Географічні умови формування якості поверхневих вод (на прикладі Волинської області)

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЛЬВІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМЕНІ ІВАНА ФРАНКА

ПАНЬКЕВИЧ СЕРГІЙ ГРИГОРОВИЧ

УДК: 556.531.504.453 (477.82)

ГЕОГРАФІЧНІ УМОВИ ФОРМУВАННЯ ЯКОСТІ ПОВЕРХНЕВИХ ВОД (НА ПРИКЛАДІ ВОЛИНСЬКОЇ ОБЛАСТІ)

11.00.11- конструктивна географія і раціональне використання природних ресурсів

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата географічних наук

Львів - 2010

ДИСЕРТАЦІЄЮ Є РУКОПИС

Робота виконана на кафедрі екології Луцького національного технічного університету Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник:

доктор географічних наук, професор

Мольчак Ярослав Олександрович

Луцький національний технічний університет, директор

навчально-науково-виробничого інституту ресурсозбереження та будівництва

Офіційні опоненти:

доктор географічних наук, професор

Будз Маркіян Дмитрович

Національний університет водного господарства та природокористування, професор кафедри водогосподарської екології, гідрології і природокористування

доктор географічних наук, доцент

Ільїн Леонід Володимирович

Волинський національний університет імені Лесі Українки

завідувач кафедри туризму

Захист відбудеться « 16 » квітня 2010 р. о 13⁰⁰ на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.051.08 у Львівському національному університеті імені Івана Франка (79000, м. Львів, вул. Січових Стрільців 19, ауд. 205)

З дисертацією можна ознайомитися у науковій бібліотеці Львівського національного університету ім. Івана Франка. (79005, Львів, вул. Драгоманова, 5)

Автореферат розісланий « 12 » березня 2010 р.

Вчений секретер спеціалізованої вченої ради

кандидат географічних наук, доцент О.Г. Телегуз

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. В сучасних умовах розвитку економіки України дослідження в сфері аналізу й прогнозування якості поверхневих вод та їх оцінки з еколого-географічної точки зору є необхідними. Якісний стан поверхневих вод та його оцінку необхідно враховувати при водопостачанні, гідротехнічному будівництві, меліорації, комунальному, сільському та рибному господарстві, виробництві промислової продукції, рекреації, санаторно-курортному розвитку та інше. Сьогодні гостро відчувається потреба в довідково-інформаційних матеріалах якісного стану поверхневих вод для природоохоронних і водогосподарських організацій, інших відомств з питань охорони та раціонального використання і відтворення водних ресурсів.

Важливими завданнями сьогодення є поглиблення уявлень та знань про антропогенний вплив на формування якості поверхневих вод для розробки методів управління якістю води, що визначає можливості подальшого економічного та соціально-екологічного розвитку країни.

Стан поверхневих вод Волині є екологічно напруженим. Значна кількість середніх та великих екологічно небезпечних підприємств, наслідки Чорнобильської катастрофи, значна урбанізованість території і застарілі очисні споруди створюють особливо гостру водоохоронну проблему.

Вищезазначене становить великий науковий і практичний інтерес. Тому ці питання на сучасному етапі набувають особливої актуальності.

Мета і завдання дослідження. Мета роботи полягає в аналізі природного та антропогенного впливу на процес формування якості поверхневих вод Волинської області, прогнозуванні його стану, оптимізації водогосподарської ситуації, розробці відповідних методичних рекомендацій з метою покращання екологічного стану водних об'єктів.

Для досягнення поставленої мети вирішувались такі завдання:

§ дослідження впливу природних та антропогенних чинників на зміну та формування якості поверхневих вод;

§ здійснення аналізу та оцінки якісного стану вод в умовах техногенного навантаження;

§ обґрунтування аспектів прогнозування змін якісного стану водних об'єктів Волині;

§ визначення основних джерел надходження та міграції забруднюючих речовин;

§ виявлення закономірностей надходження та просторового розподілу забруднюючих речовин;

§ встановлення причин змін якості поверхневих вод для запобігання небезпечним наслідкам;

§ розроблення заходів та впровадження рекомендацій щодо покращання якості поверхневих вод.

Об'єктом дослідження є поверхневі води Волинської області.

Предметом дослідження - природні та антропогенні чинники, що формують стан та якість поверхневих вод.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Дослідження з даної проблеми виконувались у 2004-2009 рр. згідно з планами науково-дослідних робіт кафедри екології Інституту ресурсозбереження і будівництва Луцького національного технічного університету, а саме „Охорона та раціональне використання природних ресурсів Волині” (державний реєстраційний номер 0105U008348).

Наукова новизна дисертаційної роботи:

§ поглиблено теоретико-методологічні аспекти прогнозування якості поверхневих вод;

§ проведено комплексні дослідження закономірностей формування якості поверхневих вод, враховуючи фізико-хімічні показники води та забруднюючих речовин;

§ проаналізовано природні та антропогенні чинники, що впливають на формування якості поверхневих вод;

§ досліджено вплив ряду забруднюючих речовин у аквальних системах;

§ проаналізовано особливості просторово-часової зміни вмісту забруднюючих речовин у річкових водах Волині;

§ оцінено роль чинників, що впливають на формування якості вод, та встановлено загальні тенденції зміни концентрацій забруднюючих речовин у поверхневих водах;

§ здійснено оцінку та запропоновано заходи щодо покращання якості поверхневих вод.

Практичне значення отриманих результатів полягає в застосуванні досліджень для вивчення водних об'єктів та вирішення сучасних складових гідроекологічних проблем Волинської області. Низка положень роботи була використана під час виконання госпдоговірної та держбюджетної тематики кафедри екології ЛНТУ. Результати виконаної роботи можуть бути використані у проектних організаціях та установах під час розробки і планування водоохоронних заходів річкових басейнів Волинської області, для зменшення впливу антропогенних чинників на формування якісного стану поверхневих вод, а також створення мережі гідроекологічного моніторингу водних об'єктів Волині.

