Компьютерный набор текста данного учебного пособия и графика выполнены инженером-экологом Романовой Ириной Васильевной, за что автор весьма признательна.
Поскольку обобщен разнообразный материал, возможно возникновение критических замечаний и пожеланий, которые автор с благодарностью примет и учтет в дальнейшем.
Глава 1
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
В ходе исследований были использованы следующие материалы:
1) опубликованные материалы по рекам и озерам Прибалкашья и Приертисья в книгах «Ресурсы поверхностных вод СССР» (Центральный и Южный Казахстан), «Ежегодниках качества поверхностных вод и эффективности проведенных мероприятий по территории КазССР», «Государственном водном кадастре ЕДК поверхностных вод суши»;
2) проектно-изыскательские материалы отдела изысканий Новосибирского отделения «Теплоэлектропроекта» и ПО «Южтехэнерго»;
3) материалы полевых исследований (1985-1988 гг.) Института географии АН РК по Иле-Балкашскому бассейну; отчеты о НИР Института энергетики и Института зоологии АН РК по водохранилищам-охладителям ЭГРЭС-1, 2 (1980-1985 гг.).
В основу учебного пособия также положены многолетние систематические, комплексные, экспериментальные (в полевых и стационарных условиях) исследования автора на водоемах и водотоках Прибалкашья и Приертисья, которые проведены в соответствии с утвержденными и действующими наставлениями и инструкциями.
Применены следующие методики: экспедиционная и лабораторная (экспериментальная) – определение гидрохимических параметров в объектах; расчетно-аналитическая-статистическая обработка обширного материала по гидрохимии водоемов и водотоков (1941-2004 гг.). Комплексность проведенных исследований предусматривает использование специфических материалов по гидрохимии, гидробиологии, почвоведению, метеорологии, гидроэкологии водных объектов.
При рассмотрении пространственного распространения элементов химического состава в воде оз. Балкаш рекомендуем пользоваться гидрохимическим районированием акватории озера по М.Н. Тарасову [1]. Для выяснения вопроса, имеет ли место вертикальная стратификация компонентов химического состава, пробы воды отбирались в поверхностных (0,5 м) и придонных слоях.
Согласно рекомендациям Гидрохимического института Роскомгидромета определение неустойчивых компонентов воды (рН, НСО-, СО2 , NO", NH4, окисляемость, О2, СО2) проводилось сразу после отбора проб, остальных – в лаборатории после консервирования соответствующими реагентами.
Для определения компонентов химического состава воды были применены общепринятые в гидрохимической практике методы. Проверка указанных методов показала, что процент ошибок не превышал допустимых значений их погрешности. Все пробы воды и почвы анализировались минимум в трех-четырехкратной повторности. Для получения достоверных выводов применялась математическая обработка.
Расчет компонентов карбонатно-кальциевого равновесия производили по методике и рекомендациям О.А. Алекина, Н.П. Моричевой [2] и автора [3] без учета образования ионных пар и комплексов.
Расчет показателя стабильности проводился согласно ГОСТ 3313-46:
Св= рНиссл/рНнас,где: рНиссл – концентрация водородных ионов исследованной воды; рНнас – концентрация водородных ионов, соответствующая предельному ее насыщению карбонатом кальция. При Св = 1 вода считается стабильной; если Св > 1 – вода пересыщена карбонатом кальция и способна к выделению солей жесткости; когда Св < 1 – вода ненасыщенна карбонатом кальция, коррозионная вследствие наличия в ней агрессивного СО2 и способна к дополнительному растворению СаСО3. Точность показателя стабильности достоверна с надежностью 95 % и оценена по нормальному закону с учетом накопления относительных ошибок.
Расчет предельно допустимой карбонатной жесткости проводился по формуле Г.Е. Крушеля [4]:
Жпред = 2,86 + ОК/8,4 – Жн к /(6-ОК/7) (при t °C = 40), где: Жпред – предельно допустимая карбонатная жесткость (ммоль/л экв.), Жнк – некарбонатная жесткость (ммоль/л экв.), ОК – окисляемость перманганатная (мгО/л), t °C – температура воды.
