1 Общие положения

Мониторинг окружающей среды является важным природоохранным мероприятием, необходимость которого определена Законом Украины «Об охране окружающей природной среды», статья 22 и 35, Положением о государственной системе мониторинга ОС, утвержденным постановлением Кабинета Министров Украины от 30 марта 1998 г., № 391, Законом Украины «Об отходах», Земельным и Водным кодексами Украины, другими нормативными документами. В настоящее время уделяется основное внимание мониторингу наиболее подверженных антропогенному воздействию и изменчивых компонентов окружающей среды: атмосферному воздуху, почво-грунтам, поверхностным и подземным водам. Именно для организации и проведения мониторинга состояния данных сред наиболее полно разработана нормативно-методическая база.

Целью курсовой работы является закрепление и систематизация студентами теоретических знаний и практических навыков, полученных в процессе освоения курса «Мониторинг окружающей среды», состоящего из лекционных и лабораторных занятий. Выполнение курсовой работы предусматривает самостоятельное решение студентами целого ряда задач по организации и проведению мониторинга состояния почво-грунтов, поверхностных и подземных вод. Эти навыки будут полезны студентам специальности 7.070801.04 «Экологическая геология» при подготовке дипломных проектов и работ, их специальных и методических частей.

Для выполнения курсовой работы используются первичные материалы, полученные в процессе проведения экологического мониторинга в зонах влияния различных (региональных и локальных) источников загрязнения. Поэтому объектами исследования в рамках курсовой работы служат почво-грунты или поверхностные и подземные воды территорий зон влияния существующих предприятий, различных накопителей отходов, где организован и регулярно проводится мониторинг состояния почво-грунтов, поверхностных и подземных вод. Перечень данных объектов приведен в приложении 1. Первичные картографические материалы и лабораторные данные могут служить основой для оценки существующего состояния исследуемой среды, для составления или корректировки программы мониторинга, для изучения динамики экологически негативных или позитивных процессов и явлений.

Для выполнения курсовой работы на ПЭВМ составлены варианты заданий. Для каждого варианта подготовлен комплект электронных карт и первичные данные химико-аналитических исследований почв, донных отложений, поверхностных и подземных вод. Примеры этих материалов представлены в Приложениях 2-8.

2. Состав задания и методические указания по выполнению курсовой работы

Курсовая работа выполняется в несколько этапов, последовательно связанных между собой. На каждом из этапов решается ряд самостоятельных задач с использованием определенных методов и методик.

Первый этап, предварительный или подготовительный, включает сбор, анализ и систематизацию имеющихся материалов об объекте мониторинга. С изучением фондовых и опубликованных материалов, включающих карты, схемы, лабораторные данные и пр., определяется местоположение объекта исследования, анализируются природные условия ведения работ по мониторингу, существующее состояние компонентов окружающей среды, оценивается уровень антропогенной нагрузки прилегающей территории. Результатом предварительных изысканий является составление карт и детальный анализ ландшафтно-геохимических условий территории размещения объекта исследований.

Особенности миграции и локализации загрязняющих компонентов, распространяемых со стороны источников антропогенного загрязнения, определяются разнообразием ландшафтно-геохимических условий конкретной территории. Основными природными факторами, влияющими на условия миграции и локализации загрязняющих веществ, являются: климатические особенности (скорость и преобладающее направление ветра, температурный режим, количество атмосферных осадков, величина испарения); рельеф и геоморфология; геолого-структурные условия; развитость гидрографической сети; глубина залегания грунтовых вод и гидрогеологические условия; характер растительного покрова. К антропогенным факторам относятся: различные источники загрязнения; селитебные территории, лесопосадки, сельскохозяйственные поля; промышленные площадки предприятий; шахты и карьеры; разнообразные накопители отходов; водохранилища, пруды и каналы и т.п. Эти же факторы определяют характер ландшафтно-геохимических условий территорий.

Поведение химических элементов и их соединений, поступающих в результате антропогенной деятельности в биосферу (содержание, распределение, форма нахождения в отдельных частях ландшафтов) определяется ландшафтно-геохимическими особенностями данного участка, в который они поступают.

Ландшафты, учитывая особенности внешних факторов миграции химических веществ, делятся на биогенные (леса, степи, пустыни) и антропогенные (сельскохозяйственные, промышленные, селитебные территории).

При этом большая часть биогенных ландшафтов испытывает постоянно возрастающее антропогенное воздействие со стороны промышленных предприятий и постепенно переходит в техногенные ландшафты.

При организации и проведении мониторинга компонентов окружающей среды любая исследуемая территория должна анализироваться с двух позиций:

1. Развития природных ландшафтов.

2. Проявленности антропогенных ландшафтов.

Природные ландшафты выделяются в первую очередь по рельефу и геоморфологическим условиям:

- элювиальные (водораздельные равнины) ландшафты наиболее подвержены ветровой эрозии, поэтому могут рассматриваться как источник поступления различных веществ в другие элементы ландшафта;

- трансэлювиальные (склоновые), в меньшей степени подвергаются ветровой эрозии, но в большей мере испытывают разрушительное влияние поверхностного стока, особенно те участки, где развит слабо или отсутствует растительный покров, и где отмечаются локальные понижения в рельефе;

- трансаккумулятивные (нижние части склонов), где отмечается накопление эолово-пролювиально-делювиальных отложений и могут концетрироваться загрязняющие вещества антропогенного происхождения;

- транссупераквальные (заболоченные участки долин рек и балок) и аквальные (водные) ландшафты преимущественно реки, ручьи и водоемы, где интенсивно накапливаются аллювиальные, аллювиально-делювиальные осадки.

Важным фактором миграции загрязняющих веществ является также характер растительного покрова, поэтому необходимо выделять ландшафты:

- лесов (хвойных, лиственных, смещенных);

- степей;

-лугов;

- заболоченных участков.

Антропогенные ландшафты отражают деятельность людей в пределах исследуемых территорий. В связи с этим необходимо выделять:

- селитебные ландшафты;

- промышленные площадки предприятий;

- карьеры и шахтные поля;

- автомобильные и железные дороги;

- накопители отходов (полигоны промышленных и бытовых отходов, отвалы, шламо-и шлаконакопители, илоотстойники, золоотвалы и др.);

- водохранилища, различные пруды и каналы;

- различные коммуникации, особенно канализационные;

- сельскохозяйственные предприятия (фермы) и поля;

- лесопосадки и лесополосы.

Большая часть выделенных элементов антропогенных ландшафтов не только влияют на условия миграции и локализации загрязняющих веществ, но и являются источниками загрязнения почво-грунтов, поверхностных и подземных вод.