Дослідження, висновки та методичні положення впроваджені в навчальний процес кафедри екології ЛНТУ при викладанні курсів „Еколого-економічні основи водокористування”, „Безпека життєдіяльності”, „Основи екології”, „Загальна гідрологія”, а також використовуються під час виконання курсових, дипломних та магістерських робіт.

Особистий внесок здобувача. Автор дослідження зібрав, опрацював та узагальнив результати багаторічних спостережень за якістю вод, отриманих підрозділами Олбводгоспу, Гідрометслужби, УкрНДІГіМа, санепідстанції, а також кафедри екології Луцького національного технічного університету. Дисертант брав безпосередню участь у виконанні польових робіт у 2006-2008 рр. з відбору, підготовки та аналізу проб води і ґрунту в межах досліджуваної території, склав та оформив гідроекологічні карти стану поверхневих вод та інше. Результати досліджень, постановка та вирішення проблеми, її теоретичне обґрунтування, статистичний, картографічний, математичний аналіз і наукова новизна належать особисто автору.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати досліджень доповідались і обговорювались на Міжнародній конференції "Ландшафти та геоекологічні проблеми Дніпровсько-Прутського регіону" (Чернівці, 2005), ІІІ Всеукраїнській науковій конференції "Гідрологія, гідрохімія і гідроекологія" (Київ, 2006), ІІІ Міжнародній науково-практичній конференції "Сучасні проблеми збалансованого природокористування" (Кам'янець-Подільський, 2008), ХІІ Міжнародній науково-практичній конференції "Екологія, охорона навколишнього середовища та збалансоване природокористування" (Харків, 2008), ІІІ Міжнародній конференції "Індустріальна спадщина в культурі і ландшафті" (Кривий Ріг, 2008), Міжнародній науково-практичній конференції "Географія в ХХІ столітті: Проблеми та перспективи розвитку" (Брест, 2008), науково-практичних конференціях професорсько-викладацького складу Луцького національного технічного університету 2005-2008 рр.

Публікації. За матеріалами дисертаційної роботи опубліковано 12 наукових праць, у тому числі 6 статей у фахових виданнях.

Об'єм і структура дисертації. Робота складається із вступу, шести розділів, висновків, списку використаних джерел (189 найменувань), містить 31 рисунок, 21 таблицю, 10 додатків. Загальний обсяг роботи 204 сторінки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовано мету і завдання досліджень, наукову новизну і практичне значення отриманих результатів, представлено дані про публікації та апробацію результатів дослідження.

У першому розділі розглянуто конструктивно-географічні аспекти формування якості вод в умовах антропогенних змін. Регіон характеризується високим ступенем господарської діяльності, неефективним використанням земельних ресурсів, високим рівнем перетворення природних систем.

Дослідження поверхневого стоку Волині розпочав П.А. Тутковський, а теоретико - методологічними основами якості води займались Л.М. Горєв,1996; В.І. Пелешенко, 1995; Д.В. Закревський, 1988; В.К. Хільчевський, 1993; М.І. Ромась, 2005; С.І. Сніжко, 2001; В.І. Осадчий, 2008; М.В. Яцюк, 2001; М.Р. Забокрицька, 2006 та інші. При оцінці якості води необхідно враховувати розповсюдження та динаміку вмісту забруднюючих речовин, їх трансформацію та гідрологічні особливості. Встановлені відмінності в умовах формування хімічного складу поверхневих вод річкових басейнів, розташованих в різних фізико-географічних зонах області. Поліська зона має промивний режим ґрунтів, тому там низький вміст розчинних солей. Показано, що надходження біогенних елементів у поверхневі води значною мірою визначається їх змивом у результаті контакту опадів з ґрунтом, а розвиток фітопланктону у воді викликає зменшення вмісту цих речовин. Фізико-географічні та гідрогеологічні фактори є важливими складовими природних факторів Волинської області, що формують мінералізацію поверхневих вод, зокрема зростання концентрації сульфатів та хлоридів магнію, натрію і калію, а також викликають зміну якісного складу вод від гідрокарбонатно-кальцієвих до переважно гідрокарбонатно-сульфатних.

Вміст компонентів, що формують іонний склад, коливається від 1,3 до 12%, для хлорид - іонів він становить 12%, для сульфат - іонів - 7,5%, для натрію - 6,4% , для калію і магнію спостерігався найменшим 1,3 - 1,5%. Значну роль у формуванні антропогенної складової іонного стоку відіграє поверхнево - схиловий стік, що посилюється сільськогосподарським освоєнням земель до 70-85% і більше, вирубкою лісів, меліорацією та інше.

Атмосферні опади, які випадають на поверхню і водозбірну площу водного об'єкта, утворюють природну динамічну систему, де відбувається колообіг води, хімічних елементів, а також їх сполук. Ці процеси супроводжуються перетвореннями якості води і трансформацією різних речовин. Залежність між температурою повітря і кількісними характеристиками опадів у часі та просторі в межах Волинської області є ключовим чинником у формуванні динаміки головних іонів поверхневих вод.

Аналізуючи процес формування якісного складу поверхневих вод, виявили тенденцію до підвищення середньорічних значень PH, відсутність змін у концентраціях фосфатів, Fe, Cr⁶ і інші.

При аналізі та оцінці природних і техногенних процесів використано математичний апарат, який ґрунтується на синтезі теоретичних і методологічних положень гідрології, гідрогеології, гідродинаміки, гідрохімії і фізичної хімії. Методичною основою досліджень прийнято метод географо - гідрохімічної обробки та узагальнення матеріалу з використанням принципів географічної аналогії та інтерполяції.

У другому розділі охарактеризовано природні умови формування кількісних та якісних складових поверхневих вод території області, яка знаходиться у вигідному географічному положенні. Регіон розташований у межах північної частини Волино - Подільської плити і Галицько - Волинської западини. Північну частину області займає Волинське Полісся, а південну - Волинська височина, тобто регіон представлений поліськими і лісостеповими ландшафтами. Область характеризується своєрідним рельєфом, ґрунтовим покривом від болотних і підзолистих до чорноземів; лісом і кліматичними умовами. У регіоні до 31,2% площі зайнято лісом. Є чималі запаси корисних копалин, до 145 річок, біля 225 озер, 1815 ставків і 8 водосховищ, своєрідний рослинний та тваринний світ. За останні 10-15 років ліси зазнали великих змін у зв'язку з частими пожежами, неплановими вирубками та інше.

