Теорія і методи аналізу регіональних гідрохімічних систем (стр. 44 )

Виконане районування та наведена схема (рис.6.5) можуть бути використані для організації системи екологічного моніторингу в районі Скадовської медицинської зони для організації експедиційних досліджень і натурних експериментів підчас вирішення питань, пов`язаних з оптимізацією просторового рішення гідрохімічної мережі спостережень.

6.8. Прогноз надходження забруднюючих речовин

у водне середовище за рахунок дренажно-скидних

вод і донних відкладів

Як було показано у попередніх підрозділах, з дренажно-скидними водами у Джарилгацьку, Тендровську затоки та Чорне море потрапляє значна кількість забруднюючих речовин (пестициди, біогенні речовини, важкі метали). Значна частина з них розчиняється у морській воді, але ще більша частина внаслідок наявності гідродинамічного та фізико-хімічних бар`єрів у зоні змішування скидних та морських вод випадає в осад, сорбується завислими речовинами, асимілюється водними організмами.

Донні осади, які акумулюють забруднюючі речовини, в силу наявних фізико-хімічних умов можуть ставати джерелами вторинного забруднення морського середовища.

Внаслідок комплексного впливу цих факторів і відбувається формування параметрів гідрохімічної системи.

Рис. 6.5.

НА ОКРЕМОМУ ФАЙЛІ

Для оцінки ролі дренажно-скидних вод та донних осадів у надходженні забруднюючих речовин у водне середовище нами побудовані графічні залежності коливань концентрацій забруднюючих речовин у дренажно-скидних водах, морській воді і донних осадах.

Крім того, був проведений кореляційний аналіз цих залежностей і для деяких, найбільш характерних та суттєвих випадків були розраховані рівняння зв`язку.

Спосіб оцінки впливу дренажно-скидних вод і донних відкладів на морські води був вибраний виходячи з наявності вихідної інформації. Оскільки довготривалих рядів спостережень, придатних для статистичної обробки, в жодній точці акваторії не було, нами використано просторові ряди спостережень за досліджуваними компонентами, тобто однойменні хімічні елементи підбиралися по всіх точках спостережень.

Одним із найпростіших способів виявлення взаємовпливу є побудова суміщених графіків їх зміни або в часі, або у просторі, що і було виконано у даному випадку.

Для пестицидів, на жаль, такі дослідження провести не вдалося - не виявилося достатньої кількості даних спостережень у всіх трьох середовищах: морська вода – скидні води – донні осади.

Було розглянуто зміни концентрацій міді по точках спостережень на початку і в кінці вегетаційного періоду. Для кожної точки наводяться концентрації міді в морській воді, донних відкладах та у дренажно-скидових водах. У квітні залежність між наведеними величинами не спостерігається (рис.6.6 ), а у жовтні вплив скидних вод на концентрацію міді у морській воді більш помітний (рис 6.7).

Відсутні також залежності між вмістом марганцю у всіх трьох середовищах на початку вегетаційного періоду а наприкінці вегетації під впливом скидних вод така залежність формується для вмісту Мn у дренажно-скидних та морських водах.

У режимі концентрацій свинцю спостерігаються тенденції до взаємообумовленості його коливань у дренажно-скидових водах і морській воді, причому наприкінці вегетації це спостерігається більш чітко.

Для цинку за більшістю точок спостережень відмічається синхронність у зміні його концентрацій у морській воді і донних відкладах під впливом скидів. Зміни концентрацій заліза на початку вегетаційного періоду у дренажно-скидових водах аналогічні з його змінами у донних відкладах. Концентрації заліза у морській воді швидше за все протилежні за своїми змінами у просторі до його коливань у скидових водах та осадах. Очевидно, це пов`язано з осадженням заліза та виведенням його з розчину морської води.

Для амонійного азоту помітний вплив дренажно-скидних вод на концентрації його у морській воді як на початку, так і наприкінці вегетаційного періоду. Для нітратного азоту синхронність у коливаннях його концентрацій у всіх трьох середовищах візуально визначити важко, оскільки на деяких ділянках вплив величин, що розглядаються помітно, а на деяких ні.

Рис.6.6. Результати синхронного визначення вмісту міді у морській воді, дренажно-скидних водах та донних осадах

Рис.6.7. Вплив дренажно-скидних вод на

формування вмісту міді у морській воді

У коливаннях фосфатів у морській воді відмічається схожість із змінами його у дренажно-скидових водах і донних відкладах.

Аналіз графіків, не дивлячись на простоту його використання, дає відносно задовільні результати, які необхідно уточнювати за допомогою методів математичної статистики, наприклад, кореляційного аналізу, методу найменших квадратів.

Кореляційний аналіз дозоляє кількісно оцінити тісноту зв`язку між величинами які аналізуються, а метод найменших квадратів, у випадку наявності зв`язку, дає можливість підібрати найбільш оптимальне рівняння, яке описує залежність між цими величинами. Тому для хімічних компонентів, що являють собою інтерес з точки зору забруднення прибережної частини акваторії моря Скадовської медичної зони, був виконаний кореляційний аналіз їх вмісту у воді, скидних водах та донних осадах. Для випадків статистично суттєвого зв`язку були розраховані і рівняння залежності між вмістом речовин у різних середовищах (табл. 6.8).