Задание:

Используя топографическую карту составить две карты ландшафтно-геохимических условий территории: природних (реликтовых) ландшафтов и антропогенних ландшафтов.

Методические указания:

1. По характеру рельефа местности выделить на топографической карте элювиальные, трансэлювиальные, трансаккумулятивные, транссупераквальные и аквальные ландшафты. Отдельно показать овраги и обрывистые склоны, места выхода на поверхность подземных вод.

2. Используя топографическую карту, наносятся контуры лесных, степных, луговых, заболоченных ландшафтов.

3. Все контуры природных ландшафтов сводятся на одну карту, при этом геоморфологические ландшафты рекомендуется раскрасить разными оттенками коричневого и синего цвета, а биогенные ландшафты вынести сверху различной штриховкой зеленого цвета.

4. На отдельной карте вынести границы селитебных территорий, промышленных площадок предприятий, накопителей отходов, карьеров и шахтных полей, автомобильных и железных дорог, сельхозугодий; лесопосадки и лесополосы.

5. Все выделенные элементы антропогенных ландшафтов необходимо закрасить различными цветами.

6. По возможности карту антропогенных ландшафтов совместить с картой ландшафтов по геоморфологических условиям.

7. Сделать описание карт природных и антропогенных ландшафтов. Выделить источники и факторы воздействия на почво-грунты, поверхностные и подземные воды. С учетом климатического фактора и характера источников воздействия определить условия миграции и локализации загрязняющих веществ в почвах исследуемой территории.

8. Для анализа использовать рекомендуемую литературу.

9. Результаты анализа являются основой для написания раздела «Природные условия и антропогенная нагрузка территории мониторинга» курсовой работы.

Второй этап полевых и лабораторных работ. В курсовой работе должны быть изложены методы и методики полевых работ и химико-аналитических исследований отобранных в процессе мониторинга проб. Методическая часть должна включать обоснование параметров сети наблюдения, характеристику пунктов контроля (площадок отбора проб почв, гидрометрических постов, режимно-наблюдательных скважин, колодцев), методику отбора проб почв или поверхностных и подземных вод, методики лабораторных исследований отобранных проб.

Почво-грунты

Плотность сети наблюдения, ее параметры зависят от характера источника загрязнения (от его размеров и формы, от интенсивности и масштаба негативного воздействия).

В пределах населенных пунктов, где сосредоточены разнообразные источники загрязнения (одноэтажные дома с печным отоплением, с выгребными ямами и с приусадебными участками; многоэтажные дома с дворовыми площадками и местами временного размещения ТБО; торговые комплексы; промплощадки предприятий; АЗС; автомобильный транспорт, другие механизмы и техника; автостоянки и гаражи; различные накопители отходов, включая несанкционированные свалки бытовых и строительных отходов), необходимо применять площадные сети с ориентировкой профилей вдоль основных улиц с учетом расположения существующих источников загрязнения и с учетом ландшафтно-геохимических условий. Такие сети в зависимости от площади населенного пункта и масштаба работ могут иметь параметры 1000х1000-500м, 500х500-200м, 200х200-100м, 100х100-50м. В местах установленного загрязнения необходимо проведение более детальных работ по сети в два и более раза плотнее исходной. Например, при проведении работ по сети 500х200м сгущение сети в аномальных зонах должно составлять 200х100м, то есть намечаются дополнительные профили и площадки отбора проб. Детализационные работы должны быть направлены на оконтуривание аномальных зон, изучение закономерностей их пространственной приуроченности и внутреннего строения с целью идентификации источника загрязнения, что важно для принятия необходимых мер по ликвидации или минимизации негативного воздействия.

Для оконтуривания зоны влияния точечного или локального источника загрязнения почво-грунтов (дымовых труб, полигонов отходов, промплощадок предприятий и др.) наблюдения необходимо вести по системе радиальных профилей ориентированных по сторонам света и пересекающихся в центре источника (ГОСТ 17.4.402-84; ГОСТ 17.4.3.01-83). Минимальное количество профилей соответствует восьми румбам (север, юг, запад, восток, юго-восток, северо-восток, юго-запад, северо-запад). В сторону преобладающего направления ветров, или в сторону аккумулятивных ландшафтов, или в направлении населенных пунктов и жилых кварталов возможна разбивка дополнительных промежуточных профилей, позволяющая произвести сгущение сети опробования. Площадки отбора проб в пределах радиальных профилей располагаются на различном расстоянии от границы источника загрязнения в зависимости от его характера и размеров предполагаемой зоны влияния. Наиболее близко расположенные пробы отбираются на расстоянии 20-50м от контура источника воздействия. Остальные в зависимости от размеров предполагаемой зоны влияния располагаются последовательно на расстоянии 100 – 200 – 300 – 500 – 800 – 1200 – 2500 – 5000 – 10000м. Радиальная сеть позволяет оценить площадь зоны влияния, оконтурить ее границы и изучить внутреннее строение ореола загрязнения, то есть закономерности распределения загрязняющих веществ вокруг источника. Сгущение сети происходит по мере приближения к границе источника загрязнения. Исходя из опыта работ по проведению мониторинга почво-грунтов в зонах влияния различных источников загрязнения, рекомендуется:

- для изучения ореолов воздействия со стороны накопителей отходов крайние точки должны быть удалены на расстояние 800 м, для золоотвалов ТЭС достаточно 500 м;

- для изучения ореолов воздействия некоторых промпредпритий, где имеются значительные выбросы (металлургические, коксохимические, химические, ТЭС), крайние точки могут быть удалены на расстояние до 10-30 км.

Точечные источники загрязнения – это преимущественно дымовые трубы, площадь рассеивания загрязняющих веществ со стороны которых зависит от их высоты. Вокруг источников такого рода мониторинг почво-грунтов осуществляется по системе радиальных профилей в соответствии с рассмотренной ранее схемой.

При выборе площадок отбора проб необходимо учитывать ландшафтно-геохимические условия исследуемой территории. Проба должна характеризовать однородный элементарный ландшафт, например, склон или долину реки или заболоченный участок и т.д.

Перечень контролируемых ингредиентов в общем виде определены ГОСТом 17.4.2.01-81. Здесь в зависимости от назначения земель исследуемой территории и источников воздействия рекомендуется контроль концентраций аммонийного азота, нитратов, хлоридов, рН, пестицидов, тяжелых металлов, мышьяка, цианидов, нефтепродуктов, фенолов, сернистых соединений, канцерогенных веществ, радиоактивных веществ, химических удобрений, бактерий и яиц и личинок гельминтов. Широкий спектр показателей необходим при организации мониторинга на начальных этапах, затем на последующих этапах перечень контролируемых ингредиентов определяется по опыту работ, контролируются показатели, для которых установлены аномалии или превышение установленных нормативов.