Антропогенне яроутворення є інтенсивним сучасним екзогенним геоморфологічним процесом, який завдає значних збитків сільському господарству, населеним пунктам, екологічному стану територій, підвищує інтенсивність змиву ґрунту, збільшує забруднення водних об'єктів. Для регіону характерна швидка деградація осушених торф'яників у зв'язку з інтенсивним і часто нераціональним використанням.

Антропогенний вплив на водні об'єкти визначає якість атмосферного повітря. Найбільш забруднюють повітря підприємства машинобудівної, вугільної, цукрової та м'ясо - молочної промисловості. Із 5,41 млн. куб. м забруднюючих речовин місцевого походження 72% припадає на автотранспорт і 28% на промисловість і комунально - побутове господарство. Автомобільним транспортом лише у 2007 році викинуто у повітря понад 34,2 тис. тонн забруднюючих речовин. Викиди в атмосферу змінюють якісний склад та фізичні властивості повітря, ґрунту і поверхневих вод. Лише протягом 2005 року на підприємствах і організаціях області було викинуто біля 1,7 тис.тонн, тобто на одного мешканця припадає біля 1,5 кг.

На сьогодні в межах області накопичено близько 800 тонн небезпечних токсичних відходів і понад 8,5 млн. тонн побутових відходів.

Аналіз сучасного екологічного стану території свідчить, що площа забруднених сільгоспугідь становить 163,1 тис.га. Встановлено, що відходи забруднюючих речовин складають до 12,8 кг на кожну людину області, які так чи інакше впливають на геохімію ландшафтів і якісний склад поверхневих вод. Значна частина території забруднена радіонуклідами в зв'язку з аварією на ЧАЕС, що також впливає на якісний стан водойм.

До 35-40% водойм регіону знаходяться в зоні впливу стічних вод промислових підприємств, населених пунктів, тваринницьких ферм та інше. Занепокоєння викликає стан очисних споруд та недостатнє очищення стоків, яке зросло від 5-7% до 25-30%.

На сучасному етапі поверхневі води зазнали значних антропогенних змін, особливо у якісному відношенні.

У третьому розділі охарактеризовано ландшафти в умовах антропогенних змін. Теоретичною основою для цього були наукові основи сучасної ландшафтної екології, які розроблені і висвітлені в працях М.Д. Гродзинського, 1993, 1995; В.М. Гуцуляка, 1995; А.Г. Ісаченко, 1980; А.В. Мельника і Г.П. Міллера, 1993; Л.Л. Малишевої, 1998; О.Г. Топчієва, 1996; Г.І. Денисика, 2003; П.Г. Шищенка, 1998 та інших. Ландшафтно - екологічний аналіз регіону було зроблено з використанням праць Г.Д. Александрової, 1998; Ю.А. Ісакової, Н.С. Казанської, 1980; І.О. Горленко, 1990 та інших.

У роботі подано географічний аналіз техногенних змін ландшафтів і господарського освоєння басейнів річок та інших водних об'єктів. Висвітлений вплив техногенезу на режим підземних вод, а також представлено геохімічні бар'єри та аномалії ландшафту, виконано ландшафтно-геохімічне обстеження басейнів водних об'єктів. Формування аквальних і заплавних ландшафтів області здійснюється під впливом природних і техногенних факторів.

Змінивши частково ПТК регіону на антропогенні, людина вплинула на хід фізико - географічних процесів, які внесли суттєві зміни в географію регіону, порушили існуючу природну рівновагу, що сприяло виникненню нових зв'язків, змін процесу міграції елементів і їх поєднань. Забруднення довкілля, а в тому числі і поверхневих вод здійснюється за схемою, яка представлена на рис. 1.

Дослідження свідчать, що хімічні елементи накопичуються у водоприймачі не у витоку надходження забруднюючих потоків, а там, де утворюються умови для їх осаду і накопичення, тобто на геохімічних бар'єрах.

Встановлено тісну лінійну залежність концентрацій органічних речовин та сульфатних іонів, іонів P_мін , N_мін з об'ємами скидів стічних вод. При цьому нижче місць скидів забруднених вод відносний приріст стоку хімічних речовин становить понад 125% для P_мін , для нітратної і амонійної форм азоту до 85%, для фенолів, цинку, Cr⁺⁶ та міді понад 15-30%, менший відсоток спостерігається з нафтопродуктами та СПАР.

Нижче випусків стічних вод мінералізація води мало змінюється й зумовлена переважно сульфатними і хлоридними іонами, а підвищення концентрації важких металів виражено менше в зв'язку з розбавленням води і фізико- хімічними процесами трансформації їх сполук.

У четвертому розділі розкрито вплив чинників на формування якості поверхневих вод. Підтверджено, що точкові джерела забруднення суттєво впливають на екосистему водоприймача. Найбільший локальний вплив вони спричиняють через сполуки фосфору і азоту, головним у цьому процесі виступають недостатньо очищені стічні води комунальних підприємств. Рівень забруднення річок, озер, ставків, водосховищ зумовлюється не тільки кількістю забруднюючих речовин, що потрапили зі стічними водами, але і водністю водоприймача. Виявлено, що найбільший вплив в маловодні роки створюють розташовані у басейні водоприймачів населені пункти.

У містах Волині: Луцьку, Нововолинську, Ковелі та Володимир- Волинському щорічно потрапляє у довкілля забруднюючих речовин відповідно - 462, 672, 368, 245т. За останні роки збільшилась кількість викидів у Волинському лінійному виробничому управлінні нафтопроводів і склала 1134 т за рахунок аварійних випусків при пошкодженні магістралей. Щорічно утворюється та складується біля 30000 шт. люмінісцентних відходів, існує 700 джерел іонізуючого випромінювання, які сприяють забрудненню довкілля.

