Оценка экологического состояния водного бассейна устья Северной Двины тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 11.00.11, кандидат технических наук Богданчикова, Ольга Вадимовна

• Богданчикова, Ольга Вадимовна
• кандидат технических наук
• 1999

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оценка экологического состояния водного бассейна устья Северной Двины»

Выступая в роли особо важного природного компонента, стимулирующего полную цепную реакцию биологических процессов, вода представляет собой фундаментальный ресурс для поддержания жизни на Земле и является единственным возобновляемым природным ресурсом. Одновременно с быстрым индустриальным ростом изменяются и общие перспективы для этого ресурса. Если совсем недавно проблема «чистой воды» понималась очень узко - либо как обеспечение городов питьевой водой, либо обеспечение предприятий водой технологической, то сейчас она рассматривается необычайно широко - это и сохранение рек и озер, и сокращение потребления воды за счет внедрения прогрессивных природно-ресурсных энергосберегающих технологий.

Возможность использования природных водных объектов в качестве источника водоснабжения населенных пунктов и промышленных предприятий оценивается, прежде всего, с позиций их экологического состояния, определяемого наличием в воде компонентов как природного, так и техногенного происхождения.

С этой точки зрения, вода представляет собой сложную физическую, биохимическую и экологическую систему, равновесие которой поддерживается огромным числом достаточно хрупких механизмов. И для того, чтобы предсказывать более или менее правильно последствия принятия тех или иных решений, необходим соответствующий аппарат. Подобные предсказания возможны на основе математического моделирования поведения экосистемы.

Объективная потребность использования математических моделей в научных исследованиях экологических систем диктуется рядом соображений. Главное из них то, что математика дает возможность описания явления на точном языке и выражения его в системе понятий, которые можно использовать для исследования различных процессов. Вследствие сложности экосистем и процессов в них происходящих математическое описание неизбежно 4 приобретает черты многозначности, полиморфности. В этих условиях формализованное описание приобретает характер модели, качество которой может быть оценено только в рамках целевой задачи.

Роль математики сводится не столько к применению математических методов, как аппарата исследований, сколько к возможности планировать и прогнозировать тот или иной природный процесс, а значит, определять приоритетное направление технологических и инженерных решений. Это особенно важно для Архангельской области - региона, где наблюдается наиболее тяжелое положение с качеством подаваемой населению питьевой воды.

Данное исследование посвящено разработке математической модели оценки экологического состояния водного бассейна устья Северной Двины на основе выявления и анализа основных тенденций многолетнего изменения химического состава природного водоисточника в условиях техногенного воздействия.

Заключение диссертации по теме «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов», Богданчикова, Ольга Вадимовна

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ результатов экологического мониторинга качества поверхностных вод дельты Северной Двины (1988-1998 гг.) в условиях техногенного воздействия позволяет классифицировать их состояние по третьему и четвертому классам, т.е. по комплексным показателям оценивать как "весьма загрязненные" и "грязные". Процессы самоочищения протекают с незначительной скоростью.

2. На основании статистической обработки результатов экологического мониторинга предложена классификация компонентного состава воды дельты Северной Двины, базирующаяся на выявленных законах изменения концентрации химических веществ и других показателей в течение года. Первую группу составляют гидрокарбонаты, натрий, магний, кальций, хлор, сульфат, калий и такие интегральные показатели, как минерализация и жесткость. Во вторую группу входят биогенные компоненты (соединения азота, фосфора), а также общее железо и кремний. В третью группу отнесен растворенный кислород, концентрация которого также имеет свой собственный закон изменения во времени.

3. Для описания изменения концентрации веществ и показателей качества воды получены дифференциальные уравнения, включающие в качестве определяющих факторов расход воды в реке 0(1) и температуру воды Т(1), С0 -постоянная, характеризующая грунтовое питание реки:

- для компонентов минеральной группы ск

- =-*!(<:-Со )е(0 + *2Г(0, си

- для биогенных веществ с(0 = с0+е-^е(г)а" -к2Т(1).

Изменение концентрации растворенного кислорода в безледный период описывается дифференциальным уравнением вида:

147 йс = 0,35-(со - с) - 0,22 • Г(7), где 0)= 14,65 мг/л - концентрация насыщения

РК, температура воды Т(1) задается с помощью кусочно-линейной функции. Установлены основные особенности процесса реаэрации и влияния температуры воды на растворимость кислорода в воде дельты Северной Двины.

4. Выявлены основные аспекты динамики окислительных процессов, протекающих в воде дельты Северной Двины. Установлено, что наиболее интенсивно окислительные процессы протекают в период весеннего половодья (апрель-июнь) и в осеннюю межень (октябрь-ноябрь). Получена система дифференциальных уравнений, описывающих изменение ХГ1К (В) в отсутствии аномальных возмущающих воздействий техногенного характера (с - концентрация растворенного кислорода): йс = ^(с0 -с)-к2Т(0,

1 ш ш

5. Разработаны методики прогнозной оценки качества воды по отдельным показателям: минерализации и индивидуальным компонентам первой группы, растворенному кислороду и ХПК. Средняя погрешность определения их значений по предлагаемым методикам не превышает 18,10 и 12% соответственно.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Богданчикова, Ольга Вадимовна, 1999 год

1. Обеспечение населения России питьевой водой / Концепция федеральной целевой программы //Российская газета. -1998. -24 марта.

2. Государственный доклад о состоянии окружающей природной среды Российской Федерации в 1998 году //Государственный комитет Российской Федерации по охране окружающей среды. -М. -1999.

3. Вода. Контроль химической, бактериальной и радиационной безопасности по международным стандартам //Энциклопедический справочник. -М., 1995.

4. СанПиН № 4630-88. Охрана поверхностных вод от загрязнений. -М.,1996-с.121.

5. ГОСТ 2761-84. Источник централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. -М., 1994.

6. ГОСТ 2874-82. Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством. -М., 1996.

7. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества // СанПиН., -М., 1996, -С. 111.

8. Вода питьевая. Нормы. Стандарты. Качество // Информационный сборник №1. -М. Информационно-издательский центр Госкомсанэпиднадзора России, 1996. -С. 110.

9. Директива Совета Европейского Союза 98/83/ЕС от 3 ноября 1998 г. по качеству воды, предназначенной для потребления человеком // Official Journal of the European Communities. -1998. -5 декабря.

10. Состояние природной среды Архангельской области в 1997 году: Докл. / Комитет охраны окружающей среды Архангельской области. -Архангельск, 1998.

11. Состояние природной среды Архангельской области в 1998 году: Докл. / Комитет охраны окружающей среды Архангельской области. -Архангельск, 1999.

12. Фторирование питьевой воды: за и против. Fluoridation: for and against /Р. Castle // Water and Waste Treat. -1993. -№11. -c. 60.

13. Нежелательные нитраты. Unwanted nitrate / Goulding Keith, Poulton Paul // Chem. Brit -1992. -№ 12. -c. 1100-1102.

14. Лазарева Н. К., Кудря Л. И., Шрага М. X., Сумкин А. А., У сков А. В. К вопросу об основных различиях заболеваемости населения в крупных городах Архангельской агломерации // Экология Северной Двины: сборник статей. -Архангельск. 1999. -с. 172-173.

15. Постановление Правительства администрации Архангельской области от 22.12.97 «Об утверждении положения о ведении государственного мониторинга водных объектов на территории Архангельской области».

16. Гидрология устьевой области Северной Двины / Под ред. М.И.Зотина и В.Н.Михайлова. -М., 1970.

17. ГОСТ 3351-74. Вода питьевая. Методы определения вкуса, запаха, цветности и мутности. -М., 1988. с.7.

18. Лурье Ю.Ю. Унифицированные методы анализа вод. М., 1971. - с.368.

19. Кузнецов B.C., Мискевич И.В., Зайцева Г.Б. Гидрохимическая характеристика крупных рек бассейна Северной Двины. JL, 1991. - с. 194.

20. Ивченко Б.П., Мартыщенко JI.A. Информационная экология. С.-П.: Нордмед-издат, 1998. - 202 с.

21. Mathcad 6.0 PLUS. Финансовые, инженерные и научные расчеты в среде Windows 95. -М.: Информационно-издательский центр «Филинъ», 1997. 400 с.

22. Львовский E.H. Статистические методы построения эмпирических формул. -М.: Высшая школа, 1982. 224 с.

23. Демиденко Е.З. Линейная и нелинейная регрессии. -М.: Финансы и статистика, 1981.-302 с.

24. Айвазян И.С., Енюков И.С., Мешалкин Л.Д. Прикладная статистика. Основы моделирования и первичная обработка данных. М.: Финансы и статистика, 1983.-472 с.

25. Айвазян И.С., Енюков И.С., Мешалкин Л.Д. Прикладная статистика. Исследование зависимостей. М.: Финансы и статистика, 1985. - 488 с.

26. Владимиров A.M., Ляхин Ю.И., Матвеев Л.Т., Орлов В.Г. Охрана окружающей среды. Л.: Гидрометеогодат, 1991. - с.212—216.

27. Математические модели контроля загрязнения воды / Под ред. А.Джеймса. -М.: Мир, 1981.-472 с.

28. Математическое моделирование / Под ред. ДжЭндрюса, Р.Мак-Лоуна. М.: Мир, 1979.-278 с.

29. Марчук Г.И. Математическое моделирование в проблеме окружающей среды. -М.: Наука, 1982.-320 с.

30. Румишский Л.З. Математическая обработка результатов эксперимента. М.: Наука, 1982. - 192 с.151

31. Пэнтл Р. Методы системного анализа окружающей среды. М.: Мир, 1979. -с.76-78.

32. Родзиллер И.Д. Прогноз качества воды водоемов приемников сточных вод. -М.: Стройиздат, 1984. - 264 с.

33. Руководство по химическому анализу поверхностных вод суши. Л. Гидрометеоиздат, 1977. - с.288.