Периодичность контроля определяется в соответствии с ГОСТом 17.4.4.02-84. Отбор проб для химического, бактериологического и гельминтологического анализов проводят не реже 1 раза в год. Контроль загрязнения тяжелыми металлами проводят не реже 1 раза в 3 года. Для контроля загрязнения почв территорий детских садов, лечебно-профилактических учреждений и зон отдыха отбор проб проводят не реже 2 раз в год – весной и осенью.

При проведении рядового мониторинга опробование почво-грунтов в пределах выбранной площадки выполняется методом "конверта", когда с участка размером 55м из пяти точек (по углам площадки и в ее середине) отбираются пять точечных проб. При этом из каждой точки отбирается частная проба весом 0,5 кг с глубины 020 см. Затем пять частных проб объединяются, перемешиваются, сокращаются методом квартования. В конечном итоге отбирается одна объединенная проба весом 1,0 кг.

Проба отбирается в полиэтиленовый пакет и снабжается этикеткой установленного образца с указанием организации, производящей мониторинг, названия объекта исследования, № пробы, места ее отбора, глубины, даты и подписи отбиравшего инженера-эколога.

Пробы отбираются на открытых площадках по возможности удаленных от автомобильных и железных дорог на расстоянии 50-60м. Из проб, отобранных на участках, где распространена растительность, удаляется корневая часть растений и обломки пород.

Пробы отбираются специальным пробоотборником, изготовленным из плотного пластика.

Пробы укладываются в ящики (коробки) и доставляются в лабораторию. Партия проб сопровождается ведомостью опробования, где указывается организация (предприятие), объект, №№ проб, место и глубина отбора, дата отбора и подпись лица, руководящего опробованием.

Пять процентов (5%) проб предназначается для внутреннего контроля. При отборе этих проб (выбранных произвольно) объем почво-грунтов, оставшийся при сокращении не выбрасывается, а отбирается в полиэтиленовый пакет и снабжается этикеткой (как обычная проба, но с зашифрованным номером).

Методика химико-аналитических исследований проб почво-грунтов приводится для каждого контролируемого ингредиента в виде таблицы, пример которой приведен ниже. Для одного основного компонента загрязнителя приводится детальное описание методики определения концентраций, включая описание лабораторного оборудования, методику пробоподготовки и определения концентрации, характеристику возможностей принятой методики (предел обнаружения, воспроизводимость, погрешность). Обосновывается необходимость проведения внешнего и внутреннего контроля.

№ п/п	Определяемый ингредиент	Методика определения
1	2	3
Валовое содержание
1	Кадмий	МУ по определению тяжелых металлов в почвах сельхозугодий и продуктах растеневодства
2	Медь вал.	То же
3	Ртуть вал.	То же
4	Свинец вал.	То же
5	Цинк вал.	То же
6	Кобальт вал.	То же, СанПиН 42-128-4433-87
7	Мышьяк вал.	То же, СанПиН 42-128-4433-87
8	Никель вал.	МВВ 081/12-0011-01
9	Марганец	МУ 2646-82, МВВ 081/12-0011-01
10	Нефтепродукты	РД 39-0147098-015-90.Инструкция по контролю за состоянием почв на объектах предприятий Миннефтегазпром
11	Нитраты	ГОСТ 26488-85.Почвы.
12	Аммоний	Определение обменного аммония по методу ЦИНАО ГОСТ 26423-85. Почвы.
13	рН	Метод определения удельной электропроводности, рН и плотного остатка водной вытяжки.
14	Сульфаты	ГОСТ 26426-85, СанПиН 42-128-4433-87
Подвижная форма
15	Хром подв.	СанПиН 42-128-4433-87
16	Кобальт подв.	СанПиН 42-128-4433-87
17	Никель подв.	ПДК № 3210-85
18	Медь подв.	МУ по определению тяжелых металлов в почвах сельхозугодий и продуктах растеневодства
19	Цинк подв.	МУ по определению тяжелых металлов в почвах сельхозугодий и продуктах растеневодства

Задание:

Используя ситуационный план и карты ландшафтно-геохимических условий территории, построенных на первом этапе работ определить параметры сети опробования, вынести площадки отбора проб почво-грунтов, определить перечень контролируемых ингредиентов и периодичность мониторинга. В соответствие с принятым перечнем контролируемых ингредиентов приводятся методики пробоподготовки и выполнения анализов.

Методические указания

1. Исходя из характера источника загрязнения и ландшафтно-геохимических условий определить параметры сети отбора проб.

2. Выбрать и показать на карте места отбора проб почво-грунтов.

3. Обосновать перечень контролируемых ингредиентов.

4. Определить периодичность контроля состояния почво-грунтов.

5. Составить план-график контроля состояния почво-грунтов.

6. Рассмотреть методики выполнения химико-аналитических исследований проб.

7. Для выполнения задания использовать рекомендуемую литературу и нормативные документы.

8. Полученные результаты являются основой для написания раздела «Методика организации и проведения мониторинга почво-грунтов в пределах исследуемой территории» курсовой работы.

Поверхностные и подземные воды

Как правило, при гидрогеологическом мониторинге осуществляется контроль первого от поверхности водоносного горизонта, который зачастую имеет прямую гидравлическую связь с поверхностными водами. Поэтому наиболее рациональным решением является проведение одновременного контроля состояния поверхностных и подземных вод. Для этого сеть оборудуемых наблюдательных скважин рекомендуется дополнить пунктами контроля поверхностных вод. Для удешевления работ по организации мониторинга подземных вод создаваемая сеть наблюдения кроме специально оборудованных скважин может включать действующие колодцы и родники.

Контроль залегающих ниже водоносных горизонтов осуществляется дополнительными специально оборудованными скважинами. Его осуществляют в случае, если горизонт изолирован водоупором от вышезалегающих водоносных горизонтов.

Создаваемая сеть наблюдательных скважин и пунктов контроля состояния подземных и поверхностных вод должна решать следующие задачи:

- своевременное обнаружение загрязнения;

- изучение динамики области загрязнения подземных и поверхностных вод во времени и по площади;

- изучение условий миграции и дифференциации загрязняющих веществ в процессе техногенного замещения природных вод;

- изучение геохимических барьеров, которые способствуют локализации загрязняющих веществ и служат механизмом самоочищения вод;

- корректировка прогнозов загрязнения по результатам фактических наблюдений.

Кроме этого, наблюдательная сеть должна обеспечивать оконтуривание ореола загрязнения и изучение его внутреннего строения, то есть концентрационную и ассоциативную зональность ореола, существование которой свидетельствует об интенсивности, масштабах и границах ореола техногенного замещения природных вод.