Зазначене вище значною мірою впливає на якісний склад поверхневих вод. «Кислотні дощі», які зумовлені викидами забруднюючих речовин в атмосферу, забруднюють територію, а в зв'язку із цим і поверхневі води. Особливу роль відіграє і радіоактивне забруднення. За результатами досліджень, радіаційного забруднення зазнало понад 350 населених пунктів, а загальна площа забрудненості радіонуклідами перевищує 4 тис.км².

Постійно збільшується водоспоживання для потреб промисловості, сільського і комунального господарства. Це приводить до скорочення річкового стоку і зменшує запаси підземних вод, що впливає і на зниження рівня поверхневих вод.

На території Волинської області на 1км² площі припадає понад 97 тис.м³ стоку. При цьому частіше спостерігається високий рівень забруднення невеликих річок. Джерелом забруднення водних об'єктів є колекторні і дренажні води осушувальних і осушувально- зволожуючих систем.

За останні десятиріччя прослідковується підвищення рівня мінералізації води в р.Стир, Турія, Стохід, Вижівка та інших, середня мінералізація змінилась від 60 до 150 мг/л, а концентрація органічних речовин від - 20 мг/л до 83 мг/л.

У середньому зі стічними водами до р.Стир, Турія, Стохід надходить біля 74% завислих речовин, 81% всіх солей (розрахованих за сухим залишком), 76% сульфатних іонів, 91% хлоридних іонів, 75% азоту амонійного, 85% нітратів, 94% заліза. Сільськогосподарські угіддя займають понад 60% площ, на які щорічно вноситься біля 190 кг/га добрив і понад 0,35 кг/га різного виду пестицидів, що також впливає на якість поверхневих вод.

Суттєве значення має забруднення водойм стоками тваринницьких комплексів. За останні п'ять років кількість тваринницьких комплексів збільшилась на 50 одиниць. Під впливом вітру та води в Волинських районах уражено ерозією більше 21% території.

У період весняної повені понад 80 % сполук азоту і до 60 % сполук фосфору надходять із басейну у поверхневі і підземні води.

Використовуючи теоретичні, експериментальні дані і результати польових досліджень, враховуючи стабілізуючі і дестабілізуючі фактори, оцінку стану території здійснено за «коефіцієнтом навантажень» на басейни водних об'єктів, який визначається і змінюється від 0 до 1. Їх синтез дав можливість розробити картосхему стану території регіону стосовно умов формування якості поверхневих вод. На карті виділено 4 райони: кризовий, передкризовий, несприятливий та задовільний. Особлива увага приділяється тим підприємствам-забруднювачам, котрі найбільше змінюють гідроекологічний стан.

У п'ятому розділі встановлено закономірності просторово - часової зміни умов формування якості поверхневих вод та їх роль у динаміці екологічного стану водних об'єктів.

Аналіз матеріалу просторових змін якості води за мінералізацією та рівнем забруднення показує, що якість поверхневих вод погіршується з південного заходу на північний схід і досягає максимуму в районі м. Іваничі. Значна кількість промислових підприємств комунально - побутових господарств створюють основну масу стічних вод, які потрапляють у річки, озера, ставки, водосховища. Під впливом господарської діяльності формується понад 32% іонів хлору, 43% сульфатів і понад 23% іонів натрію і калію. Встановлено, що більш мінералізованими є ґрунтові води, на відміну від напірних, які складають понад 635 мг/л, перевищуючи удвічі мінералізацію напірних вод. На основі басейнового принципу здійснено районування поверхневих вод Волинської області за мінералізацією.

Встановлено, що з червня по вересень спостерігається збільшення амонійного азоту, що викликано рекреаційним навантаженням. Інфільтрація вод сільськогосподарських угідь спричиняє зростання концентрації нітратів особливо у весняний і літній періоди. У колодязях міст Ковель, Луцьк та Рожище концентрація барію перевищує ГДК в 2-3 разів, марганцю в 1,5-2,2 рази, а іноді у чотири і більше разів, титану в 2,5 рази і нікелю до двох і більше разів.

Поверхневий стік з територій міст, сільгоспугідь та інше, складається із дощових та талих вод, збагачених хімічними компонентами. При цьому значно збільшується в річкових водах вміст гідрокарбонатів та іонів кальцію до 5-6 разів, сульфатів, іонів магнію і лужних металів до 4-5 разів. У час найбільших витрат води мінералізація змінюється від 50мг/л і менше у верхній частині річки до 400мг/л і більше в їх гирлах.

Забруднені ділянки характеризуються порушенням природних біохімічних процесів і вмістом забруднюючих речовин, які перевищують встановлені нормативи. До зони забруднення належить і зона впливу, яка перебуває під її дією. Для характеристики зони забруднення й зони впливу нами використано коефіцієнт забруднення (К_з), який розраховувався для комплексу забруднюючих речовин. Значення К_з залежно від речовин коливаються в значних межах. У водних об'єктах знаходяться речовини, що були раніше накопичені в донних відкладах, в тому числі і важкі метали,що мають здатність мігрувати від донних відкладів у товщу води. Слід відмітити, що стан поверхневих вод не відповідає екологічним вимогам. Забруднюючі речовини змінюють якісний склад води і як наслідок - умови життєдіяльності організмів. Критеріями оцінки якості вод були хімічні, фізичні і гідробіологічні показники. Оцінювання якості вод виконано, враховуючи значення ГДК (гранично допустиму концентрацію), ЛПШ (лімітивний показник шкідливості). Оцінка якості води, або рівня забруднення поверхневих вод, здійснювалась як за частотою, так і кратністю перевищення ГДК, що характеризують хімічний склад забруднень за певний час (доба, місяць, сезон та інше). Використані дані спостережень за забрудненням поверхневих вод за 45 створами 20-річного періоду. За загальноприйнятими методиками виділено чотири класи якості води - чиста, малозабруднена, забруднена та брудна.

