Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Методы и средства измерения качества окружающей среды. Учебное пособие
.pdf
розой ветров, рельефом местности и почвенным покровом.
В процессе техногенного загрязнения химические вещества распространяются на разные расстояния. При этом образуются несколько зон загрязнения.
Мониторинг земель нужно начинать с выявления зон повышенного загрязнения земель токсикантами с помощью сплошной площадной зимней
аэрокосмической съемки. Это позволит ограничить территорию, требующую дорогих наземных наблюдений.
Дешифрирование спутниковых телевизионных изображений позволяет
выделить площадь загрязнения снегового покрова пылевыми выбросами.
Далее проводится выборочное геохимическое опробование снега, а после
его таяния и почв [11].
Практическая часть
Освоение методики выявления участков отбора проб почвы,
загрязненных тяжелыми металлами
При отсутствии материалов аэрокосмической съемки используют топографическую основу обычно 1:10 000 масштаба. Контуры (схема) промышленного комплекса – загрязнителя окружающей среды или города с
крупными промышленными предприятиями размещаются в центре плана
местности, который переснимается с топографической основы. Из геометрического центра (город, промышленный комплекс, завод и т. д.) с помощью циркуля наносятся окружности на следующих расстояниях: 0,2; 0,5;
1,0; 1,5; 2; 3; 4; 5; 8; 10; 20; 30; 50 км, т. е. обозначается зона возможного
загрязнения земель.
На подготовленный таким образом план местности наносятся контуры
многолетней розы ветров по 8 – 16 румбам (рис. 5.1). Самый большой вектор, соответствующий наибольшей повторяемости ветров, откладывается в
подветренную сторону; его длина составляет 25–30 км. Таким образом, в
контур, образованный розой ветров, схематически включается территория
наибольшей загрязненности земель. В направлении радиусов строятся секторы шириной 200–300 м вблизи источников загрязнения с постепенным
расширением до 1–3 км. В местах пересечения осей секторов с окружностями выделяют участки территории, попадающие в зоны наибольшего загрязнения – места отбора проб почвы [11].
61
Рис. 5.1. Схема размещения ключевых участков при наблюдении за уровнем
загрязнения почв тяжелыми металлами вокруг промышленного центра
После выявления территорий, где земли наиболее загрязнены, следует
перейти к наземному мониторингу этих земель. При этом в первую очередь нужно организовать слежение за динамикой содержания гумуса, кислотно-щелочных и окислительно-восстановительных условий, содержания элементов питания, степени минерализации почвенного раствора, физических и водно-физических свойств почв. Первоочередность слежения за
перечисленными показателями связана с тем, что от них зависит степень
сорбции почвами тяжелых металлов, фтора, радиоизотопов, полициклических углеводородов.
Задание для самостоятельного выполнения
1. Изучите методику выявления участков отбора проб почвы, загряз-
ненных тяжелыми металлами.
2. Нарисуйте схему размещения ключевых участков для отбора проб
почвы при наблюдении за уровнем загрязнения почв тяжелыми металлами
вокруг промышленного центра, расположенного в Ульяновской области.
Материалы:
– копия топографической основы расположения промышленного
предприятия;
62
– роза ветров на участке исследования (таблица 5.1);
Среднегодовая роза ветров, %
Направление
Правый берег р. Волга в г. Сенгилее
(объект – Сенгилеевской цементный завод)
С
18
СВ 8 В 4 ЮВ
13 Ю 16
ЮЗ
14 З 13
СЗ
14
– линейка, циркуль, карандаш.
Роза ветров участка исследования
Контрольные вопросы
1. Как закладываются участки для отбора проб на поверхности?
Таблица 5.1
2. С какой глубины отбираются пробы почвы?
3. Какие средства используются для отбора проб почвы?
4. Как производится упаковка почвы?
5. Каковы правила хранения и проб подготовки почвы?
6. Какие метода используется для проведения мониторинга почв?
7. Какие показатели необходимо проанализировать, чтобы выявить измене-
ние почв под влиянием загрязнения?
63
Практическая работа №6.
Аппаратура для отбора проб почвы
Цель работы: ознакомится с аппаратурой для отбора проб почвы.
Теоретическая часть
Технические средства контроля почв включают аппаратуру по поиску
источника загрязнения; пробоотборники; средства пробоподготовки и
средства количественного анализа проб почвы.