Для обеспечения решения задач количество наблюдательных скважин и пунктов контроля, их расположение должно быть “скользящим” во времени, то есть наращивание такой сети должно определяться характером и скоростью распространения ореола загрязнения.

Выбор пунктов наблюдения производится с учетом геофильтрационной схемы и имеющихся предварительных результатов мониторинга или гидрогеологических изысканий. Сеть должна обеспечивать представительность (репрезентативность) данных мониторинга вод по набору дискретных пунктов наблюдения, то есть объективно (с высокой степенью достоверности) отражать существующее положение, наиболее приближенное к истинным оценкам состояния водного объекта в целом.

Количество наблюдательных скважин (пьезометров) и пунктов контроля определяется числом объектов потенциального воздействия на подземные и поверхностные воды, их расположением в плане. Кроме того, в местах, где воздействие объектов гарантированно не сказывается, т.е. “выше” по потоку от источников загрязнения, обычно размещаются так называемые “фоновые” скважины и пункты контроля. Общее количество скважин и пунктов контроля в сети наблюдения должны обеспечить выполнение задач мониторинга.

В зависимости от реальных условий возможного загрязнения подземных и поверхностных вод принимаются соответствующие варианты размещения скважин и пунктов контроля.

Контрольные створы наблюдательных скважин и пунктов контроля располагаются вдоль векторов направления подземного потока и поверхностного стока, практически перпендикулярно гидроизогипсам. Расположение пунктов наблюдения предусматривает возможность контроля растекания подземного потока в субгоризонтальном направлении, то есть учитывает все векторы движения подземных вод. Контрольные створы могут включать по 2-4 пункта наблюдения, состоящие как из скважин и колодцев, так и гидрометрических постов. Как правило, створ начинается фоновым пунктом контроля, то есть расположенным выше по потоку от исследуемых объектов, и, в идеальном случае, заканчивается гидрометрическим постом в месте выклинивания подземных вод на поверхность (родник, водоток, водоем).

Уровень подземных вод замеряется стальным тросиком с хлопушкой, обеспечивающим необходимую точность замеров ( 1 см). В пробуренных скважинах уровень подземных вод замеряется от устьев, в колодцах все замеры выполняются от сруба и приведятся к отметке поверхности земли. Уровень поверхностных вод определяются по меткам, оборудованным в пределах гидрометрического поста и инструментально привязанным к местности.

Пробы подземных вод отбираются после предварительной откачки для удаления застоявшейся воды. Объем откачиваемой воды составлял 1,5 – 2,0 объема воды в скважине. Пробы воды отбираются в соответствии с ГОСТ 24481-80. Пробы поверхностных вод отбираются специальным пробоотборником. Для большей представительности рекомендуется отбирать объединенную проба, включающую до 10 частных проб, отобранных из разных мест и глубин до 1-1,5 м.

Отобранная вода разливается в подготовленные емкости, которые закрываются пробкой и снабжаются этикеткой, где указывается объект, № скважины или колодца, глубина отбора, дата и подпись отбиравшего пробу. Затем пробы устанавливались в ящики и доставляются в лабораторию в день отбора, чтобы избежать консервирования проб воды. В случае удаленности объекта исследования от лаборатории необходимо предусмотреть консервацию проб. Пять процентов (5%) проб предназначается для внутреннего контроля.

Методика химико-аналитических исследований проб поверхностных и подземных вод приводится для каждого контролируемого ингредиента в виде таблицы, пример которой приведен ниже. Для одного основного компонента загрязнителя приводится детальное описание методики определения концентраций, включая описание лабораторного оборудования, методику пробоподготовки и определения концентрации, характеристику возможностей принятой методики (предел обнаружения, воспроизводимость, погрешность). Обосновывается необходимость проведения внешнего и внутреннего контроля. Для проб поверхностных вод дополнительно контролируются концентрации взвешенных веществ, цветность, запах, прозрачность, температура.

Название показателя	Обозначение и название методики	Метод анализа
Водородный показатель, рН	Метод электрометрического определения показателя рН, СЭВ. Унифицированные методы исследований качества воды, ч.1. М. 1987	Потенциометрический
Жесткость общая	Комплексонометрическое определение жесткости. Унифицированные методы исследований качества воды, ч.1. М. 1987	Титриметрический
Сухой остаток	КНД 211.1.4.042-95 Методика гравіметричного визначення сухого залишку (розчинених речовин) в природних та стічних водах	Гравиметрический (весовой)
Гидрокарбонаты	РД 52.24.24-86. Методика выполнения измерений массовой концентрации гидрокарбонатных ионов.	Потенциометрический
Магний	Метод комплексонометрического определения магния СЭВ. Унифицированные методы исследований качества воды, ч.1. М. 1987	Титриметрический
Сульфаты	"Метод весового определения сульфатов" СЭВ, "Унифицированные методы исследований качества воды", ч.1, т. 1. М. 1987	Гравиметрический (весовой)
Хлориды	Аргентометрическое определение СЭВ, "Унифицированные методы исследований качества воды", ч.1 М. 1987	Титриметрический
Нитраты	КНД 211.1.4.027-95 Методика фотометричного визначення нітратів з саліциловою кислотою	Фотоколориметрический
Аммоний-ионы	МВВ № 081/12-06-03 "Методика виконання вимірювань масової концентрації амоній-іонів фотоколориметричним методом з реактивом Неслера"	Фотоколориметрический
Кальций	Метод комплексонометрического определения кальция СЭВ. Унифицированные методы исследований качества воды, ч.1. М. 1987	Титриметрический
ХПК	КНД 211.1.4.021-95	Титриметрический
Кадмий	СанПиН 42-128-4433-87	Атомно-абсорбц.
Медь	То же	То же
Ртуть	То же	То же
Свинец	То же	То же
Цинк	То же	То же
Кобальт	То же	То же
Мышьяк	То же	То же
Никель	МВВ 081/12-0011-01	То же
Марганец	МУ 2646-82, МВВ 081/12-0011-01	То же
Железо	МУ 2646-82, МВВ 081/12-0011-01	То же
Хром	СанПиН 42-128-4433-87	То же
Ванадий	СанПиН 42-128-4433-87	То же

Задание:

С использованием результатов предыдущих геолого-экологических изысканий, исходя из ландшафтно-геохимических условий и геофильтрационной схемы территории внести изменения в параметры наблюдательной сети в соответствии с изложенными выше требованиями, определить перечень контролируемых ингредиентов и периодичность мониторинга. В соответствие с принятым перечнем контролируемых ингредиентов приводятся методики пробоподготовки и выполнения анализов.

Методические указания:

1. Осуществить анализ существующей сети наблюдения с точки зрения соответствия предъявляемых требований.

2. Провести границы зоны влияния и наметить контрольные створы.