У річках Волинської області (р. Стир, Турія, Вижівка, Стохід та їх притоках) починаючи з 1991 року спостерігається збільшення в 16-19 разів амонію, 2-2,5 рази нітратів. Завислі речовини у 1,5-2,0 рази перевищують ГДК рибогосподарських водойм. Вміст нітратів, сульфатів перевищує ГДК у 1,5 рази, заліза в 10 разів.

Екологічну оцінку якості поверхневих вод здійснено по (КНД 211.1.4.010-94) за екосистемним принципом на основі досить широкого набору показників, які характеризують абіотичну і біотичну складові водних екосистем. Система оцінки якості води включає три блоки: показники сольового складу, трофо-сапробіотичні показники і специфічні показники токсичної та радіаційної дії.

Відмічене дозволило визначити індекси екологічної оцінки якості поверхневих вод і скласти відповідну картосхему, де значення індексу змінюється від 1 до 4 (рис.2). Аналіз карти свідчить, що майже на всій території регіону спостерігається екологічне порушення в якості поверхневих вод за рахунок скидів забруднюючих речовин, забрудненням атмосфери, використанням ядохімікатів, пестицидів та інше.

Проблема інтерпретації процесів формування якісного складу поверхневих вод вирішувалась за допомогою розрахунку гідрохімічного балансу басейнів водних об'єктів або їх частин у межах окремих ландшафтно-кліматичних одиниць, що дає можливість розв'язати питання оцінки забруднення поверхневих і підземних вод.

У шостому розділі запропоновані шляхи оптимізації умов формування якості поверхневих вод та їх охорона.

Особливе значення в стабілізації екологічного стану водних об'єктів Волинської області має прогнозування якісного складу поверхневих вод. Для здійснення останнього необхідно визначити в кожному конкретному об'єкті витрати стічних вод та врахувати здатність до самовідновлення З метою покращання екологічного стану поверхневих вод і їх раціонального використання та охорони необхідно визначити оптимальні гідрохімічні та гідрологічні характеристики. Для реалізації зазначеного нами запропонована модель оперативного прогнозування якості поверхневих вод, яка враховує, як оптимальні параметри витрат, так і оптимальні гідрохімічні характеристики поверхневих вод.

Для вирішення прогнозно-географічних задач використано системний підхід, що забезпечує дослідження динамічного стану природних комплексів. Був розрахований прогноз середніх багаторічних характеристик іонного стоку та його антропогенна складова. У зв'язку із зменшенням виробництва в межах області зменшився антропогенний вплив на іонний стік поверхневих вод.

У дисертації використані формули С.І. Сніжко для визначення витрат стічних вод. Аналіз виконаних розрахунків дає можливість науково обґрунтовано реалізовувати водоохоронні заходи і здійснювати прогнозоване планування динаміки якості поверхневих вод, що може сприяти своєчасному прийняттю рішень для розв'язання основних водогосподарських і екологічних проблем забезпечення мешканців Волинської області водою належної якості.

Крім того, нами здійснено прогноз переміщення забруднюючих речовин. Це дає можливість здійснити підготовку попередження забруднення води, зокрема часу проходження фронту концентрації забруднюючої речовини, її максимального значення і часу надходження.

Особлива увага приділена створенню моніторингу за станом поверхневих і підземних вод.

Моніторинг повинен здійснюватися за джерелами скиду стічних вод, станом поверхневого і підземного стоку, природоохоронними територіями в межах водних об'єктів, якістю і складом забруднюючих речовин. Нами, крім даних Міністерства охорони навколишнього середовища, гідрометеослужби, Держводгоспу, МОЗ, МНС та інші, додатково виконувались польові дослідження якісного складу поверхневих вод. Особлива увага при цьому приділялась озерним водам, де найбільше скупчення людей в літній період. Проби вод брались один раз на п'ять днів - вранці, в полудень і ввечері. Зазначене дало можливість проаналізувати якість озерних вод в рекреаційних зонах літнього періоду, тобто оцінити антропогенний вплив, що зумовлює зміну якісного складу поверхневих вод.

Суттєве значення у відновленні і покращанні якості вод належить самоочищенню поверхневих і підземних вод, а відновленню хімічних, біологічних та інших процесів, які відбуваються у забруднених водних об'єктах і спрямовані на відновлення первісного складу і властивостей води. Процеси самоочищення зумовлені багатьма факторами, серед них найбільш важливими є сонячна радіація, діяльність мікроорганізмів і водної рослинності. Як показують польові дослідження, процес самоочищення проходить постійно, не залежно від пори року.

Виявлення закономірностей процесів забруднення й самоочищення вод, а також основних факторів трансформації забруднюючих речовин дозволяє прогнозувати зміни якості води під впливом господарської діяльності людини. Для реалізації вищезазначеного нами використані індивідуальні особливості водних об'єктів: гідрографічна, гідрологічна, гідрохімічна і гідробіологічна характеристики, а також характеристика джерел забруднення. Польові, лабораторні та інші дослідження дали можливість кількісно оцінити вплив найбільш важливих факторів на процес самоочищення води з віддаленням від джерела викиду в межах водотоку, стосовно інтенсивності самоочищення виділяють такі зони: олігосапробна, полісапробна, б і в- мезосапробна. Встановлено, що найвища інтенсивність самоочистки спостерігається в полісапробній і б-мезосапробній зонах.

Залежно від того, які речовини і в якому фазовому стані потрапляють у водойму зі стічними водами, в процесі самоочищення будуть переважати або гідродинамічні, або хімічні, або біологічні процеси. За наявності в стічних водах завислих речовин істотну роль у процесі самоочищення водних мас відіграє процес осадження на дно. Самоочищення водних мас відбувається як в результаті розчинення, так і взаємодії з іншими хімічними і біохімічними компонентами, що містяться у воді.

