Экология водных систем

Большинство организмов живет в толще воды и на дне. Численность бактерий в речной воде резко колеблется в зависимости от сезонных изменений. Наибольшее количество микроорганизмов в воде содержится во время паводка. По течению реки ниже населенных пунктов количество бактерий возрастает. Из водорослей в реках больше всего диатомовых, зеленых и синезеленых. Среди животных в реках преобладают коловратки, ветвистоусые и веслоногие рачки, личинки хирономид и моллюски. Среди плавающих животных можно встретить рыб, амфибий, пресмыкающих и млекопитающих.

Озера.

Озера представляют собой углубления в форме котловин, заполненных водой. Они могут быть образованы как в земной коре, так и во льдах. Существует множество процессов, которые могут привести к образованию озера.

В зависимости от своего происхождения озера подразделяются на: тектонические, карстовые, эоловые, ледниковые и термокарстные. В некоторых случаях от моря отшнуровываются озеровидные водоемы - лиманы. Лиман может образоваться и другим способом, если реку, впадающую в море, запрудит песчаная коса, намытая прибоем.

Котловину озера делят на мелководную литораль, или прибрежное мелководье, сублитораль или свал, и дно, идущее под большим уклоном. Сублитораль эта та область, куда заходит растительность. Вся остальная часть два называется профундалью. Профундаль можно найти только у очень глубоких озер.

Из озер могут брать начало реки, в этом случае они называются сточными. Как обычно сточные озера пресноводны, в то время как бессточные осолены. Однако существуют не только пресные и солоноватые озера, есть еще соленые и пересоленные.

Пресноводные озера по биологической населенности разделяются на эвтрофные, мезотрофные, олиготрофные и дистрофные (трофор - пища). Эвтрофные озера (высококормные) неглубокие (до 15 метров), вода в них содержит много минеральных солей. В ней обильно развивается зеленые, синезеленые водоросли. В илистых грунтах эвтрофных озер живет множество организмов. Однако зимой в таких озерах не хватает кислорода и получается замор. При попадании минеральных удобрений в другие типы озер, водоем может стать эвтрофным, а затем перейти в болото.

Болота.

Болота отличаются от озер тем, что они неглубокие, частично или полностью покрыты растительностью и в них образуется торф. Первыми признаками болота можно считать образование торфа.

При заболачивании озер от берегов на свободную поверхность нарастает сплавина - растительный ковер. По этому ковру может, не проваливаясь в воду, пройти даже человек. Только прогибы ковра от ног могут указывать на то, что ковер лежит на воде. Поступление воды в болото может идти за счет грунтовых вод. Такое болото называется низинным. Если же вода поступает только за счет атмосферных осадков, оно называется верховым. Вода в болоте не прогревается даже в самое жаркое время года, потому что растительный ковер выступает как тепловой изолятор. Если раздвинуть мох-сфагнум и торф и опустить руку в воду, то она быстро замерзнет в холодной воде.

Искусственные водоемы.

К искусственным водоемам относятся водохранилища, пруды, судоходные и оросительные каналы, а также многочисленные бассейны, отстойники и различные ирригационные сооружения.

Водохранилища создаются для использования гидроэнергии, для судоходных систем и для милиоративных целей. Обычно для, создания водохранилища ставится плотина на реке, и разлившиеся воды заливают часть суши. В водохранилищах часто размываются берега из-за мелководья и появления больших волн от ветра. Самые большие по площади это равнинно-речные водохранилища, но они же и самые мелководные. Горно-речные водохранилища обладают меньшей площадью, но они зато глубоководны. Самая большая глубина водохранилища у плотины и самая меньшая у верхнего речного участка.

Пруды.

Пруды значительно меньше водохранилищ и служат для рыборазведения, полива и водоснабжения. Помимо этого, есть биологические очистительные пруды, в которых идет очистка промышленных и бытовых сточных вод за счет существующей в этих прудах флоры и фауны.

Пруды бывают плотинные, когда ставится плотина на реке или в овраге, помимо этого могут быть копанным. Питание прудов водой идет либо за счет атмосферных осадков, либо за счет ручьев, рек или же грунтовых вод. Вода прудов содержит множество бактерий, до нескольких десятков миллионов в 1 мл. В толще прудовой воды живут одноклеточные зеленые и диатомовые водоросли. Из животных в воде можно встретить инфузорий, коловраток низших рачков. Прибрежная зона прудов сходна с водохранилищами, но в ней больше червей трубочников, жуков и брюхоногих моллюсков.