3. Определить количество наблюдательных скважин и пунктов контроля в каждом из створов.

4. Обосновать расположение каждого пункта наблюдения.

5. Обосновать перечень контролируемых ингредиентов и периодичность мониторинга.

6. Привести методики химико-аналитических исследований проб.

7. Полученные результаты и карты являются основой для написания раздела:

«Методика организации и проведения мониторинга поверхностных и подземных вод исследуемой территории» курсовой работы.

Третий этап обработки, анализа и обобщения результатов полевых и лабораторных работ. Полученные первичные данные подвергаются обработке с целью оценки состояния почво-грунтов, поверхностных и подземных вод. Для этого необходимо решить ряд задач:

• определить степень опасности загрязнения почво-грунтов, поверхностных и подземных вод;

• оконтурить ореол загрязнения и определить его размеры (масштаб негативного влияния);

• изучить пространственную приуроченность и связь с источником загрязнения;

• определить и при необходимости разграничить зоны влияния различных источников загрязнения;

• изучить пространственно-временную динамику процесса загрязнения (по результатам нескольких этапов наблюдения);

• осуществить прогноз развития процесса загрязнения и степень его экологической опасности;

• рекомендовать мероприятия по минимизации и устранению негативного влияния исследуемого объекта.

Каждая из поставленных задач решается по определенной методике.

Почво-грунты

Определение степени опасности загрязнения почво-грунтов по отношению к предельно-допустимым концентрациям (ПДК)

ПДК – максимальная массовая доля загрязняющего почву химического вещества, не вызывающего прямого или косвенного влияния, включая отдельные последствия на окружающую среду и здоровье человека.

Для установления ПДК используют данные о фоновых концентрациях исследуемых веществ, их физико-химических свойствах, параметрах токсичности.

По степени возможного отрицательного воздействия на почву, растения, животных выделяются 3 класса химических веществ:

1 класс – высокоопасные: мышьяк, кадмий, ртуть, селен, свинец, цинк, фтор, бенз(а)пирен,

2 класс – вещества умеренно опасные: бор, кобальт, никель, молибден, медь, сурьма, хром,

3 класс – вещества малоопасные: барий, ванадий, вольфрам, марганец, стронций, ацетофенон.

Для почвы насчитывается 108 ПДК.

ПДК наиболее распространенных загрязняющих почву компонентов приведены в таблице.

Элемент	ПДК, мг/кг	Нормативный документ
Валовая форма
Mn	1500	Гранично допустими концентрації хімічних речовин в грунтах (ГДК). №2546-82 от 30.04.82г.
V	150
Mn+ V	1000+100
As	2.0	Гранично допустими концентрації хімічних речовин в грунтах (ГДК). № 4433-87 от 30.10.87г.
Hg	2.1
Pb	32
Hg+ Pb	20.0+1.0
Cu	55	Министерство охраны природы. №5/3-8-25-92 от 10.03.92г.
Ni	85
Zn	100
Cd	4,0	Предельно допустимые концентрации химических веществ в почве (ПДК), Санитарные правила и нормы №128-4275-87.
Se	4,0
Cr	100	1. Організація і ведення єколого меліоративного моніторингу. Частина I. Зрошувані землі Держводгосп. Київ. 1997р. ВБН 33-5.5-01-97.с.43 2. Предельно допустимые концентрации химических веществ в почве (ПДК), Санитарные правила и нормы №128-4275-87.
S SO42-	160.0	1. СаНПиН № 42-128-4433-87. 2. Гранично допустими концентрації хімічних речовин в грунтах (ГДК). № 4433-87 от 30.10.87г.
Co	100	СаНПиН № 42-128-4433-87.
NO3-	130,0	Гранично допустими концентрації хімічних речовин в грунтах (ГДК). № 3210-85 от 1.02.85г.
Подвижная форма
Сu	3,0	Гранично допустими концентрації хімічних речовин в грунтах (ГДК). № 3210-85 от 1.02.85г.
Ni	4,0
Zn	23,0
Cr	6,0	Гранично допустими концентрації хімічних речовин в грунтах (ГДК). № 4433-87 от 30.10.87г.
Co	5,0
S	160,0	СаНПиН № 42-128-4433-87.
Mn	50.0	Організація і ведення єколого меліоративного моніторингу. Частина I. Зрошувані землі Держводгосп. Київ. 1997р. ВБН 33-5.5-01-97.с.43
Водорастворимая форма
F	10.0	Гранично допустими концентрації хімічних речовин в грунтах (ГДК). № 4433-87 от 30.10.87г.

ПДК позволяют оценить степень опасности загрязнения почв с позиции возможного попадания химических компонентов в организм человека через контактирующие с почвой среды: воздух, вода, растительность. При разработке ПДК, вероятно, не всегда учитывались природные кларки элементов в почвах. Поэтому для ряда элементов ПДК ниже или равны последним. Так для мышьяка кларк почв по В.И. Вернадскому равен 5 мг/кг, региональный фон Донецкой области 1,9 мг/кг, а ПДК – 2 мг/кг. Аналогичная ситуация отмечается для хрома, цинка, свинца, когда их фоновые концентрации отличаются от ПДК менее чем в 2 раза. То есть такие концентрации не могут рассматриваться даже как аномалии и находятся в пределах флуктуации природного геохимического поля. В связи с этим при оценке степени опасности загрязнения почв этими элементами необходимо учитывать региональные фоновые концентрации.

Задание:

Рассчитать коэффициенты концентраций компонентов по отношению к ПДК и дать оценку степени опасности загрязнения почво-грунтов.

Методические указания

Оценка степени загрязнения почво-грунтов по отношению к ПДК осуществляется в следующей последовательности:

1. Рассчитывается показатель загрязнения элементов по формуле:

, где Пз_i – показатель загрязнения i-го компонента; С_i – концентрация i-го компонента, ПДК_i – предельно-допустимая концентрация i-го компонента.

2. Компоненты группируются по классам опасности.

3. В случае установления в почвах превышения ПДК одним или более компонентов 1-го класса опасности степень их загрязнения считается высоко опасной.

4. В случае установления в почвах превышения ПДК одним или более компонентов 2-го класса опасности степень их загрязнения считается умеренно опасной.

5. В случае установления в почвах превышения ПДК одним или более компонентов 3-го класса опасности степень их загрязнения считается мало опасной.

Определение степени опасности загрязнения почво-грунтов по отношению к фоновым концентрациям

Фоновое содержание – концентрация химического вещества в почве, соответствующая ее природному (естественному) химическому составу. Иногда при оценках влияния источников загрязнения за фоновые концентрации принимают содержания компонентов в так называемой фоновой точке, расположенной за пределами зоны влияния исследуемого объекта. В этом случае правомочно использование понятия контрольной точки и исходных концентраций.