На основі проведеного моделювання самоочищення поверхневих вод на прикладі тестового об'єкта р.Стир встановлені за течією відстані самоочищення для різних речовин після скиду в річку стічних вод з МКОС м.Луцька. Моделювання проведено для тих речовин і тих створів, де спостерігається перевищення ГДК. Така ситуація на р.Стир мала місце для створу 500 м нижче Луцьких МКОС по сольовому амонію (концентрація 0,61мг/дм³, ГДК-0,5мг/дм³), для створів 500 м нижче Луцьких МКОС і нижче м.Рожище за нітратами (вміст відповідно 0,51 і 0,24мг/дм³, ГДК-0,08мг/дм³). Результати чисельного моделювання показали, що ГДК амонію сольового після скиду стічних вод з МКОС м.Луцька в р.Стир досягаються на відстані 30 км від місця скиду. Відстань від місця скиду стічних вод в р.Стир, на яку буде досягнуте ГДК для нітратів, виходить за межі Волинської області і становить біля 39 км.

Якісний стан поверхневих вод за середнім вмістом завислих речовин, за даними 2007 р., порівняно із реальними і нормативними значеннями змінився відносно 1 для р. Стир на 0,6-0,9, р.Стохід, Турія та Стир на 0,5 і 0,8, концентрація азоту нітритного р. Турія - на 1.3 і 1.8, р.Стир - 1,2 і 1,6, р.Луга - на 1,4 і 1,6, фосфатів р.Луга - 0,7 і 0,3, р.Турія - на 0,5 і 1,2, р.Вижівки на 0,3 і 0,8.

Зростання концентрації токсичних речовин у поверхневих водах Волинської області тільки в 2007 році погіршило сучасні значення показників якості води за вмістом міді р.Луга на 2 і 2,5, р.Стир, Луга, Турія, Вижівка на 1,4 і 1,9.

Аналогічна картина спостерігається і у водах озер, які знаходяться в басейнах річок Турія, Стохід, верхів'я Прип'яті, Вижівка та їх притоках.

В роботі розроблено та запропоновано комплекс заходів щодо вирішення сучасних еколого- географічних проблем з метою покращання стану довкілля, а саме якості поверхневих вод, більшість з яких вже втілюється в практику підприємств та організацій народногосподарського комплексу Волинської області.

ВИСНОВКИ

формування якість поверхневий вода

Проведені дослідження географічних умов формування якості поверхневих вод, їх оцінки, прогнозування та оптимації природного середовища Волинської області свідчать, що:

1. Якісний склад поверхневих вод Волинської області формується в результаті сукупної дії природних та антропогенних чинників. Природно-кліматичні умови, характер ґрунтів і водовмісних порід сприяють формуванню поверхневих вод карбонатно-кальцієвого складу, а антропогенні чинники ускладнюють формування поверхневого стоку, викликаючи тим самим, підвищення концентрації розчинених речовин.

2. Збільшення концентрацій забруднюючих речовин, які спостерігалися протягом останніх десяти років, підтвердило значний і стабільний вплив на формування якості води, що зумовлене скидами комунальних і промислових об'єктів, які розташовані в басейнах водних об'єктів Волинської області.

3. Виявлено статистичні зв'язки між вмістом домінуючого іону НСО₃ і мінералізацією, яка описується функцією ?_{і =} 1,92 НСО₃ при коефіцієнті кореляції r = 0,81. Підтверджено обернений зв'язок між витратами води і мінералізацією річок регіону.

4. Розподіл мінералізації річкових вод на протязі року має чітко виражену закономірність: найменші значення спостерігаються в період весняної повені (352 мг/дм³), у літньо-осінній період мінералізація досягає 480 мг/дм³, а у зимову межень до 530 мг/дм³. В поверхневих водах території змінюється аналогічно і концентрація головних іонів, у складі яких зростає роль сульфатних та хлорид них іонів.

5. Головні особливості формування заплавних ландшафтів зумовлені гідрологічним режимом в повінь і рівнем ґрунтових вод в межень. Гідрохімічні особливості складаються з сукупності процесів, які відбуваються як у водній товщі, так і в донних відкладах.

6. Поверхневі води розглядуваної території характеризуються напруженим кисневим режимом. На протязі року для річок Волинської області характерний дефіцит кисневого насичення, який коливається в межах 70-80 %, в літньо-осінній період спостерігається збільшення насичення киснем завдяки прискоренню процесу фотосинтезу. Відносний вміст кисню у водах приток змінюється від 25-30 % до 105-115 %.

7. Стан території області в умовах антропогенних змін оцінювався за еродованістю території, порушенням ландшафтів господарською діяльністю, будівництвом доріг, вирубуванням лісів, осушенням та інше і оцінювався за „коефіцієнтом стійкості”, що дало можливість скласти карту стану природного середовища стосовно умов формування гідрохімічного режиму поверхневих вод.

8. Пріоритетні причини забруднень у співвідношенні зі стабілізуючими і дестабілізуючими показниками стану території оцінено за „коефіцієнтом навантажень” і представлено картосхемою стану території в умовах антропогенних навантажень.

9. За сезонами стік біогенних речовин розподіляється так: під час весняної повені 45-65 %; літньо-осінньої межені 20-35 %; зимової - 17-23 %. Стік мікроелементів: весна - 40-70 %; літньо-осіння межень - 15-30 %; зимова межень - 10-20 %. Під час весняної повені виноситься 40-60 % всіх розчинених іонів; літньо-осінньої межені - 25-30 %; зимової межені - 15-25 %. Стік амонійного азоту є вищим і досягає відповідно 70 і 50 %, а фосфатів 80 та 65%.

10. Для відновлення якості поверхневих вод рекомендуються заходи, спрямовані на зменшення скидів стічних вод, побудову нових і модернізацію діючих очисних споруд та каналізаційних мереж, дотримання технологій очищення води, введення штрафів і відповідного законодавства.

11. Невід'ємною частиною природних вод є органічна речовина. Пізнання характеру розподілу, режиму і міграції органічної речовини вод генетично тісно пов'язано з органічною речовиною ґрунтів, порід, рослинності та інших компонентів ландшафту. Для досліджуваної території характерна середня кольоровість 30-45° і середня окислюваність 8-13 мгО₂/л.

12. Для характеристики зони забруднення й зони впливу запропоновано „коефіцієнт забруднення”, який розраховується для комплексу забруднюючих речовин. Значення коефіцієнтів від забруднюючих речовин коливаються у межах від 0 до 10 і більше. Основна частина забруднення припадає на нітрати, нафтопродукти, амоній сольовий та інше.