Подземные воды.

Под землей от нас скрыты целые озера и реки, состоящие из грунтовых, артезианских и минеральных вод.

Грунтовые воды залегают ближе всего к поверхности земли, они расположены над первым водонепроницаемым горизонтом. В них отсутствует напор. Грунтовые воды можно встретить в пещерах, в трещинах и капиллярах глубоких слоев земли, а также между частицами поверхностных песчаных отложений.

Артезианские воды залегают глубже и как обычно располагаются между двумя водонепроницаемыми горизонтами, поэтому они всегда находятся под давлением. Минеральные воды залегают в глубоких тектонических трещинах, где они соприкасаются с породами, насыщающие их различными элементами, которые присущи этим породам.

Обитателями подземных вод является целая группа организмов, которая очень слабо изучена в настоящее время. При этом обитатели артезианских и минеральных вод почти не изучены. Лучше всего изучены животные пещер. Пещеры образуются за счет растворения известняков, гипсов, доломитов. Чаще всего в них бывает вода, и могут образовываться целые подземные озера. Иногда по пещере протекает подземная река или ручей. В пещерах отсутствует свет и сохраняется низкая постоянная температура. Только в самых глубоких пещерах, где температура повышается на 1°С при опускании на каждые 30 метров, можно встретить озера с теплой водой.

Континентальные водоемы, общие закономерности состава, распределения и функционирования населения в разных типах водоемов и основы их классификации.

Континентальные водоемы, находящиеся в углублениях суши, могут быть естественными и искусственными. Первые представлены реками, озерами, болотами, родниками, временными водоемами; вторые - водохранилищами, прудами и каналами.

Реки - водоемы, водная масса которых перемещается от истока к устью вследствие разницы их положения над уровнем моря, т.е. под действием силы тяжести. Реки, выносящие свои воды в океаны или моря называются главными, а впадающие в них - притоками первого порядка. Реки, впадающие в притоки первого порядка, называются притоками второго порядка и т.д. Например, река Днепр является главной, Березина - ее притоком первого порядка, а Свислочь - притоком второго порядка

Совокупность всех притоков, сбрасывающих воду в главную реку, образует речную систему. Часть суши, занятая речной системой и отделенная водоразделами от других подобных участков, образует речной бассейн, а поверхность, с которой она собирает воды, - водосборную площадь. На территории Беларуси находятся речные бассейны Днепра, Вислы, Немана, Западной Двины и Невы. Из них Днепр относится к водосборному бассейну Черного моря, а остальные реки - к бассейну Балтийского моря. Водораздел между бассейнами Черного и Балтийского морей на территории Беларуси образует Белорусская гряда - цепь возвышенностей, протянувшихся с юго-запада на северо-восток.

Реки обычно текут в понижениях - долинах. В них различают самую пониженную часть - ложе, линию, соединяющую самые низкие точки долины, - тальвег, углубление в ложе - коренное русло, по которому вода течет в межень (период между половодьями) и пойму - часть дна долины, по которой вода течет в половодье.

В межень обсохшее пойменное русло находится над уровнем воды, образую пойменную террасу. Выше пойменной террасы может располагаться один или несколько ярусов надпойменных террас. Последние представляют природные памятники предыдущих геологических эпох, когда русло реки залегало более высоко.

Линия сопряжения склона долины с прилегающей местностью называется бровкой. По поперечному течению реки выделяют прибрежную часть - рипаль, срединную - медиаль и участок с наибольшей скоростью течения - стрежень.

В направлении от истока к устью выделяются верхнее, среднее и нижнее течение реки. Верхнее течение относительно маловодное, здесь значительная крутизна уклона и высокая скорость течения воды. В среднем течении уклон русла уменьшается, река становится многоводнее за счет притоков, скорость течения падает. В нижнем течении, как правило, река наиболее многоводная, а скорость течения наименьшая. Наиболее известное исключение из этого правила - Нил, который наиболее полноводен в среднем течении.

По биологической классификации пресноводные озера подразделяются на ряд типов.

Эвтрофные озера (высокопродуктивные) - неглубокие (до 10 - 15 м) равнинные озера с обильным поступлением биогенных элементов (N, P, K). Летом в них в массовом развивается фитопланктон (в частности, цианобактерии), соответственно обильны бактерио- и зоопланктон, бентос и рыбы. Грунты илистые, прозрачность воды низкая, ее цвет от зеленого до буро-зеленого.

Литораль хорошо выражена, сильно зарастает макрофитами. Водная масса гиполимниона по сравнению с эпилимнионом мала, бедна кислородом, а в начале летней и зимней стагнации лишена его. Водная толща летом прогревается до дна.

Олиготрофные озера (малопродуктивные) Обычно они расположены на кристаллических породах, глубокие (свыше 30 м). Гиполимнион, по объему превосходящий эпилимнион, относительно богат кислородом.

Озера характеризуются слабым поступлением биогенных элементов, поэтому фитопланктона в них мало. Соответственно, количественно бедны бактерио- и зоопланктон, бентос; рыбы относительно мало. Прозрачность воды высокая, гуминовых веществ очень мало, литораль развита слабо, донные отложения бедны органикой. Цвет воды близкий к голубому.

Мезотрофные озера (среднепродуктивные) занимают промежуточное положение между двумя указанными типами.

Дистрофные озера (недостаточно кормные) представляют неглубокие водоемы с сильно гумифицированной водой, часто заболоченные с торфянистыми отложениями на дне. Последние исключают контакт воды с грунтом, поэтому она слабо минерализована, бедна биогенными элементами.

Планктон и бентос очень бедны, рыба часто вовсе отсутствует.

8.Загрязнение и биологическое самоочищение водоемов

Деятельность многих отраслей народного хозяйства приводит к загрязнению сточных вод:

- нефтехимическая и нефтеперерабатывающая промышленность;

- металлургия и горнодобывающая индустрия;

- химическая и целлюлозно-бумажная промышленность;

- предприятия по изготовлению пищевых продуктов и ряд других производств.

Огромный вред сточным водам наносит неправильное использование удобрений и пестицидов в сельском хозяйстве. Часть соединений очень трудно удаляются из стоков, в их число входят поверхностно-активные вещества, содержащиеся в синтетических моющих средствах.

Для оценки качества воды в реках и водоёмах их разделяют по загрязнённости на несколько классов. Классы основаны на интервалах удельного комбинаторного индекса загрязнённости воды (УКИЗВ) в зависимости от количества критических показателей загрязнённости (КПЗ). Значение УКИЗВ определяется по частоте и кратности превышения ПДК по нескольким показателям и может варьировать в водах различной степени загрязнённости от 1 до 16 (для чистой воды 0). Большему значению индекса соответствует худшее качество воды.

По каждому ингредиенту за расчетный период времени для выбранного объекта исследований рассчитываются характеристики:

- Повторяемость случаев загрязнённости, т. е. частота обнаружения концентраций, превышающих ПДК;

- Среднее значение кратности превышения ПДК, рассчитывается только по результатам анализа проб, где такое превышение наблюдается;

- Обобщённый оценочный балл рассчитывается для показателя как произведение двух чисел: частного оценочного балла по повторяемости случаев загрязнённости и средней кратности превышения ПДК;

- Расчёт УКИЗВ. Рассчитывается как средний обобщённый оценочный балл по всем анализируемым показателям.

Определение класса загрязнённости

В методике расчёта приведена таблица, где границы классов загрязнённости зависят от коэффициента запаса. Тот же результат можно получить, если не менять границы в таблице, а перед подстановкой разделить УКИЗВ на коэффициент запаса k

Таблица 1

Основы биологического самоочищения водоемов.

Биологическое самоочищение водоемов осуществляется за счет жизнедеятельности растений, животных, грибов, бактерий и тесно связано с физико-химическими процессами. К биотическим процессам самоочищения вод относятся окисление органических веществ и фильтрация воды гидробионтами. Особая роль в окислении органического вещества принадлежит микроорганизмам, хотя все группы водных организмов -- микроорганизмы, фитопланктон, высшие растения, животные, рыбы принимают прямое участие в самоочищении водных экосистем. Средой обитания водных микроорганизмов являются водная толща и донные отложения, стратифицированные по физико-химическим свойствам. Они содержат разное количество элементов питания и представляют среду для развития разнообразных групп микроорганизмов -- бактерий протистов, водных грибов и водорослей, а также водной флоры. В процессах самоочищения водных объектов важная роль наряду с микроорганизмами принадлежит водной растительности. Это обусловлено совокупностью факторов: выделением ею кислорода при фотосинтезе, способностью к интенсивному использованию биогенных элементов (прежде всего фосфора и азота), заселением поверхности погруженных в воду растений комплексом разнообразных организмов, участвующих в процессах деструкции загрязняющих веществ -- бактерий, грибов, эпифитных водорослей, простейших, нематод, губок, личин насекомых, моллюсков и др.