Метод комплексной оценки качества поверхностных вод , разработанный учеными КазНИИМОСК, Министерства Охраны Окружающей Среды под руководством академика М.Ж. Бурлибаева позволяет более точно, чем другие методы определить и классифицировать загрязненность вод по гидрохимическим показателям с учетом класса опасности ингредиентов. В связи с этим был использован расчет в виде программы «Fortran for MS DOS» [5]. По данной программе нами рассчитан ИЗВ оз. Балкаш за 1958, 1986, 1987, 2001 гг.
Метод комплексной оценки качества поверхностных вод сводится к определению индекса загрязненности вод (ИЗВ), более известного из гидрохимической практики, как определение кратности превышения фактической концентрации загрязняющего вещества собственной предельно допустимой концентрации с соответствующими дополнениями и уточнениями «Методических рекомендаций по формализованной комплексной оценке качества поверхностных и морских вод по гидрохимическим показателям (Роскомгидромет, Москва, 1988)».
Перечень загрязняющих веществ, по которым определяется КИЗВ, устанавливается РГП «Казгидромет» МООС РК, согласно международным правилам мониторинга окружающей среды и официально публикуемым в «Ежегодных данных о качестве поверхностных вод Республики Казахстан».
Весь перечень ингредиентов, по которым ведутся гидрохимические анализы, условно разделен на следующие группы:
– главные ионы (Ca, Mg, Na+K, SO4, Cl и др.);
– биогенные элементы (NH4, NO3, NO2, Pобщ, фосфаты, Si и др.);
– тяжелые металлы (Cu, Zn, Pb, Cd, Cr(3,6), Mn, Hg, Ni, Fe(2,3), Co, Mo, Bi и др.);
– ядовитые вещества (CN, CNS, F, H2S, As, нитробензол и др.);
– органические вещества (нефтепродукты, смолы, углеводы, жиры, фенолы, СПАВ и др.);
– хлорорганические пестициды, фосфорорганические пестициды, гербициды, зооциды и др.
Определение КИЗВ для каждой группы ингредиентов химического состава воды производится по формуле:
где: КИЗВj – индекс загрязненности вод j-й группы; Сi – i-я концентрация ингредиента из j-й группы, мг/л; ПДКi – i-я предельно допустимая концентрация, соответствующая Сi, мг/л; n – количество ингредиентов из j-ой группы, участвующих в определении КИЗВ.
Полная формула применительно для групп главных ионов имеет вид:
КИЗВги = (КИЗВСа + КИЗВМg+ КИЗВNa+K+ КИЗВSO4 + КИЗВСl)/n, где: КИЗВги – средневзвешенный индекс загрязненности воды по группе главных ионов; КИЗВСа – индекс загрязненности воды по ионам кальция; КИЗВМg – индекс загрязненности воды по ионам магния; КИЗВNa+K – индекс загрязненности воды по сумме ионов натрия и калия; КИЗВSO4 – индекс загрязненности воды по сульфатным ионам; КИЗВСl – индекс загрязненности воды по хлоридным ионам; n – число ингредиентов, участвующих в определении группового КИЗВ, равное в данном случае 5.
Напомним, что для определения индивидуального КИЗВ используется соотношение, показывающее кратность превы-шения фактической концентрации ингредиента собственного ПДК, а именно:
КИЗВi = Ci/ПДКi где: КИЗВi – индивидуальный ИЗВ для конкретного ингредиента, мг/л; Ci – i-ая концентрация ингредиента, мг/л; ПДКi – i-я предельно допустимая концентрация, соответствующая i-му ингредиенту, мг/л.
Определение средневзвешенного КИЗВ для группы биогенных веществ производится по аналогии с КИЗВ главных ионов: