ВИСНОВКИ - Методологічні основи дослідження чинників та процесів формування хімічного складу поверхневих вод України

У дисертаційній роботі наведено результати розробки методологічних основ системних гідрохімічних досліджень, що базуються на поєднанні географічних підходів вивчення умов та чинників формування хімічного складу поверхневих вод, з фізико-хімічними процесами трансформації речовин у водному середовищі, та реалізації запропонованого напрямку на прикладі поверхневих вод України. Уперше, на основі синтезу двох гідрохімічних напрямів отримано нові дані щодо кількісної оцінки впливу природних та антропогенних факторів на формування хімічного складу та якість поверхневих вод усіх великих річкових басейнів України.

Описані механізми та процеси самоочищення водного середовища від різноманітних класів поллютантів, представлені результати термодинамічних розрахунків та експериментальних робіт цього напрямку. Виконано картування поверхневих вод України за елементами сольового складу, біогенними речовинами, важкими металами, органічними речовинами. Проведено типізацію поверхневих вод України за вмістом розчиненого у воді кисню. У роботі отримані наступні наукові і практичні результати.

    1. На основі матеріалів експедиційних досліджень та аналізу багаторічних (1989-2006 рр.) даних базового гідрохімічного моніторингу поверхневих вод України, що здійснюється Державною гідрометеорологічною службою, встановлено, що:
      - фізико-географічне розташування річкових басейнів, їх кліматичні та геоморфологічні особливості, включаючи характер грунтово-рослинного покриву, температуру повітря, кількість та інтенсивність атмосферних опадів, льодові явища, випаровування з поверхні водозбірної площі та води, гідрологічний режим річок разом з гідробіологічними особливостями та рівнем залягання грунтових вод - головні природні фактори, що прямо або опосередковано впливають на формування хімічного складу поверхневих вод України; - для лівобережних приток Дніпра (річки Псел, Орель, Ворскла, Самара), більшої частини басейну Сіверського Донця, річок Приазов'я, р. Інгулець (правобережної притоки Дніпра) отримані відмінні від раніше встановлених закономірностей між витратами води та концентраціями окремих елементів сольового складу і мінералізацією води, що обумовлено значним накопиченням у товщі водно-сольового обміну великої кількості солей в результаті їх випаровувального концентрування;

- особливості формування розчинених органічних визначаються в першу чергу природними факторами, а саме - режимом водності. Встановлено, що при підйомі рівнів води відбувається збагачення розчиненими органічними речовинами поверхневих вод за рахунок конвективної дифузії. Одночасне збільшення кольоровості води в цей період свідчить про переважно гумусову природу органічних речовин. Встановлено пряму лінійну залежність між витратами води і її окиснюваністю. Залежність між кольоровістю й вмістом у воді заліза дає підставу припустити, що останнє надходить у водне середовище переважно у вигляді комплексних сполук із гумусовими речовинами;

    - отримано нові дані щодо впливу оптичних властивостей води на інтенсивність протікання гідробіологічних та фізико-хімічних процесів. Встановлено, що збільшення вмісту у воді розчинених органічних речовин гумусової природи за рахунок збільшення кольоровості води призводить до значного зменшення фотичного шару і, відповідно, чисельності фітопланктону у водному середовищі. Це, у свою чергу, викликає зміну фізико-хімічних умов водного середовища (газового режиму, окисно-відновних умов, рівноважного стану основних гідрохімічних систем, форм знаходження речовин), направленості трансформації та міжфазового розподілу хімічних елементів; 2. Проведено, на прикладі басейну Дніпра, оціночні розрахунки впливу урбанізованих територій на якість поверхневих вод показали, що міста впливають переважно на додаткове надходження сполук азоту, фосфору, а також забруднювальних речовин техногенного походження - СПАР, нафтопродуктів, важких металів. Головну роль у цьому відіграють недостатньо очищені стічні води комунальних підприємств. Найменшою мірою урбанізовані території впливають на мінералізацію та іонний склад води. Встановлено, що:
      - точкові джерела забруднення призводять до локального впливу на екосистему річки-приймальника, що характеризується змінами концентрацій окремих параметрів у створах нижче випусків стічних вод. Ступінь впливу стічних вод визначається кратністю їх розбавлення більш чистими природними водами та здатністю водної екосистеми до ефективного самоочищення.
    3. Уперше виконано системні дослідження щодо кількісної оцінки сучасного стану та динаміки зміни хімічного складу та якості поверхневих вод як окремих річкових басейнів, так і поверхневих вод України у цілому протягом 1989-2006 рр. Показано взаємозв'язок між економічним спадом в Україні протягом 1990-2003 рр. та зменшенням вмісту забруднювальних речовин в атмосферних опадах і поверхневих водах більшості річкових басейнів України. Встановлено, що:
      - спад промислового виробництва в Україні призвів до зменшення енергоспоживання, викидів стічних вод, використання засобів агрохімії; - між зменшенням валового внутрішнього продукту, зменшенням енергоспоживання, викидами забруднювальних речовин у атмосферне повітря, зменшенням об'ємів скиду стічних вод та зменшенням вмісту забруднювальних речовин в атмосферних опадах і поверхневих водах існує пряма взаємозалежність; - протягом 1989-2002 рр. спостерігалась тенденція до зменшення вмісту забруднювальних речовин в атмосферних опадах та поверхневих водах більшості річкових басейнів України; - економічний спад в Україні призвів до покращення екологічного стану поверхневих вод більшості річкових басейнів, однак, починаючи з 2003 р. вказана тенденція призупинилась; - масштаби змін якості поверхневих вод для різних класів хімічних речовин неоднакові. Найбільші позитивні зрушення відзначено для сполук азоту, сульфатних іонів, важких металів, СПАР, нафтопродуктів, тобто, тих елементів, що надходять у водне середовище переважно за рахунок господарської діяльності; - найменше спад господарської діяльності торкнувся загальної мінералізації води. Не зважаючи на зменшення концентрації окремих головних іонів, загальна мінералізація у поверхневих водах окремих річкових басейнів України змінилася мало; - для басейнів Сіверського Донця й річок Приазов'я зміни у мінералізації води взагалі не відзначено.
    4. На основі даних експедиційних досліджень, результатів лабораторних експериментів та матеріалів термодинамічних розрахунків отримано нові дані щодо головних фізико-хімічних та гідробіологічних процесів, які визначають трансформацію, міжфазовий обмін, та акумуляцію хімічних речовин у системі "вода - завислі речовини - донні відклади". Кількісно показано, що:
      - за характерних для більшої частини річкових і озерних екосистем України фізико-хімічних умов водного середовища перерозподіл й трансформація важких металів відбувається у напрямку згори - донизу, тобто після надходження у водне середовище частина важких металів внаслідок гідролізу, сорбції, осадження та співосадження переходить з фази розчину у тверду фазу з наступним депонуванням у донних відкладах на ділянках з активними седиментаційними процесами; - найбільш несприятливі кисневі умови для води басейнів р. Прип'яті, р. Десни, Київського та Канівського водосховищ обумовлені природними факторами і спостерігаються у зимовий період. При поєднанні низьких температур повітря (швидке настання льодоставу), наявності у воді розчинених органічних гумусової природи, амонійних форм азоту й заліза спостерігається різке (до 0,3 мг/добу) зниження вмісту кисню у воді; - інтенсивність протікання гідробіологічних процесів визначає внутрішньорічний характер розподілу форм азоту. У пік вегетації, при максимальній чисельності фітопланктону у воді спостерігається мінімальна концентрація його розчинених форм. Отримано кількісні залежності між вмістом амонійних форм азоту й розчиненим у воді киснем.
    5. Виконано термодинамічні розрахунки форм знаходження основаних на розрахунках швидкості молекулярної дифузії. Кількісно показано вплив концентрацій органічних речовин гумусової природи (гумінових і фульвокислот), головних катіонів, величини рН, температури води на зміни форм міграції важких металів. Детально описаний характер їхньої трансформації в залежності від зазначених факторів. Встановлено, що:
      - до важких металів, які утворюють переважно стійкі комплексні сполуки з фульвокислотами відносяться - далі в порядку зменшення відносного вмісту комплексних сполук, Cd, Mn. Для Mn переважаючою формою міграції (80-90%)є іонна форма.
    6. На прикладі заліза досліджено основні фізико-хімічні параметри, що лімітують кількість його розчинених форм у водному середовищі. Встановлено, що концентрація у воді фульвокислот та величина РН є основними параметрами, що визначають форму міграції та кількість розчиненого заліза здатного до утримання у водному середовищі. Отримані термодинамічні розрахунки підтверджені результатами лабораторних експериментів і даними натурних досліджень на Канівському водосховищі та р. Десні. 7. Багаторічні натурні дослідження на водоймищі-охолоджувачі Запорізької АЕС та прилеглій акваторії Каховського водосховища дозволили встановити основні закономірності формування хімічного складу поверхневих вод в умовах значного теплового навантаження. Термодинамічне моделювання стану гідрохімічних систем дозволило не тільки прогнозувати їх стан під впливом температури води, а й використовувати розроблені технології для вирішення прикладних завдань безпосередньо на Запорізькій АЕС. Встановлено що:
      - за рахунок випаровувального концентрування у водному середовищі збільшується концентрація добре розчинних хлоридних та сульфатних солей натрію та калію; - підвищення величини РН за рахунок інтенсифікації гідробіологічних процесів призводить до зсуву рівноважного стану карбонатно-кальцієвої системи у бік утворення важкорозчинних сполук карбонату кальцію і виведення їх із фази розчину, що призводить до неефективної роботи систем охолодження енергоблоків внаслідок накипоутворення; - за рахунок співосадження на твердій фазі відбувається часткове виведення із фази розчину важких металів.
    8. Розроблено, адаптовано та доведено до реальних розрахунків комп'ютерні інформаційно-аналітичні системи для збереження, обробки та багатовекторного представлення гідрохімічної інформації на рівні створ-річка-річковий басейн-поверхневі води України. 9. Реалізована у вигляді закінченої комп'ютерної моделі ідея використання термодинамічного моделювання як для вивчення процесів формування хімічного складу поверхневих вод України (розрахунок рівноважного стану гідрохімічних систем, форм знаходження хімічних елементів та речовин у воді та порових розчинах донних відкладів, моделювання їх міжфазових трансформацій), так і для вирішення широкого спектру прикладних завдань. 10. Зроблено висновок про те, що поверхневі води України мають потужну буферну ємність та властивості до самоочищення. Встановлено, що, не зважаючи на значну кількість хімічних речовин техногенного походження, яка надходить у водне середовище, більшість річок, озер та водосховищ України до теперішнього часу не втратила здатності до самоочищення. 11. Уперше зроблено теоретичне припущення та на підставі результатів системних досліджень показано можливість відновлення якості поверхневих вод України в умовах зростання її економіки.

Представлені в роботі методичні, методологічно-прикладні та прикладні розробки застосовано для вирішення конкретних екологічних завдань як на окремих водних об'єктах, річкових басейнах, так і для оцінки глобальних екологічних змін поверхневих вод України у цілому.

Наукові, науково-практичні та прикладні результати роботи можуть бути використані державними органам для оцінки та прогнозування стану довкілля, удосконалення діючої системи моніторингу та прийняття ефективних управлінських рішень.

Похожие статьи




ВИСНОВКИ - Методологічні основи дослідження чинників та процесів формування хімічного складу поверхневих вод України

Предыдущая | Следующая