Региональные (местные) фоновые концентрации химических элементов и их соединений в почвах обусловлены спецификой физико-географических условий определенных территорий (физико-географических районов), включая климат, геологическое строение, рельеф, геоморфологию, гидрографию и гидрогеологию, растительный и животный мир. При существующем уровне антропогенной нагрузки на региональный фон почв влияет специфика промышленного производства, плотность населения и уровень развития транспортных сетей.

Фоновые концентрации определяются расчетным путем по результатам анализов проб, отобранных на участках с наименьшей антропогенной нагрузкой с учетом ландшафтно-геохимических условий. Для определения регионального фона необходим отбор проб в разных частях физико-географического района. Выборки фоновых проб обрабатываются методами математической статистики. При этом определяется характер распределения различных веществ и их среднее содержание в соответствии с законом распределения. Считается, что для расчета фоновых концентраций представительной является выборка, включающая не менее 30 проб.

Фоновые содержания элементов в почвах Донецкой области, мг/кг

Класс опасности веществ
I					II					III
Hg	Pb	Zn	Cd	As	Cu	Ni	Сo	Mo	Cr	Mn
0,028	20,0	95,0	0,5	1,9	30,0	44,3	18,0	1,23	96,0	700,0

Задание:

Рассчитать коэффициенты концентраций компонентов по отношению к фоновым концентрациям, суммарный показатель загрязнения и дать оценку степени опасности загрязнения почво-грунтов. Составить карты ореолов суммарного и моноэлементного загрязнения.

Методические указания:

1. Для оценки степени опасности загрязнения почво-грунтов изучаемой территории необходимо рассчитать коэффициенты концентрации компонентов по отношению к фоновым показателям почв Донецкой области (таблица) по формуле: (Кс_i=С_i/Сф_i), где Кс_i – коэффициент концентрации i-го элемента; С_i – концентрация i-го элемента; Сф_i – фоновая концентрация i-го элемента.

2. Для оценки степени опасности суммарного загрязнения почво-грунтов для каждой пробы отдельно рассчитывается суммарный показатель химического загрязнения по формуле:

Zc=∑Kc_i-(n-1),

где Кс_i- коэффициент концентрации i-го элемента, превышающий единицу, n-количество вовлекаемых в расчет элементов в конкретной пробе.

3. На основании Zc откартировать ореолы суммарного загрязнения почв в пределах исследуемых участков. Степень опасности загрязнения почв химическими веществами оценивается по шкале полученных значений Zc (таблица).

Ориентировочная шкала загрязнения почво-грунтов химическими веществами

и степень опасности суммарного загрязнения

Загрязнение почв по методике Мингео УССР		Степень опасности по методике Минздрава СССР		Изменения показателей здоровья населения в очагах загрязнения
Категория загрязнения	Суммарные показатели загрязнения		Степень опасности
Слабо загрязненные	0-10	<16	Допустимая	Наиболее низкий уровень заболеваемости детей и минимальная частота встречаемости функциональных отклонений
Средне загрязненные	10-20
Сильно загрязненные	20-30	16-32	Умеренно опасная	Увеличение общей заболеваемости
Очень сильно загрязненные	30-128	32-128	Опасная	Увеличение общей заболеваемости, числа часто болеющих детей с хроническими заболеваниями, нарушениями функционального состояния сердечнососудистых систем
Чрезвычайно загрязненные	>128	>128	Чрезвычайно опасная	Увеличение заболеваемости детского населения, нарушение репродуктивной функции женщин (увеличение токсикоза беременности, числа преждевременных родов, мертворождаемости, гипотрофии новорожденных)

4. В случае превышения концентрации отдельных веществ (элементов) по отношению к фону более чем в 2 раза необходимо откартировать и изучить пространственную приуроченность моноэлементных аномальных ореолов. Определить закономерности распределения элементов вокруг источника и эпицентров загрязнения.

5. Описать полученные результаты расчетов и построения карт, дать оценку степени опасности загрязнения почв.

Определение степени опасности загрязнения почво-грунтов по показателю нарушенности геохимического поля

Предлагаемая методика оценки степени опасности загрязнения почво-грунтов основана на изучении параметров геохимического поля, изменчивости концентраций его элементов под действием различных факторов, природных и (или) техногенных. Под геохимическим полем при этом понимается пространство в пределах определенной среды, где устанавливается закономерное распределение химических элементов. Основными параметрами геохимического поля являются концентрации элементов, формы их нахождения и характер распределения. Первые два параметра определяются лабораторным путем, третий – расчетным, на основе методом математической статистики. При этом статистически определяются средние концентрации элементов в соответствии с законом распределения, но наиболее значимым показателем является равномерность или устойчивость распределения элемента в пределах геохимического поля, которая оценивается коэффициентом вариации. По этому показателю элементы разделяются на: равномерно распределенные, неравномерно распределенные и весьма неравномерно распределенные. Существует закономерность, чем выше среднее содержание элемента в изучаемой среде, тем равномерней (устойчивей) характер его распределения в геохимическом поле.

Нормальное (фоновое) геохимическое поле характеризует относительно устойчивое равновесие в пределах изучаемой генетически однородной среды в пространстве, где процессы, приводящие к значительному перераспределению (вторичной дифференциации) элементов, не проявлены или незначительно выражены. Генетически однородная среда формируется в рамках единого, однонаправленного по физико-химическим параметрам процесса, протекающего в определенный интервал времени, например, формирование гранитного массива, водоносного горизонта или комплекса, почвенного покрова определенного элемента ландшафта и т. д.

Генетически однородные среды характеризуются устойчивым нормальным геохимическим полем, которое представлено определенным спектром элементом. По сути, каждая среда имеет своеобразный геохимический код, по которому достаточно легко ее идентифицировать. Существует набор индикаторных элементов, характер распределения которых типичен для той или иной среды. Фоновые концентрации различных сред отличаются. В идеальном геохимическом поле изучаемой среды коэффициенты концентрации всех элементов во всех его участках равны единице. В природе существование таких полей маловероятно.

Именно, исходя из этих позиций, любое наложение вторичных природных или техногенных процессов, сопровождающихся перераспределением, привносом или выносом элементов, приводит к изменению параметров первичного геохимического поля. Эти изменения фиксируются как аномалии, которые занимают определенные участки в рамках исследуемого пространства геохимического поля. В этих участках отмечается нарушенность параметров первичного геохимического поля, степень проявления которой зависит от интенсивности перераспределения, привноса или выноса элементов. Эти аномалии имеют наложенный характер и связаны с определенными источниками и процессами.

По отношению к любому природному или техногенному процессу формирования аномалий все химические элементы или их соединения делятся на 4 группы. С точки зрения процессов загрязнения окружающей среды можно выделить:

1. Главные определяющие аномалию элементы (загрязнители), содержание которых в пределах аномальных участков превышают ПДК.

2. Второстепенные, сопутствующие элементы, содержания которых не превышают ПДК, однако отмечается их привнос в аномальную зону по отношению к геохимическому фону. Концентрация данных элементов растет с увеличением содержания главных элементов - загрязнителей.

3. Нейтральные, инертные элементы, концентрация которых не меняется в процессе загрязнения, то есть остается в пределах фона.

4. Деконцентрирующиеся элементы, которые испытывают вынос из ореолов загрязнения под действием техногенных факторов. Они могут формировать на периферии основного ореола загрязнения вторичные ореолы или располагаться в его внешних зонах.

Существует закономерность: чем масштабнее и полнее проявлен процесс загрязнения, тем отчетливее наблюдается дифференциация элементов, и тем более определеннее выделяются элементы выше представленных групп.

В процессе загрязнения формируются аномальные ореолы, имеющие закономерное внутреннее строение и вполне закономерное пространственное расположение по отношению к источнику воздействия.

Задание:

Дать оценку степени опасности загрязнения почво-грунтов при помощи коэффициента нарушенности геохимического поля . Составить карты ореолов комплексного загрязнения.

Методические указания:

Для выделения аномальных ореолов загрязнения необходимо определить участки с нарушенным первичным геохимическим полем. Предлагаемая методика позволяет это реализовать при помощи изучения дисперсии распределения элементов, которая в данном случае является мерой рассеивания коэффициентов концентраций элементов вокруг их средней величины в пределах одной пробы. Для этого необходимо:

1. Рассчитать коэффициенты концентрации элементов по отношению к фону для проб почво-грунтов, отобранных в зоне влияния исследуемого объекта, что должно быть выполнено при выполнении предыдущих расчетов.

2. Оценить степень нарушенности первичного геохимического поля, рассчитав статистическую дисперсию распределения коэффициентов концентрации элементов для каждой пробы по формуле:

, где - дисперсия распределения коэффициентов концентрации элементов в пределах одной пробы; n – количество включенных в расчет элементов; x_i – коэффициент концентрации i-го элемента в пределах пробы; - среднее значение коэффициента концентрации элементов в пределах одной пробы.

3. Чем ниже значение дисперсии, тем меньше степень нарушенности первичного геохимического поля и тем ниже уровень загрязнения почво-грунтов. Для оценки степени опасности загрязнения почво-грунтов используем ориентировочную оценочную шкалу степени опасности загрязнения почв, разработанную для суммарного показателя загрязнения (Zc) и адаптированную опытным путем к рассчитанной дисперсии (таблица). Это является правомочным, так как опыт одновременного изучения ореолов загрязнения при помощи Zc и дисперсии распределения коэффициентов концентрации показал высокую сходимость результатов.

Ориентировочная оценочная шкала степени опасности загрязнения почв по суммарному показателю загрязнения и уровню дисперсии распределения коэффициентов концентрации

Категория загрязненности почв	Величина Zc	Величина	Изменения показателей здоровья населения в очагах загрязнения
1. Допустимая	Менее 16	Менее 5	Наиболее низкий уровень заболеваемости детей и минимальная частота встречаемости функциональных отклонений
2. Умеренно-опасная	16-32	5-20	Увеличение общей заболеваемости
3. Высоко- опасная	32-128	20-100	Увеличение общей заболеваемости, числа часто болеющих детей с хроническими заболеваниями, нарушениями функционального состояния сердечнососудистых систем
4. Чрезвычайно- опасная	Более 128	Более 100	Увеличение заболеваемости детского населения, нарушение репродуктивной функции женщин (увеличение токсикоза беременности, числа преждевременных родов, мертворождаемости, гипотрофии новорожденных)

4. В соответствии со шкалой необходимо определить степень опасности загрязнения почво-грунтов по показателю и выделить аномальные ореолы в пределах исследуемой территории.

5. Провести анализ пространственного расположения аномальных ореолов и оценить степень сходимости результатов исследований по оценке степени загрязнения почв при помощи показателей Zc и .

Необходимо при этом учитывать, что чем больший спектр элементов вовлечен в расчет, тем достоверней будут результаты оценок по . Данный показатель в отличие от общепринятого и часть критикуемого Zc не просто суммирует коэффициенты концентраций элементов в пределах пробы, а оценивает неравномерность распределения коэффициентов концентрации элементов вокруг среднего их значения и, таким образом, позволяет оценить степень нарушенности первичного геохимического поля. Эта степень напрямую зависит от интенсивности загрязнения почв, то есть от привноса не типичных для почв элементов, что позволяет применять данный коэффициент для оценки степени опасности загрязнения почв. Однако достаточно высокая сходимость результатов, полученных при расчете этих двух показателей, доказывает также правомочность использования широко применяемого показателя Zc для оценок степени загрязнения почв.

Определение зоны влияния источника загрязнения почво-грунтов, построение карты ассоциативной геохимической зональности аномальных ореолов

Всегда в процессе проведения работ по мониторингу или при оценке воздействия в зоне влияния какого-либо источника загрязнения почв возникает необходимость определить границы ореола загрязнения. Казалось бы, простая задача, когда владеешь методикой оценки степени опасности загрязнения почв и методами построения геохимических карт, выделил ореолы загрязнения и по внешнему контуру «отбил» зону влияния, определил масштабы загрязнения и сделал необходимые выводы. Однако на практике возникают гораздо более сложные ситуации, когда таким способом нельзя определить даже, связан ли аномальный ореол с источником загрязнения. Например, в случае если большая часть аномальных ореолов значительно смещена относительно источника, или территория подвержена загрязнению со стороны двух и более источников и ореолы накладываются один на другой. В этих случаях определение зоны влияния конкретного источника весьма затруднено, а если не установлен источник, то нельзя определить степень и масштабы загрязнения почв с его стороны. Вся оценка параметров загрязнения при этом сводится к изучению существующего состояния почв в пределах зон влияния источников загрязнения без конкретной привязки аномальных ореолов к конкретному источнику, или эта привязка осуществляется по косвенным признакам (пространственной приуроченности, механизма возможного загрязнения, ландшафтно-геохимических условий) и все зависит от квалификации исследователя, его прозорливости. Недостоверные сведения о связи установленного ореола загрязнения с конкретным источником, может привести к разработке неэффективных, ненужных мероприятий по ликвидации или минимизации негативного воздействия. Это неэффективно растраченные средства.