Роль водных растений в процессах самоочищения вод заключается:

- в стимуляции деятельности микроорганизмов, обитающих на их поверхности и в воде, продуктами метаболизма;

- создании активной адсорбирующей поверхности;

- поддержании высокого окислительного уровня среды за счет обогащения воды растворенным кислородом.

Современные тенденции в области очистки природных вод сводятся к следующим моментам.

- все более широко на водопроводных станциях применяется оксихлорид алюминия (ОХА) различных марок;

- существенное влияние на процесс очистки воды оказывают условия смешения реагентов с водой;

- метод очистки воды напорной флотацией;

- озонирование;

- мембранные методы очистки воды, которые ранее использовались для опреснения и удаления избыточных концентраций металлов, солей жесткости и органических загрязнений для станций небольшой производительности и малых водоочистных установок.

- очистка с использованием реагентов, а в некоторых случаях с применением озона и активного угля;

- обеззараживания воды с использованием методов УФ-облучения.

Борьба с цветением водоемов.

«Цветение» воды -- это биологический сигнал неблагополучия в гидросфере, это последействие антропогенного эвтрофирования водоемов.

Способы борьбы с эвтрофированием водоемов и вызванным им «цветением» воды можно условно разделить на две группы: первая - профилактические мероприятия; вторая - регулирующие мероприятия.

Профилактические мероприятия предусматривают полное прекращение сброса в водоем неочищенных и условно очищенных сточных вод промышленных предприятий и бытовых стоков.

Практическая реализация профилактических мероприятий - процесс сложный, длительный, капиталоемкий и связан с расширением новых технических и биологических проблем.

К регулирующим мероприятиям относятся физические методы, в частности искусственная аэрация, которая повышает степень кислородного насыщения воды и усиливает деструкцию органических веществ.

При аэрации водоема распределение фитопланктона по глубине становится более равномерным, при этом преимущественное развитие получают зеленые водоросли за счет снижения численности синезеленых.

Способы аэрации подразделяются на три класса в зависимости от используемых в них процессов: гидромеханические, химико-физические и биологические.

Гидромеханические способы можно разделить на четыре группы: подача воды в воздух, подача воздуха в воду, перемешивание и изменение их параметров. Наибольшее применение нашли способы: аэрация подачей воздуха в воду и перемешивание воды.

Химические способы аэрации, основанные на внесении в воду химических реагентов, не нашли широкого применения, также как и способы аэрации, основанные на электролизе воды. Процесс разложения воды под действием электрического тока на водород, который легко и быстро улетучивается из воды, и кислород, который сразу же используется для насыщения воды, обладает высокой энергоемкостью и загрязняет воду продуктами разрушения электродов. Те же недостатки имеет способ омагничивания воды.

Интенсификации фотосинтеза можно добиться, например, регулированием освещенности.

Минимальная интенсивность освещения, при которой возможен фотосинтез, очень низкая. При росте освещенности продуктивность водорослей быстро растет. В связи с этим зимой фотосинтез водорослей можно интенсифицировать без больших энергетических затрат. Для этого на водоеме следует содержать участки льда, свободные от снега.

Известен способ борьбы с «цветением» водоемов синезелеными водорослями, предусматривающий зарыбление водоемов растительноядными рыбами и альголизацию в зимний период суспензией

Водоочимстка (или очистка воды) -- процесс удаления нежелательных химических веществ, биологических загрязнителей, взвешенных твёрдых частиц и газов, загрязняющих пресную воду. Окончательным результатом процесса очистки является получение питьевой воды, пригодной для использования с определённой целью.

Методы очистки питьевой воды:

-осветление;

- коагуляция;

- отстаивание;

- фильтрация;

- обеззараживание;

- деминерализация;

- умягчение.

Очистные сооружения - это комплекс специальных сооружений, предназначенный для очистки сточных вод от содержащихся в них загрязнений. Очищенная вода либо используется в дальнейшем, либо сбрасывается в природные водоёмы.