13. Здійснено комплексну оцінку стану поверхневих вод за графічним методом, що дало можливість визначити екологічні коефіцієнти якості води для кожного створу і місця дослідження і скласти картосхему коефіцієнтів екологічних навантажень на поверхневі води, здійснивши таким чином екологічну оцінку якості поверхневих вод.

14. На основі гідрологічних і гідрохімічних характеристик поверхневих вод розроблена модель для оцінки і прогнозування екологічного стану басейну річки, що враховує природні і антропогенні чинники формування якісного складу стоку та дає можливість визначити оптимальні характеристики якості води і покращити цим питне водопостачання в регіоні.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Панькевич С.Г. Гідрохімічний режим річок Волині в умовах антропогенних змін / С.Г. Панькевич, Я.О. Мольчак, В.О. Фесюк та ін. // Науковий вісник Чернівецького університету. Серія: географія. Збірник наукових праць. - 2006. - Вип. 318. - С. 83-88. (здобувач - оцінка та аналіз антропогенного навантаження на гідрохімічний режим; Мольчак Я.О., Фесюк В.О., Мисковець І.Я. - методичне керівництво та супровід вирішення задачі).

2. Панькевич С.Г., Показники екологічної стійкості ландшафтів міст північно-західної України / Сергій Панькевич, Ярослав Мольчак, Василь Фесюк, Ірина Мисковець // І Всеукраїнський з'їзд екологів. Тези доповідей. Вінниця: Універсум, 2006. - С. 223-224. (здобувач - проведення розрахунків, аналіз та узагальнення отриманих результатів; Мольчак Я.О., Фесюк В.О., Мисковець І.Я. - супровід вирішення задачі ).

3. Панькевич С.Г., Історико-географічні особливості формування екосистем великих міст Північно-Західної України / С.Г. Панькевич, Я.О. Мольчак, В.О. Фесюк // Наукові записки Вінницького державного педагогічного університету. Серія: географія. - Вінниця. - 2007. - Вип.14. - С. 63-71. (здобувач - збір, обробка вихідної інформації, висновки; Мольчак Я.О., Фесюк В.О.- методичне керівництво).

4. Панькевич С.Г. Екологічні наслідки впливу осадів стічних вод очисних споруд м. Луцька на навколишнє середовище та шляхи їх мінімізації / Сергій Панькевич, Василь Фесюк // Наук. праці УкрНДГМІ. - Вип. 256. - К.: Ніка-Центр, 2007. - С. 286-292. (здобувач - вивчення та узагальнення матеріалу, оцінка впливу на оточуюче середовище; Мольчак Я.О., Фесюк В.О.- супровід вирішення задачі ).

5. Панькевич С.Г. Гідрохімічний режим і якість води в р. Стир у межах Волинської області / Сергій Панькевич, Ярослав Мольчак // Проблеми Полісся. - Луцьк : РВВ Луцького ДТУ, 2007. - С.48 - 53. (здобувач - проведення розрахунків, аналіз та узагальнення результатів; Мольчак Я.О.- методичне керівництво).

6. Панькевич С.Г. Тверді і побутові відходи м.Луцька та їх вплив на довкілля / С.Г. Панькевич, Я.О. Мольчак, В.О. Фесюк // Наукові записки Вінницького державного педагогічного університету. Серія: географія. - 2008. - Вип.16 - С. 135-140. (здобувач - методична постановка задачі, проведення досліджень; Мольчак Я.О., Фесюк В.О.- методичне керівництво).

7. Панькевич С.Г. Особенности экологического состояния городов Северо - Западной Украины / Сергей Панькевич, Ярослав Мольчак, Василь Фесюк // География в ХХІ веке : Проблемы и перспективы развития: статьи. - Брест, 2008. - С.103-104. (здобувач - проведення розрахунків. Аналіз та узагельнення; Мольчак Я.О., Фесюк В.О. - супровід вирішення задачі ).

8. Панькевич С. Екологічний стан ґрунтів урбоекосистем північно - західної України / Сергій Панькевич, Ярослав Мольчак, Василь Фесюк // Генеза, географія та екологія ґрунтів: Збірник наукових праць. - Львів, 2008. - С.361 - 369. (здобувач - збір, обробка, аналіз та узагальнення результатів; Мольчак Я.О., Фесюк В.О.- методичне керівництво ).

9. Панькевич С. Використання природного агро-ресурсного потенціалу в сільськогосподарському виробництві Волинської Області / Сергій Панькевич, Алла Потапова // Генеза, географія та екологія ґрунтів: Збірник наукових праць. - Львів, 2008. - С.424 - 429. (здобувач - аналіз стану, вивчення питання та розробка заходів; Потапова А.Г. - супровід вирішення задачі ).

10. Панькевич С.Г. Районування території міст північно-західної України за ступенем забруднення і трансформації / Сергій Панькевич, Ярослав Мольчак, Василь Фесюк, Ірина Мисковець // Сучасні проблеми збалансованого природокористування: статті. - Кам'янець-Подільський, 2008. - С. 130-133. (здобувач - вивчення та узагальнення матеріалу, оцінка впливу на оточуюче середовище; Мольчак Я.О., Фесюк В.О., Мисковець І.Я. - супровід вирішення задачі ).

11. Панькевич С.Г. Гідрологічні особливості поверхневих вод Волинської області та їх сучасного гідроекологічного стану / Сергій Панькевич // Наукові записки Тернопільського національного педагогічного університету. Серія: географія. - Тернопіль, 2008.- № 2, Вип.24 - С.174-178.

12. Панькевич С.Г. Техногенні зміни ландшафтів Волинської області / Сергій Панькевич // Захист довкілля від антропогенного навантаження. - Харків, 2008. - Випуск 2(18). - С. 65 - 72.

АНОТАЦІЯ

Панькевич С.Г. Географічні умови формування якості поверхневих вод (на прикладі Волинської області).- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидита геграфічних наук зі спеціальності 11.00.11 - конструктивна географія та раціональне використання природних ресурсів. - Львівський національний університет імені Івана Франка, Львів, 2009.

