Методика дифференцированной оценки антропогенной и фоновой составляющих биогенного стока р. Невы | Статья в журнале «Молодой ученый»

Автор:

Рубрика: Экология

Опубликовано в Молодой учёный №9 (68) июнь-2 2014 г.

Дата публикации: 15.06.2014

Статья просмотрена: 161 раз

Библиографическое описание:

Степанова Е. В. Методика дифференцированной оценки антропогенной и фоновой составляющих биогенного стока р. Невы // Молодой ученый. — 2014. — №9. — С. 84-87. — URL https://moluch.ru/archive/68/11696/ (дата обращения: 19.10.2018).

Эвтрофированию, обусловленному естественным смывом минеральных и органических форм биогенных элементов (БЭ) с водосборного бассейна и их поступлением через атмосферу, подвержены все природные водоемы. Природное эвтрофирование — достаточно медленный процесс, протекающий в масштабах времени, близких к геологическим. По мере возрастания численности населения и резкого усиления его хозяйственной деятельности поступление биогенных веществ с коммунальными и промышленными сточными водами, со стоками интенсивно удобряемых сельскохозяйственных угодий и через загрязненную атмосферу возрастает в значительной степени, время эвтрофирования существенно сокращается, что позволяет говорить об антропогенной эвтрофикации. В настоящее время в большинстве водоемов высокоразвитых стран в связи со значительно возросшим поступлением аллохтонных питательных веществ масштабы развития процесса антропогенного эвтрофирования достигли пределов, превышающих возможность самоочищения природных вод в процессе естественного биотического круговорота, причем в Балтийском море основные признаки эвтрофирования были выявлены раньше, чем на других морских акваториях.

Представляется крайне важным дифференцировать и оценить долю антропогенной составляющей суммарного поступления БЭ в Балтийское море с речным стоком, поскольку, согласно [1], основной статьей приходной части баланса БЭ в Балтийское море — свыше 60 % — являются реки, что типично для моря, расположенного в гумидной зоне и имеющего затрудненный водообмен с океаном.

Цель данного исследования заключалась в разработке методики дифференцированной оценки антропогенной и природной (фоновой) составляющих биогенного стока с водами контролируемых рек бассейна Балтийского моря на примере р. Невы.

Наиболее показательным индикатором антропогенного поступления азота и фосфора в водотоки и водоемы может быть их отношение к минеральному растворенному кремнию, как реперу, содержание которого за счет антропогенных факторов не возрастает [2]. Следовательно, критерием антропогенного эвтрофирования речного стока может служить уменьшение отношения концентрации растворенного минерального кремния к концентрациям БЭ и их форм по сравнению с фоновым, установленным по периоду, когда антропогенный фактор не оказывал существенного влияния на водоток.

Постоянство величин соотношения биогенных элементов Si/N и Si/P в речном стоке, не загрязненном антропогенными добавками азота и фосфора, к тому же независимых от колебаний водности, позволяет использовать эти соотношения в качествефоновых эмпирических коэффициентов К для расчета антропогенной и природной составляющих биогенного стока рек [2]. Основное затруднение при этом связано с необходимостью выявления фоновых коэффициентов для каждой реки на основе наблюдений по биогенному стоку в период, предшествующий антропогенному воздействию. Не для всех рек, даже крупных, подобные ряды наблюдений имеются. Однако можно предположить, что фоновые коэффициенты для рек в пределах одной зоны будут близки по своим значениям.

При наличии фоновых коэффициентов расчет антропогенной составляющей биогенного речного стока сводится к простой формуле [2]:

,                                                                                                         (1)

где А — антропогенная составляющая стока рассматриваемой формы БЭ; В — суммарный речной сток рассматриваемой формы БЭ; К — фоновый коэффициент для рассматриваемой формы этого БЭ; Siмин. раств. — вынос минерального растворенного кремния речным стоком за расчетный год. Очевидно, что второй член уравнения (1) представляет собой природное (фоновое) поступление БЭ с речным стоком.

Водная система Ладожское озеро — р. Нева — Невская губа — восточная часть Финского залива имеет большое значение для всего Северо-Западного региона Российской Федерации и, в первую очередь, для такого мегаполиса как Санкт-Петербург.Состояние Невской губы и восточной части Финского залива в значительной мере определяется процессами, протекающими в основном водоеме бассейна — Ладожском озере.

Предлагаемая здесь методика базируется на определении величин природных фоновых коэффициентов. Основная задача заключалась в выборе периода, в течение которого Ладожское озеро подвергалось антропогенной нагрузке в наименьшей степени.

Принято считать, что в условиях полностью неосвоенного водосбора Ладожского озера поступление фосфора общего (растворенного) в озеро с речным стоком, определяемое природными условиями, составляло бы 1300 т·год-1 [3–4]. В период 1959–1962 гг. вынос растворенного фосфора в озеро с водой притоков был близок к 1800 т·год-1 [5]; в это время озеро находилось в устойчивом олиготрофном состоянии с минимальным антропогенным воздействием [6].

Интенсификация хозяйственной деятельности на водосборе в целом и смена технологии производства на Волховском алюминиевом заводе (АО «Волховский алюминий») в конце 1960-х гг. привели к резкому увеличению поступления фосфора в озеро с водами рек. В конце 1970-х — начале 1980-х гг. оно составляло 6000–7000 т·год-1, при этом на долю р. Волхов приходилось 50–64 % общего поступления [5, 7–8].

Согласно [9],содержание кремния в основной водной массе озера в начале 1960-х гг. колебалось от 500 до 1000 мкг Si·дм-3, в прибрежных районах — от 300 до 1500 мкг Si·дм-3, а в Волховской губе верхний предел достигал 2700 мкг Si·дм-3. Среднегодовое содержание кремния в озере было близко к 900 мкг Si·дм-3. В этот же период среднегодовая концентрация фосфора валового (нефильтрованного) составляла 10 мкг Рвал·дм-3, а азота нитратов — 190 мкг N-NO3·дм-3 [9]. Среднегодовая концентрация фосфора минерального в воде Ладожского озера в 1959–1962 гг. составляла 3 мкг Pмин·дм-3[10].Принято считать, что в начале 1960-х гг. концентрации фосфора общего в озере составляли примерно 90 % от концентраций фосфора валового, то есть, Робщ = 0,9·Рвал [3, 9]. Таким образом, среднегодовая концентрация фосфора общего в Ладожском озере в период незначительной антропогенной нагрузки составляла предположительно 9 мкг Робщ·дм-3. Определение азота общего, как и фосфора общего в Ладожском озере было начато лишь в 1976 г.

Известно [4], что для периода наименьшей антропогенной нагрузки на Ладожское озеро отношение концентрации азота общего к концентрации фосфора общего Nобщ: Pобщ было равно 45, следовательно, можно полагать, что среднегодовая концентрация азота общего в Ладожском озере в период минимальной антропогенной нагрузки составляла около 405 мкг Nобщ·дм-3.

На основании вышеприведенных величин концентраций БЭ в воде Ладожского озера в период минимального антропогенного воздействия нами были рассчитаны фоновые коэффициенты для различных форм азота и фосфора [11] (табл. 1).

Таблица 1

Эмпирические фоновые коэффициенты биогенных элементов для Ладожского озера

Форма биогенного элемента

Фоновая концентрация, мкг·дм-3

Фоновый коэффициент, Si/БЭ

Siмин. раств.

900

Рвал

10

90

Робщ

9

100

Рмин

3

300

Nобщ

405

2,22

N-NO3

190

4,74

Особо отметим, что средние концентрации БЭ в Ладожском озере далеко не всегда соответствуют концентрациям в истоке р. Невы, что обусловливает необходимость оценки природных фоновых коэффициентов именно в ее истоке. Сложность такой оценки связана с незначительным объемом первичных данных о содержании БЭ в период минимального антропогенного воздействия на р. Неву, в конце 1950-х — начале 1960-х гг. Считается, что воды р. Невы начали испытывать активное антропогенное воздействие с середины 1960-х гг., когда резко возросло водопотребление в невском бассейне [12].

Предлагаемый нами подход к оценке фоновых коэффициентов БЭ в р. Неве базируется на предположении о наличии тесной корреляционной связи между величинами соотношений концентраций Si/БЭ и концентрациями БЭ. Для расчета фоновых коэффициентов была проведена обработка данных о содержании кремния и фосфора общего в истоке р. Невы за период с 1990 г. по 2008 г. В результате было выявлено корреляционное уравнение [13]:

                                                                                                  (2)

Для оценки эмпирического фонового коэффициента для фосфора общего в истоке р. Невы была выбрана концентрация Робщ = 9 мкг·дм-3, соответствующая периоду наименьшей антропогенной нагрузки как на Ладожское озеро, так и на вытекающую из него р. Неву. На основании заданного параметра было получено значение эмпирического фонового коэффициента для фосфора общего КРобщ = 25.

Аналогичным образом была установлена соответствующая зависимость для фосфора валового [13]:

                                                                                                    (3)

Для расчета реперной концентрации фосфора валового в р. Неве была использована зависимость между концентрациями фосфора общего и валового [14]:

                                                                                                     (4)

Исходя из реперного значения концентрации фосфора общего, использованного для расчета эмпирического фонового коэффициента КРобщ, было получено реперное значение концентрации фосфора валового, равное 12 мкг·дм-3. При введении этой величины в (3) получено значение эмпирического фонового коэффициента фосфора валового КРвал = 13.

Для иллюстрации изложенного подхода к оценке фоновой и антропогенной составляющих биогенного стока на основании уравнения (1) нами были определены величины поступления фосфора валового и общего в Невскую губу со стоком р. Невы. Суммарный речной сток рассматриваемой формы БЭ определялся по уравнению [14]:

,                                                                                                     (5)

где ССГ — средняя за год концентрация биогенного элемента, мкг·дм-3, RСГ — среднегодовой расход воды в устьевых створах (р. Большая Нева, р. Малая Нева, р. Малая Невка, р. Большая Невка), м3·с-1.

Величины среднего суммарного поступления Робщ и Рвал за рассматриваемый период составили 1831(1510¸2152) т·год-1 и 3515(3038¸3992) т·год-1 соответственно, из которых на долю фонового поступления приходится в среднем 621(500¸742) т·год-1 и 1177(947¸1407) т·год-1, что составляет 34 % от суммарного поступления БЭ [11].

Для оценки эмпирического фонового коэффициента для азота общего КNобщ была проведена обработка данных мониторинга в истоке р. Невы за период с 1999 г. по 2008 г. и выявлено корреляционное уравнение [13]:

                                                                                          (6)

Подставляя реперную концентрацию азота общего, равную 405 мкг·дм-3, в (6), получим, что эмпирического фоновый коэффициент для азота общего равен 0,56.

На основании полученных результатов были выполнена оценка величин поступления азота общего в Невскую губу со стоком р. Невы. Среднее суммарное поступление азота общего за рассматриваемый период составляло 64810(53322¸76298) т·год-1, среднее фоновое поступление — 20913(14579¸27247) т·год-1, т. е. 32 % [11].

По нашему мнению, изложенный подход к оценке фоновых и антропогенных составляющих биогенного стока, предложенный М. П. Максимовой [2], и модифицированный нами для р. Невы, может быть весьма полезен для дифференцированной оценки фонового и антропогенного выноса биогенных веществ с водами контролируемых рек бассейна Балтийского моря. Некоторые возможности применения данного подхода в случае частично контролируемых рек изложены автором в [11].

Литература:

1.           Максимова М. П. Сравнительная гидрохимия морей // Новые идеи в океанологии. Т. 1. Физика. Химия. Биология / Под ред. Виноградова М. Е., Лаппо С. С. — М.: Наука, 2004. — С. 168–189.

2.           Максимова М. П. Критерии антропогенного евтрофирования речного стока и расчет антропогенной составляющей биогенного стока рек // Водные ресурсы. — 1979. — № 1. — С. 35–40.

3.           Гусаков Б. Л., Петрова Н. А. Антропогенное эвтрофирование и состояние озерной экосистемы // Пути совершенствования природопользования в бассейнах больших озер. — Л., 1990. — С. 16–29.

4.           Ладожское озеро. Прошлое, настоящее, будущее / Под. ред. Румянцева В. А., Драбковой В. Г. — СПб.: Наука, 2002. — 327 с.

5.           Расплетина Г. Ф., Гусаков Б. Л. Применение прямого и косвенного методов для расчета биогенной нагрузки и концентрации веществ в воде Ладожского озера // Антропогенное эвтрофирование Ладожского озера / Под ред. Петровой Н. А. — Л.: Наука, 1982. — С. 222–242.

6.           Кондратьев С. А. Формирование внешней нагрузки на водоемы: проблемы моделирования. — СПб.: Наука, 2007. — 253 с.

7.           Современное состояние экосистемы Ладожского озера / Под. ред. Петровой Н. А., Расплетиной Г. Ф. — Л.: Наука, 1987. — 213 с.

8.           Соловьева Н. Ф. Гидрохимия притоков Ладожского озера и Невы // Гидрохимия и гидрооптика Ладожского озера / Под ред. Алекина О. А. — Л.: Наука, 1967. — С. 5–59.

9.           Антропогенное эвтрофирование Ладожского озера / Под. ред. Петровой Н. А. — М.-Л.: Наука, 1982. — 304 с.

10.       Ладожское озеро — критерии состояния экосистемы / Под. ред. Петровой Н. А., Тержевика А. Ю. — СПб.: Наука, 1992. — 328 с.

11.       Степанова Е. В. Геоэкологическое обоснование предельных уровней экспорта биогенных элементов с территорий стран бассейна Балтийского моря // Дисс. на соиск. уч. степ. канд. геогр. наук / Рос. гос. гидрометеорол. ун-т (РГГМУ). СПб, 2009. — 223 с.

12.       Скакальский Б. Г., Фертман П. Я. Оценка влияния антропогенных факторов на химический состав воды в реках бассейна Балтийского моря // Труды ГГИ. 1982. Вып. 283 — Речные наносы и качество вод. — С. 52–65.

13.       Степанова Е. В. Геоэкологическое обоснование предельных уровней экспорта биогенных элементов с территорий стран бассейна Балтийского моря // Автореф. дисс. на соиск. уч. степ. канд. геогр. наук. СПб, 2009. — 24 с.

14.       Фрумин Г. Т., Леонова М. В. Природная и антропогенная составляющие поступления общего фосфора в Невскую губу со стоком р. Невы // Экологическая химия. — 2004. — Т. 13. — Вып. 1. — С. 29–34.

Основные термины (генерируются автоматически): нева, Ладожское озеро, речной сток, эмпирический фоновый коэффициент, концентрация фосфора, Невская губа, биогенный сток, минимальное антропогенное воздействие, концентрация БЭ, среднегодовая концентрация фосфора.


Похожие статьи

Оценка фоновой составляющей стока валового фосфора...

где СБЭ – концентрация данной растворенной формы биогенного элемента, [БЭ]фон – его фоновая концентрация, А – антропогенное поступление в единицу времени, Q – расход реки в единицу времени.

Определение физико-химических показателей в поверхностных...

с — концентрация окрашиваемого вещества в растворе

Методика дифференцированной оценки антропогенной и фоновой составляющих биогенного стока р. Невы. Поступление тяжелых металлов в Невскую губу со стоком реки Невы и ее рукавов.

Поступление тяжелых металлов в Невскую губу со стоком реки...

Рис. 1. Водная система Ладожское озеро – река НеваНевская губа – восточная часть Финского залива.

где Q – поступление металла, тонн; CСГ – средняя за год концентрация металла, мкг/дм3; RСГ – средний за год расход воды, м3/с.

Квотирование биогенной нагрузки на Балтийское море с учетом...

межгодовые колебания, усиливающие или ослабляющие антропогенное воздействие [3]. 15 ноября 2007 г. в г. Краков странами-членами

Оценка фоновой составляющей стока валового фосфора с водами контролируемых и неконтролируемых рек бассейна Балтийского моря.

Изменение качества подземных вод и особенности накопления...

Фосфор.

Максимальная приземная концентрация двуокиси азота в селитебной зоне составляет 2,85 ПДК, серного ангидрида — 1,38 ПДК, пыли угольной — 2,93 ПДК, пыли с

 перепланировкой территории и изменением условий отвода поверхностного стока

Экологическая обстановка акватории Обводного канала

Городские поверхностные воды испытывают постоянное антропогенное давление.

коммунально-бытовых, ливневых стоков [5]. Несмотря на закрытие ряда предприятий

Согласно документальным данным, предельно допустимая концентрация (ПДК) хлора в воде...

Влияние разной степени антропогенной нагрузки на видовой...

Одной из таких сторон является воздействие на организм человека. В результате применения пестицидов неизбежно как острое, так и особенно широко

Методика дифференцированной оценки антропогенной и фоновой составляющих биогенного стока р. Невы.

Виды сточных вод и основные методы анализа загрязнителей

В хозяйственных стоках концентрация соединений азота всегда высока, из-за обилия поступающих веществ, связанных с процессом человеческой жизнедеятельности. Концентрация фосфора в сточных водах всегда превышает ПДК.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Оценка фоновой составляющей стока валового фосфора...

где СБЭ – концентрация данной растворенной формы биогенного элемента, [БЭ]фон – его фоновая концентрация, А – антропогенное поступление в единицу времени, Q – расход реки в единицу времени.

Определение физико-химических показателей в поверхностных...

с — концентрация окрашиваемого вещества в растворе

Методика дифференцированной оценки антропогенной и фоновой составляющих биогенного стока р. Невы. Поступление тяжелых металлов в Невскую губу со стоком реки Невы и ее рукавов.

Поступление тяжелых металлов в Невскую губу со стоком реки...

Рис. 1. Водная система Ладожское озеро – река НеваНевская губа – восточная часть Финского залива.

где Q – поступление металла, тонн; CСГ – средняя за год концентрация металла, мкг/дм3; RСГ – средний за год расход воды, м3/с.

Квотирование биогенной нагрузки на Балтийское море с учетом...

межгодовые колебания, усиливающие или ослабляющие антропогенное воздействие [3]. 15 ноября 2007 г. в г. Краков странами-членами

Оценка фоновой составляющей стока валового фосфора с водами контролируемых и неконтролируемых рек бассейна Балтийского моря.

Изменение качества подземных вод и особенности накопления...

Фосфор.

Максимальная приземная концентрация двуокиси азота в селитебной зоне составляет 2,85 ПДК, серного ангидрида — 1,38 ПДК, пыли угольной — 2,93 ПДК, пыли с

 перепланировкой территории и изменением условий отвода поверхностного стока

Экологическая обстановка акватории Обводного канала

Городские поверхностные воды испытывают постоянное антропогенное давление.

коммунально-бытовых, ливневых стоков [5]. Несмотря на закрытие ряда предприятий

Согласно документальным данным, предельно допустимая концентрация (ПДК) хлора в воде...

Влияние разной степени антропогенной нагрузки на видовой...

Одной из таких сторон является воздействие на организм человека. В результате применения пестицидов неизбежно как острое, так и особенно широко

Методика дифференцированной оценки антропогенной и фоновой составляющих биогенного стока р. Невы.

Виды сточных вод и основные методы анализа загрязнителей

В хозяйственных стоках концентрация соединений азота всегда высока, из-за обилия поступающих веществ, связанных с процессом человеческой жизнедеятельности. Концентрация фосфора в сточных водах всегда превышает ПДК.

Задать вопрос