны [28]:
1. Литоральная зона – зона водоема, в пределах которой солнечный свет достигает дна;
2. Лимническая зона – это предельная толща воды до глубины, куда доходит активный свет, ниже которого невозможно нахождение биомассы, в связи с прекращением фотосинтеза;
3. Эвфотическая зона – вся освещенная толща воды в литоральной и лимнической зонах;
4. Профундальная зона – та часть дна и толщи воды, куда не проникает солнечный свет.
По характеру передвижения водных масс водные экосистемы подразделяют на лентические и лотические.
Естественным представителями лентической экосистемы (состояние водных масс относительно неподвижное) является озеро. Наличие у большинства озер профундальной зоны сказывается на температурном режиме водной толщи, на ее перемешивании и распределении кислорода в ней. Эти процессы сезонны, как и стратификация озера по темпера¬турному режиму.
Стратификация — это слоистое строение водной массы, обусловленное различными физико-химическими свойствами слоев (температура, плотность, концентрация кислорода) на различных глубинах [28].
Различают прямую и обратную стратификацию. Прямой стратификацией называют распределение температуры от дна к поверхности. Обратной стратификацией называют повышение температуры к дну. Оба вида стратификации основаны на наличии максимума плотности при достижении 4 °C, что является одним из аномальных свойств воды.
Как правило, в годовой динамике водоема выделяют 4 фазы. Для летней фазы характерна нагретая верхняя часть, нижняя часть расположена преимущественно при 4° C. В этот период наблюдается прямая стратификация. В осенний период верхний слой начинает остывать. Выравнивание температуры позволяет смешивать верхний и нижний слои между собой (гомотермия). Зимой температура воды подо льдом колеблется от 0 до 1 °C дек. В этот период происходит обратная стратификация. Весной температура в толщине воды уравнивается и происходит гомотермия.
Верхний слой в водоеме, благодаря водорослям и высшей водной растительности, характеризуется продукцией органики. Нижний слой характеризуется разложением органического вещества в ходе процессов обмена веществ консументов и высвобождением неорганического вещества, которые в дальнейшем образуют новые органические вещества.
На границе верхнего и нижнего слоев находится металимнион, образованный из-за разницы в плотности между двумя слоями и характеризующийся скачком температуры – этот участок часто называют термоклином. Этот слой богат простейшими и бактериями, в связи с удержанием в термоклинной зоне взвешенного органического вещества после его образования в верхнем слое. Эта стратификация оказывает сильное влияние на химический состав воды [28].
Процессы перемешивания водных масс важны в формировании гидрологического режима водоёмов. Благодаря этому процессу происходит распространение кинетической и тепловой энергии, растворенных веществ, газов, органических и минеральных взвесей, планктонных организмов из слоя в слой, смешение различных по составу и происхождению водных масс и формирование из них собственной водной массы озера.
Водохранилища, создающиеся при возведении гид¬роэнергетических и гидромелиоративных комплексов, являются не природными, а природно-техническими системами. Распределение тепла и биогенов в них зависит от типа плоти¬ны. Если вода сбрасывается придонная, то в этом случае водо¬хранилище аккумулирует тепло и экспортирует биогенные вещества. Если сброс идет поверх плотины, то экспортируется тепло и аккумулируются биогены. Если через глубоководные шлюзы в реки будут поступать биогены, они вызовут эвтрофикацию участка реки.
Сами же реки относятся к лотическим (текущим) экосистемам. От стоячих водоемов их отличает три условия:
1) наличие течения – важный лимитирующий и контролирующий фактор;
2) в лотических экосистемах значительно более активен обмен между водой и сушей;
3) отмечается более равномерное распределение кислорода, в связи с практически отсутствием стра¬тификации.
В больших реках наблюдается продольная зональ¬ность: в верховьях – сообщества перекатов, в низовьях – пле¬сов, между ними местами возможно возникновение и тех, и других.
С точки зрения продуктивности водоемы подразделяются на олиготрофные, мезотрофные, эвтрофные и дистрофные [35].
Олиготрофные водоемы – это водоемы, которые содержат малое количество биогенных элементов, в результате чего они бедны планктоном. Часто это глубокие водоемы, обладающие литоралью и водной растительностью, которые слабо развиты. Они отличаются большой прозрачностью и зеленовато-голубоватыми оттенками воды. Вода насыщена кислородом (у дна не менее 60 – 70%), поэтому органические остатки интенсивно минерализуются и донные отложения бедны ими. Для развития гидробионтов на любых глубинах условия будут являться благоприятными.
Мезотрофные водоемы – это водоемы, занимающие промежуточное положение между олиготрофными и эвтрофными водоемами. В этом типе систем средний уровень первичной продукции и средний уровень биогенной нагрузки.
Эвтрофные водоемы – это водоемы со значительным содержанием биогенных элементов. В таких озерах рост водорослей лимитируется светом или температурой, а не количеством питательных веществ. Подобный тип продуктивности соответствует водоемам с медленным движением вод [50].
Эвтрофные водоемы в большей мере испытывают влияние со стороны болот. Берега таких водоемов сильно заболочены, широко распространены сплавины. Слабо развита растительность. В воде могут обнаруживаться высокие концентрации фосфора и азота [41].
Дистрофные водоемы – это водоемы, характеризующиеся малым количеством питательных веществ. Преобладающие органические вещества – гуминовые кислоты. В водоемах подобного трофического типа практически отсутствуют фитопланктон и высшая водная растительность. Отмечается низкое содержание растверенного кислорода, так как он затрачивается на разложение гуминовых веществ. Подобный тип характерен для болотных ландшафтов.В толще ила обнаруживаются сероводород и метан. В результате нарастания сплавины или зыбуна, которые образуются из живых и отмерших растений, возникает процесс заболачивания. Впоследствии, остатки сплавины могут осесть на дно и заполнить котловину полностью [27].
1.2 Вопросы комплексной оценки среды и экологического нормирования
Нормирование качества окружающей среды (ОС) – это установление пределов, допустимых для изменения ее природных свойств. Норма может определяться с помощью реакций чуткого к изменениям среды вида – так называемого индикатора. Также в результате нормирования качества окружающей среды могут быть установлены экономически обоснованные и санитарно-гигиенические стандарты.
Экологическое нормирование – научная, правовая, административная деятельность, которая направлена на установление предельно допустимых норм воздействия на окружающую среду [43].
Предельно допустимая концентрация (ПДК) – это максимальное количество вредного вещества (воды, воздуха или других жидкостей и материалов), которое при воздействии на организм ежедневно и в течение продолжительного времени не вызывает каких-либо отклонений патологического характера и свойства, в том числе не вызовет неблагоприятных изменений у потомства [43].
Для того чтобы установить величину ПДК пользуются расчетными методами, результатами экспериментов и материалами, полученными при наблюдении за состоянием здоровья лиц, которые подверглись неблагоприятному воздействию вредных веществ в динамике. Основой для обоснования ПДК является некоторое множество (n) порогов хронического действия (Limch ), оцененных для различных видов (i) биологических объектов (подопытные животные, рыбы, зеленые насаждения) и разных путей транспортировки вещества к рецепторам живого организма:
ПДК = min ( Limch i) / Kз , " i = 1,2,…, n,
где Kз – коэффициент запаса, учитывающий видовую чувствительность, реальную опасность интоксикации, кумулятивные свойства вещества, вероятность канцерогенного или иного специфического действия, возможность отдаленных последствий на генетическом уровне и т.д.
В реальных условиях многокомпонентного загрязнения окружающей среды возникает проблема учета различных синергических эффектов:
• комбинированного (одновременное или последовательное действие нескольких веществ при одном и том же пути поступления),
• комплексного (поступления одного вредного вещества в организм различными путями и с различными средами – воздухом, водой, пищей, через кожные покровы) сочетанного воздействия всего многообразия физических, химических и биологических факторов окружающей среды [29].
Экспериментально обосновываются ПДК для водоемов двух классов:
• Предельно допустимая концентрация в воде водоема хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования (ПДКв) — это максимальная концентрация вредного вещества в воде, которая не должна оказывать прямого или косвенного влияния на организм человека в течение всей его жизни и на здоровье последующих поколений, и не должна ухудшать гигиенические условия водопользования [23];
• Предельно допустимая концентрация в воде водоема, используемого для рыбохозяйственных целей (ПДКвр) — это концентрация вредного вещества в воде, которая не должна оказывать вредного влияния на популяции рыб, в первую очередь промысловых [3].
ПДКвр представляет собой норматив качества воды водных объектов, используемых для рыбохозяйственных целей; прежде всего, к этой группе относятся водные объекты по сохранению и воспроизводству ценных видов рыб, обладающих высокой чувствительностью к недостатку кислорода.
Таким образом, введение ПДКвр можно считать определенным шагом на пути экологического нормирования состояния водной среды, учитывающего не только интересы человеческой деятельности, но и, в некоторой степени, предполагающего ограничение воздействия на гидробионтов (условия, приемлемые для промысловых рыб, как правило, благоприятны и для всего биоценоза).
Экспериментально ПДКвр устанавливается по наиболее чувствительному звену трофической цепи водоема и, как правило, существенно меньше, чем ПДК для питьевой воды [54].
Показатели, обеспечивающие экологическое благополучие водных объектов и необходимые условия для охраны здоровья населения и водопользования, зафиксированы в нормах охраны вод [2].
Эти нормы предусматривают создание водоохранного комплекса. Важная роль в этом принадлежит водоохранным зонам (территории, на которых устанавливается особый режим, способствующий предотвращению истощения, загрязнения и засорения водных объектов).
Водоохранная зона рек, ручьев, каналов, озер, водохранилищ устанавливается от границы водного объекта [2].
Ширина водоохранной зоны рек или ручьев зависит от их протяжённости и составляет:
1. Пятьдесят метров – при протяжённости менее десяти километров;
2. Сто метров – при протяжённости от десяти до пятидесяти километров;
3. Двести метров – при протяжённости от пятидесяти километров и более.
Для реки, ручья протяженностью менее десяти километров от истока до устья водоохранная зона, таким образом, совпадает с прибрежной защитной полосой.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Десятилетие Организации Объединенных Наций по восстановлению экосистем (2021–2030 годы): резолюция Генер. Ассамблеи 73/284 от 1 марта 2019 г. A/RES/73/284 [Электронный ресурс]. – URL: https://undocs.org/ru/A/RES/73/284 (дата обращения: 18.10.2021).
2. Водный кодекс Российской Федерации от 03.06.2006 N 74-ФЗ // СПС КонсультантПлюс.
3. Приказ Министерства сельского хозяйства Российской Федерации от 13 декабря 2016 года № 552. Об утверждении нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативов предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения // СПС КонсультантПлюс.
4. СанПиН 2.1.5.980-00. 2.1.5. Водоотведение населенных мест, санитарная охрана водных объектов. Гигиенические требования к охране поверхностных вод. Санитарные правила и нормы // СПС КонсультантПлюс.
5. ГОСТ 10554-2016 Реактивы. Колориметрические методы определения примеси меди. – М.: Стандартинформ, 2016. – 11 с.

Весь текст будет доступен после покупки