При поиске мест наибольшей загрязненности и для «оконтуривания»
загрязненных участков используют быстродействующие приборы универсального типа, измеряющие содержание или сигнализирующие о наличии
загрязняющих веществ в газовой фазе. Например, фотоионизационный
анализатор почвенных газов ECOPROBE 4 производства фирмы
«RS DYNAMICS» (Чехия). Как и отечественные приборы типа «Колион»,
он способен с высокой чувствительностью (до 0,01 ррm) измерять концентрации более чем 100 (принципиально – до 1000) легколетучих органических соединений и некоторых неорганических веществ, обладающих окислительно-восстановительными свойствами. Наличие в памяти прибора
внутренних калибровок позволяет за время, не превышающее 2 мин, получить результат, который может быть считан по показывающей шкале или
на экране сопрягаемого портативного компьютера. Отстройка нуля (с учетом «остаточной памяти» датчика) осуществляется автоматически, что
значительно повышает надежность результатов, а быстродействующая интегрирующая измерительная схема позволяет настроенному прибору работать в циклическом режиме со скоростью 1 образец в секунду. При этом на
дисплее компьютера возможно построение трехмерной модели распределения веществ в приземном слое над исследуемым рабочим участком почвы. Для изучения газов в толще почвы прибор снабжается специальным
щупом-пробоотборником.
Приборы серии «Колион» позволяют решать часть выполняемых монитором ECOPROBE 4 задач (определение уровня и глубины загрязнения в
приземном слое и глубину проникновения загрязняющих веществ в почву
по газовой фазе в специально пробуриваемых шурфах) [4].
64
Оборудование для ручного отбора проб может включать набор буров для
Бур-пробоотборник
Мотобур М-10 с ручной подачей
Насадки бура Эйдельмана
Пробоотборники Эйдельмана
различных видов почв (в т.ч. сложных – каменистых и вязких), наращиваемые
стержни (для бурения на глубину до 8–10 м) и специальную рукоятку.
Рис. 6.1. Виды почвенных буров
65
ГОСТ 28168-89 «Почвы. Отбор проб» в качестве аппаратуры и материалов для отбора проб почвы устанавливает буры тростьевые
БП-25-15 или аналогичные буры, обладающие такими же метрологическими характеристиками (рис. 6.1, 6.3), лопаты штыковые, мешочки полотняные, пакетные полиэтиленовые или бумажные, коробки картонные,
этикетки. Отбор проб почвы, предусматривает получение характерного для
контролируемого объекта (района) статистически усредненного образца.
Программу отбора составляют в зависимости от целей исследования.
Точечные пробы отбирают методом «конверта по диагонали» или другим
способом, следя за тем, чтобы каждая проба представляла собой часть почвы,
типичной для исследуемых почвенных горизонтов и ключевых участков.
Метод «конверта» является наиболее распространенным способом
отбора смешанных почвенных образцов и чаще всего применяется для исследования почвы гумусового горизонта. При этом из точек контролируемого «элементарного» участка (или каждой рабочей пробоотборной площадки) берут 5 образцов почвы. Точки должны быть расположены так,
чтобы мысленно соединенные прямыми линиями, давали рисунок запечатанного конверта (длина стороны квадрата может составлять от 2 до
5–10 м). Обычно при изучении почвы отбирают пробы гумусового горизонта с глубины около 20 см, что соответствует штыку лопаты. Из каждой точки отбирают около 1 кг (по объему около 0,5 л), но не менее 0,5 кг почвы.
Отбор средней представительной пробы производится с помощью
делителя Джонсона или по способу квартования пробы (рис. 6.2).
Ряд особых требований необходимо соблюдать при пробоотборе
почвы на территории промышленных предприятий и в мегаполисе. В частности, выбор точек отбора проб рекомендуется делать с учетом расположения соответствующих производств, мест хранения отходов, уличнотранспортной сети, а также метеорологических условий и т. п.
Объединенную пробу почвы готовят из точечных проб. При определении в почве поверхностно-распределяющихся веществ (ПАУ, тяжелые
металлы, радионуклиды и др.) точечные пробы обычно отбирают с помощью трубчатого пробоотборника послойно на глубине 0, 5 и 20 см массой
до 0,2 кг.
66
Буровая установка
Мотобур КМ-10
Делитель Джонса Способ квартования
Рис. 6.2. Отбор средней представительной пробы
При оценке загрязнения почвы летучими соединениями или веществами с высокой способностью к вертикальной миграции (ХОС, нитрозамины и т. п.) пробы отбирают по всей глубине почвенного профиля и помещают в герметично закрывающиеся емкости. При невозможности быстрого анализа «на месте» пробы почвы хранят в условиях, как правило, описанных в методиках анализа.
Рис. 6.3. Автоматические буровые установки
67
Определенные трудности возникают при отборе почвы для радиоэкологических исследований, что связано с перераспределением радионуклидов в ландшафтах после поступления из атмосферы. Для снижения
влияния рельефа, вида почв и растительности, а также возможности сравнения данных отбор образцов должен производиться таким образом, чтобы
их радиоактивность характеризовала как можно большую территорию, и
места отбора были ограничены участками с горизонтальной поверхностью
и минимальным стоком. Кроме того, образцы радиоактивных проб должны
отбираться с открытых целинных участков с ненарушенной структурой.
На обследуемом участке желательно выполнить предварительную
гамма-радиометрическую съемку. Измерения рекомендуется производить
на высоте 1 м от поверхности и не ближе 2–5 м от стен строений.
Одновременно с радиоактивными образцами почвы отбирают и пробы растительности. При изучении миграции радионуклидов в наземных экосистемах для каждого ландшафта выбирают наиболее характерные участки
на протяжении всего профиля от водораздела к пониженным элементам
рельефа. Для отбора образцов закладывают разрезы размером 70x150 см и
глубиной 1–2 м (в зависимости от типа почв) и отбирают пробы по горизонтам непрерывно по всему разрезу. Толщина отбираемых для радиометрических анализов слоев обычно не превышает 2–5 см.
Почвенные образцы упаковывают в полиэтиленовые или полотняные
мешочки и прилагают к ним этикетки (сопроводительные талоны).
Практическая часть
Порядок выполнения работы:
1. Начертите блок-схемы своих действий (план последовательных
действий) по отбору почвенных проб для радиоэкологических исследований на территории УлГТУ.
2. Изучите возможности настройки прибора РКСБ-104 для радиоэко-
логических исследований почв, используя его паспорт.
Изучите возможности режима «дежурный», для каких целей он используется, установите порог срабатывания сигнализатора прибора на заданные преподавателем значения.
Изучите возможности режима «рабочий».
68
3. Произведите обследование территории УлГТУ и отбор проб почвы
Номер точки
на карте схеме
Режим
измерения
Измеряемый
показатель,
единица изме-
рения
Показания
прибора
Допустимая
норма
на территории УлГТУ для радиоэкологических исследований. Анализ территории произведите прибором РКСБ-104 в режиме «дежурный», анализ
почвенных образцов – в режиме «рабочий». Результаты представьте в таблице 6.1.
4. Выполните пошаговую фотофиксацию ваших действий по обследо-
ванию территории, показаниям прибора, отбору почвенных образцов.
5. Предоставьте отчет по итогам практической работы в электронном
виде, сопроводив фотофиксацию пояснениями о выполняемых действиях.
Таблица 6.1
Результаты радиоэкологического обследования территории
Контрольные вопросы
1. Перечислите технические средства контроля почв.
2. Перечислите аппаратуру для отбора почв и ее разновидности.
3. Как производится квартование почвенного образца и с какой целью?
4. Какую операцию производит делитель Джонсона?
5. Опишите метод «конверта», для каких целей он используется?
6. Дайте сравнительную характеристику приборов ECOPROBE 4 и «Колион».
7. Как проводится отбор почвы при радиоэкологическом исследовании?
8. Имеет ли значение высота измерения гамма фона при радиоэкологическом
исследовании почв?
9. Пробы каких материалов отбираются при радиоэкологическом исследова-
нии почвы?
10. Каковы правила хранения и транспортирования прибора РКСБ-104?
69
Практическая работа №7.
Расчет количественных показателей, измеренных инструментально
при мониторинге почв
Цель работы: произвести расчеты количественных показателей концентраций веществ, присутствующих в почвах, определяемых по различным методикам, сравнить концентрации веществ с нормативными значениями (ПДК).
Общие сведения о мониторинге почв
Значительная часть элементов, поступающих на поверхность почв с
техногенными потоками, задерживается в верхнем горизонте почвы.
Состав и количество удерживаемых элементов зависит от содержания и
состава гумуса, кислотно-основных и окислительно-восстановительных
условий, сорбционной способности, интенсивности биологического поглощения. Остальные элементы проникают внутрь почвенной толщи за
счет деятельности почвенной фауны.
В целях мониторинга состояния почв Д.С. Орлов, Г.В. Мотузова,
Л.А. Воробьев [11] выделяют:
– прямые показатели загрязнения почв;
– показатели изменения свойств почв под действием загрязняющих
веществ;
– показатели способности почв препятствовать загрязнению.
Химические показатели почвенных процессов делят на две группы:
– показатели направления процессов – профильное распределение соединений четырех элементов; элювиально-аккумулятивные коэффициенты,
показатели накопления тяжелых металлов, коэффициент токсичности гербицидов и т. п.;
– показатели скорости процессов – скорости засоления, осолонцевания,
потерь гумуса, загрязнения тяжелыми металлами, нефтепродуктами и др.
Отбор проб почвы
Точечные пробы отбирают методом конверта, по диагонали или другим способом, исходя из того, чтобы каждая проба представляла собой
часть почвы, типичной для генетических горизонтов.
Объединенную пробу готовят из точечных проб. При определении в
почве поверхностно-распределяющихся веществ (нефть, нефтепродукты,
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]