Як бачимо з цієї таблиці, суттєвий вплив на концентрацію забруднюючих речовин у морських водах здійснюють дренажно-скидові води за такими компонентами як, азот амонійний, фосфор мінеральний, марганець, мідь. Це підтверджується розрахованими суттєвими коефіцієнтами кореляції величина яких змінюється від 0,6 до 0,99.

Таблиця 6.8

Вплив дренажно-скидних вод та донних осадів на формування параметрів перехідної гідрохімічної системи

Фактор впливу (елемент управління параметрами ГХС)

Залежний (керова-ний) елемент

Кіль-кість

проб

Коефіцієнт

кореляції

Рівняння зв’язку

(ДО)

(МВ)

24

0,64

(МВ) = 4,37–0,05 NH+4 (ДО)

(ДСВ)

(МВ)

28

0,99

(МВ)= 1,09 NH+4(ДО)– 0,038

(ДСВ)

(МВ)

28

0,96

(МВ)=0.018 + 1,08PO43- (ДСВ)

Cu(ДСВ)

Cu(МВ)

14

0,63

Cu(МВ) = 0,85Cu(ДСВ)+ 0,007

Mn(ДСВ)

Mn(МВ)

14

0,60

Mn(МВ) = 0,0076 + 0,8 Mn(ДСВ)

Примітка: (ДО) – донні осади; (ДСВ) - дренажно-скидні води; (МВ) – морські води.

Найбільш тісні зв`язки виявлені для біогенних речовин, особливо наприкінці вегетаційного періоду. В той же час надходження здійснює суттєвий вплив на його концентрацію у морських водах та на початку вегетації.

Впливи донних відкладів на формування якості морської води за допомогою кореляційного аналізу в повній мірі виявити не вдалося. Можливо це пов`язано з тим, що вплив скидів дренажних вод “нівелює” вплив донних відкладів. Але, все ж, у двох випадках (з міддю і свинцем) виявлені слабкі зв`язки між концентрацією цих металів у донних відкладах та в морській воді (r=0,3-0,4). Ці коефіцієнти кореляції свідчать про існуючу тенденцію до поглинання міді і свинцю донними відкладами шляхом сорбції та осадження.

Спроба аналізу деяких залежностей з використанням поліноміальних рівнянь більш високих порядків показала, що наявність однозначно позитивного або негативного зв`язку має відносний характер. Для одного й того ж компоненту може спостерігатися перемінний зв`язок: спочатку йде збільшення концентрації, а потім - при досягненні певної величини, починається її зменшення.

Такі особливості поведінки концентрацій металів у межах поширення перехідної гідрохімічної системи під впливом зростаючих їх концентрацій у скидових водах пов`язане з фізико-хімічними перетвореннями розчинених у воді речовин в зоні змішування вод і потребує подальшого поглибленого вивчення.

Виконані розрахунки підтверджують наявність впливу дренажно-скидових вод на якість морських вод. Цей вплив підтверджується також результатами хіміко-аналітичних досліджень.

Наведені в табл.6.8. рівняння можуть бути використані для прогнозу вмісту забруднюючих речовин у воді прибережної частини акваторії досліджуваних заток. Розрахунки за даними рівняннями можуть бути використані для оптимізації гідрохімічних параметрів перехідної системи та для управління нею при проведенні водоохоронних заходів.

Подальше проведення режимних гідрохімічних спостережень за станом якості води та донних відкладів заток, за скиданням дренажних вод дозволило б провести оцінку впливу скидів на якість морських вод за допомогою методів математичної статистики з використанням одно - та багатофакторних моделей.

Таким чином, у результаті проведених досліджень даної гідрохімічної системи перехідного типу було встановлено:

- структурно-функціональні особливості системи обумовлюються не тільки змішуванням гідрокарбонатно-кальцієвих континентальних і хлоридно-натрієвих морських вод а й складним комплексом процесів, направлених на стабілізацію порушеного стану ГХС внаслідок забруднення моря зворотними водами рисівницьких систем, які містять, окрім розчинених мінеральних солей, ще й значні кількості пестицидів, важких металів, біогенних, органічних та завислих речовин;

- речовинно-енергетичні перетворення у системі зумовлені протіканням процесів коагуляції, комплексоутворення, осадження речовин, що надійшли з дренажно-скидними водами, вивільненням біогенних речовин за рахунок деструкції органічних речовин, нітрифікацією, адсорбцією кобальту під час осадження карбонатів у зоні змішування вод, осадженням заліза у вигляді гідроокису, забрудненням води сполуками міді та 3,4 ДХА, утворенням комплексів цинку з гуміновими кислотами, впливом окислювально-відновної обстановки на вміст NH4+, забрудненням води пропанідом, сатурном, базаграном та яланом;

- антропогенна трансформація ГХС відбувається не тільки внаслідок забруднення моря специфічними хімічними речовинами, а й у результаті розсолонення прибережної акваторії Джарилгацької затоки в 1,1-20,0 разів;

- накопичення у прибережній частині затоки у воді та донних відкладах біогенних компонентів, мікроелементів та токсичних речовин, що свідчить про потенційної загрозу посилення антропогенного евтрофування прибережних ділянок, збільшення токсичності води та донних відкладів, які використовуються у лікувальних закладах Складовської медичної зони;

- районування акваторії Джарилгацької затоки за результатами системного аналізу може бути використано для організації системи гідроекологічного моніторингу, оптимізації її просторового вирішення;