В зависимости от характера примесей в сточных водах применяют те или другие приемы очистки или их комбинацию:

- для суспензированных и эмульгированных примесей -- отстаивание, флотацию, фильтрацию, осветление, центрифугирование (для грубодисперсных частиц), коагуляцию, флокуляцию, электрические методы осаждения (для мелкодисперсных и коллоидных частиц);

- для очистки от неорганических соединений -- дистилляцию, ионообмен, обратный осмос, ультрафильтрацию, реагентное осаждение, методы охлаждения, электрические методы;

- для очистки от органических соединений -- экстракцию, абсорбцию, флотацию, ионообмен, реагентные методы (регенерационные методы), биологическое, жидкофазное и парофазное окисление, озонирование, хлорирование, электрохимическое окисление (деструктивные методы);

- для очистки от газов и паров -- отдувку, нагрев, реагентные методы;

- для уничтожения вредных веществ -- термическое разложение.

Во всех случаях очистки стоков первой стадией является механическая очистка, предназначенная для удаления взвеси и дисперсно-коллоидных частиц. Последующая очистка от химических веществ осуществляется различными методами -- физико-химическими (флотация, абсорбция, ионообмен, дистилляция, обратный осмос, ультрафильтрация и др.), химическими (реагентная очистка), электрохимическими, биологическими. Если в сточных водах имеются токсичные вещества, применяют термические методы.

гидросфера загрязнение экология водоем

9.Важнейшие водоемы на территории Республики Коми

Территория Республики Коми входит в зону избыточного увлажнения.

Значительное преобладание количества выпадающих на ее поверхность атмосферных осадков над испарением, особенности рельефа и геологические строения определили здесь повышенную заболоченность и развитую гидрографическую сеть, которая относится к бассейнам Белого, Барецева, Карского и Каспийского морей, которые занимают соответственно 35,2; 62,9; 0,7; 1,2% от общей площади территории Республики. Годовой объем стока ее рек составляет 176 кв.км., суммарный забор воды из поверхностных источников составляет около трети общего стока.

Самая крупная река на территории Республики - Печора (Бассейн Баренцева моря). Она является самой многоводной рекой Европейского Севера (общая длина - 1809 км., площадь водосбора - 322 тыс.кв.км., в том числе в границах Республики соответственно 1590 км. и 262 тыс.кв.км.). Главные притоки Печоры: Илыч, Щугер, Кожва, Уса (самый крупный приток), Ижма и Цильма. Средняя плотность (густота) русловой сети в бассейне Печоры составляет 0,48 км/кв.км.

Бассейн Белого моря на территории Республики представлен реками Вычегдой, Лузой и Мезенью (с Вашкой). Вычегда - крупнейший приток р. Северная Двина, берет начало на склонах Южного Тимана. Ее общая длина - 1130 км., площадь водосбора - 121 тыс.кв. км. (в пределах Республики соответственно 914 км. и 99,3 тыс.кв.км.) Водосборные бассейны главных притоков Вычегды - рек Сысолы и Выми - находятся на территории Республики. Средняя плотность русловой сети Вычегды - 0,62 км/кв.км.

К бассейну Карского моря относятся небольшие притоки рек Кары и Силоваяхи, берущие начало в Полярном Урале вблизи от самой северной границы Республики Коми. Общая площадь их водосбросов в пределах Республики составляет около 3 тыс.кв.км.

К бассейну Каспийского моря относятся верхние участки рек Вишерки (приток третьего порядка р. Камы), а также Кобры и Летки (правых притоков р. Вятки). Общая площадь их водосбросов до границ Республики составляет 5,2 тыс.кв.км.

Озера на территории Республики развиты относительно слабо. Наибольшее их число сосредоточено в Большеземельской тундре, в горах Урала и в поймах крупных рек. Всего в Республике Коми насчитывается около 70 тыс. озер общей площадью до 4,3 тыс.кв.км., что составляет менее 0,5% от ее территории. Преобладают небольшие озера преимущественно пойменного происхождения с площадью водного зеркала до 0,5 кв.км. К сравнительно крупным по площади зеркала озерам на территории Республики относятся: Ямозеро, Синдорское, Косминское, Большое Мыльское, Кадомское и Донты, Торговое.

Размещено на Allbest.ru