Роботу присвячено географічному аналізу природного та антропогенного впливу на процес формування якості поверхневих вод, детальному дослідженню закономірностей формування якісного складу води та прогнозуванню його стану, оптимізації водогосподарської ситуації, розробці відповідних методичних рекомендацій для покращання екологічної ситуації водних об`єктів Волинської області.

Проаналізовано існуючі підходи до оцінки стану поверхневих вод. Застосований метод розрахунку забруднюючих речовин поверхневого стоку дозволив оцінити їх баланс як природного, так і антропогенного походження, які виносяться в межах області. Виконані дослідження, узагальнення, оцінки і висновки базуються на натурних та експериментальних даних. Показані особливості формування якості поверхневих вод водойм області. Розроблено прогноз мінералізації води на основі методу гідрохімічного балансу. Визначені та запропоновані індекси екологічної оцінки якості поверхневого стоку. Представлено комплекс заходів щодо покращання якості поверхневих вод та довкілля.

Ключові слова: гідрологічний режим, стік забруднюючих хімічних речовин, екологічна оцінка, якість річкових вод, індекс, антропогенний вплив.

АННОТАЦИЯ

Панькевич С.Г. Географические условия формирования качества поверхностных вод (на примере Волынской области) - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук по специальности -11.00.11.- Конструктивная география и рациональное использование природных ресурсов. - Львовский национальный университет имени Ивана Франка, Львов,2009.

Работа посвящена географическому анализу естественного и антропологического влияния на процесс формирования качества поверхностных вод, детальному исследованию закономерностей формирования качественного состава воды и прогноза еe состояния, оптимизации водохозяйственной ситуации, разработке соответствующих методических рекомендаций для улучшения экологической ситуации водных объектов Волынской области.

Отмечено, что физико-географические факторы и условия водных объектов (река, озеро, водохранилище), их геоморфологические, геологические, климатические, почвенно-растительные и другие характеристики, гидрологический режим вместе с гидробиологическими особенностями, уровневый режим грунтовых и подземных вод влияют на формирование качественного состава поверхностных вод.

Для расчетов экологической оценки вод исходными данными был материал наблюдений системы Минприроды, Госводхоза, Госводкомгидромета Украины. При этом использованы гидрохимические данные по качеству поверхностных вод Волынской области в 85 контрольных пунктах.

За более чем 40-летний период исследована динамика и установлены тенденции накопления загрязняющих веществ в поверхностных водах.

Представлены существующие подходы к оценке состояния поверхностных вод. Использованый метод расчета химических веществ в поверхностном стоке позволил оценить их баланс как природного, так и антропогенного происхождения, которые выносятся с территории области. Природные условия формируют карбонатно-кальциевый состав вод, а антропогенные факторы повышают концентрацию растворенных веществ. В период наибольшего стока минерализация воды рек области изменяется от 50 мг/л и менее в верховьях рек, до 350-400 мг/л и более в их устьях.

Для характеристики зоны загрязнения и зоны влияния предложен "коэффициент загрязнения", который рассчитывается для комплекса загрязняющих веществ. Значения коэффициента в зависимости от веществ изменяются в пределах от 0 до 10 и более единиц. Отмечено, что состояние поверхностных вод еще далеко от экологического оптимизма.

Комплексная оценка состояния поверхностных вод осуществлена графическим методом, что дало возможность определить экологические коэффициенты качества воды для каждого пункта наблюдений и составить картосхему коэффициентов экологических нагрузок на поверхностные воды, осуществив таким образом экологическую оценку качества поверхностных вод.

Разработана модель для прогноза экологического состояния вод бассейна реки на основе гидрологических и гидрохимических характеристик, которая учитывает природные и антропогенные факторы, влияющие на формирование качества вод.

Предложено систему государственного мониторинга по организации и проведению наблюдений за качеством поверхностных вод. Выполненные исследования, обобщения, оценка и выводы базируются на натурных и экспериментальных данных. Показаны особенности формирования качества поверхностных вод. Разработан прогноз минерализации воды на основе метода гидрохимического баланса. Представлен комплекс мероприятий по улучшению качества поверхностных вод и окружающей среды.

Ключевые слова: гидрологический режим, сток загрязняющих веществ, экологическая оценка, качество речных вод, индекс, антропогенное влияние.

ANNOTATION

Pankevich S.G. Geographicall foundation of quality of surface waters (For example by Volinska oblast). - Manuscript.

Dissertation for the obtaining of scientific degrex of candidate by geographicall sciences from the speciality 11.00.11. - constructional geography and rational using of natural resources. Lvivskiy national university by Ivan Franko, Lviv, 2009.

The work is devoted to constructively - geograficall analasis of natural and antropogenesis influence on the process of formation the quality of surface waters, detailed experiment of regularity of formation the quality structure of water and prognosis of it's condition, optimization of hydroeconomic situation, developing of accordant methodical recommendation for the improvement of ecological situation of objects of Volinska oblast.

The existing accesses to the estimate the condition of surface waters is analised. The using method for the account of chemical materials of surface runoff allowed to estimate it's balance as a natural, so antropogenesis origin, which remove within the oblast. The experiment, generalization, estimates and conclusion are based on the real and experimental finding. The specialities of formig the hydrochemical regime waters are shown. The prognosis of water's mineralization is done on the basis of method of hydrochemical balance. The indexes of ecological estimate of surface runoff are defined and proposed. The complex of measures for the improvement the quality of surface waters and environment.

Key words: hydrological regime, runoff contaminents, ecological estimate, quality of river's water, index, antropogenesis influense.

Підп. до друку 12.02.2010. Формат 60х84/16 Папір офс.

Гарн.Таймс. Ум.друк.арк. 0,75.

Тираж 100 прим. Зам. 519

Редакційно-видавничий відділ

Луцького національного технічного університету

43018, м. Луцьк, вул. Львівська,75

Друк - РВВ ЛНТУ

Размещено на Allbest.ru

...