Все вышесказанное определяет актуальность применения методик, способных на достоверной основе объективно определять и разграничивать зоны влияния источников загрязнения почво-грунтов. Утвержденных общепринятых методических рекомендаций по определению и разграничению зон влияния источников загрязнения не существует. Разработанная автором методика опробована при выполнении различных работ по оценке воздействия и мониторингу в зонах влияния разнообразных источников загрязнения (тепловые электростанции, металлургические заводы, различные накопители отходов). Практически во всех случаях удавалось определить и разграничить зоны влияния источников загрязнения, идентифицировать пространственно разобщенные и удаленные от источника аномальные ореолы.

Базовым положением применяемой методики служить тезис о том, что любые аномальные ореолы, сформированные под действием природных или антропогенных факторов, имеют закономерное внутреннее строение, которое обязано вполне определенной направленности процессов, формирующих аномалии и проявляющихся в конкретных ландшафтно-геохимических условиях. Факторов, влияющих на формирование антропогенных аномалий в почвах, достаточно много. Это в первую очередь антропогенные факторы, связанные с источниками загрязнения:

1) если загрязнение осуществляется воздушным путем, то это: мощность пылегазовых выбросов с его стороны; периодичность выбросов; длительность действия источника; набор компонентов выбросов и формы нахождения вредных веществ в выбросах;

2) если загрязнение осуществляется поверхностным стоком, то это: характер стока (атмосферные осадки, сброс дренажных и других вод на рельеф местности); периодичность и длительность действия источника; концентрация, формы миграции и набор вредных веществ.

Среди главных природных факторов можно выделить:

1) климатические: направление и сила ветра; количество, характер и периодичность атмосферных осадков; температура воздуха; глубина промерзания почв и др.;

2) Ландшафтно-геохимические: рельеф и геоморфология, геолого-структурные условия; характер почвенного покрова; глубина залегания грунтовых вод; характер растительного покрова и видовое разнообразие населения фауны.

Взаимодействие этих факторов определяет условия миграции и локализации вредных веществ в почвах, то есть условия формирования аномальных ореолов. Проявления этого взаимодействия наблюдаются в виде определенных закономерностей, устанавливаемых при изучении аномалий:

- вполне определенная дифференциация элементов и веществ вокруг источника загрязнения;

- типичный набор главных, второстепенных, инертных и деконцентрирующихся элементов;

- определенные пространственные и временные (при периодическом наблюдении) соотношения с источником загрязнения и в соответствии с ландшафтно-геохимическими условиями;

- типичная концентрационная зональность, устанавливаемая как для моноэлементных, так и для полиэлементных ореолов;

- определенная ассоциативная зональность, обусловленная закономерной дифференциацией элементов по отношению к источнику.

Проявленность всех этих признаков необходимо учитывать при определении границ зон влияния источников загрязнения. Однако наиболее информативным признаком в этом отношении является характер ассоциативной зональности ореолов загрязнения. Под действием процессов дифференциации аномальные ореолы по отношению к источнику загрязнения имеют закономерное внутреннее строение, оно проявлено в том, что в центральных частях ореола концентрируется вполне определенная группа элементов, а на периферии отмечается снижение содержания элементов данной группы и в ряде случаев рост концентраций не типичных для эпицентров аномалий элементов. Таким образом, набор индикаторных элементов, их концентрации от центра аномальных ореолов к периферии закономерно меняются. Причем эти закономерности характерны для однородных источников загрязнения и являются своеобразным паспортом, по которому их можно идентифицировать. Разнородные, по характеру производства или бытовой деятельности, источники различаются характером ассоциативной зональности. Поэтому для идентификации источника загрязнения и определения зоны его влияния необходимо изучить закономерности внутреннего строения аномальных ореолов и определить характер ассоциативной зональности.

Задание:

На основе корреляционного анализа определить наличие ассоциативной зональности ореола влияния источника загрязнения и на карте установить его границы.

Методические указания:

1. Рассчитать коэффициенты корреляции между геохимическими данными всех проб, выраженными через коэффициенты концентрации по отношению к фону по формуле: , где r – коэффициент корреляции между геохимическими параметрами (коэффициентами концентрации элементов) проб; x_i, y_i- коэффициент концентрации i-го элемента в сопоставляемых между собой пробах (x и y); , - средние значения коэффициентов концентрации элементов по сравниваемым пробам (х и у); N- количество элементов, вовлеченных в расчет; , - стандартное отклонение коэффициентов концентрации элементов по сравниваемым пробам (х и у).

2. Выделить пробы между геохимическими спектрами которых установленная значимая положительная связь с уровнем достоверности α≥ 0,05.

3. Из имеющихся лабораторных данных сформировать однородную выборку проб, соответствующую двум признакам:

• в этих пробах должно быть установлено максимальное загрязнения, связанное с исследуемым источником;

• между геохимическими параметрами данных проб установлена значимая положительная связь.

4. Рассчитать средние значения коэффициентов концентрации элементов для однородной выборки. Полученные средние значения будут характеризовать среднестатистические геохимические параметры эпицентров аномальных зон и будут отражать их геохимический спектр.

5. Рассчитать коэффициенты корреляции между полученными среднестатистическими геохимическими параметрами эпицентров аномалии и геохимическими параметрами (коэффициентами концентрации элементов) всех остальных проб, включая пробы однородной выборки.

6. Полученные коэффициенты корреляции (r) ранжировать по силе и характеру связи с учетом критических значений r для уровней достоверности: α≥ 0,001; α≥ 0,01; α≥ 0,05; α≥0,10. При этом допускается альтернативное объединение проб с r≥ 0,900; от 0,800 до 0,900; от 0,700 до 0,800.

7. Вынести полученные значения коэффициентов корреляции на карты и с учетом предварительной группировки проб по силе и характеру связи откартировать соответствующие зоны аномального ореола.

8. По характеру установленной зональности определить границы зоны влияния исследуемого источника загрязнения и выделить аномальные пробы, в которых отмечается нетипичный данному источнику загрязнения спектр (ассоциация) элементов.

Изучение внутреннего строения ореола загрязнения почв, определение характера поведения элементов в процессе его формирования

Ореолы загрязнения по отношению к источнику имеют закономерное зональное строение. Оно проявлено как в закономерном изменении концентраций элементов в направлении от эпицентров загрязнения к их периферии (концентрационная зональность), так и в определенной смене геохимических ассоциаций элементов в этом же направлении (ассоциативная зональность). Это связано с проявлением процессов техногенной дифференциации элементов вокруг источника. На характер зональности ореолов влияют природные и техногенные факторы. Техногенные факторы связаны с характером источника загрязнения, его параметрами: интенсивности выбросов, высоты рассеивания вредных веществ, площади источника. Этим фактором определяется также набор загрязняющих веществ, распределяющихся вокруг него в почвенном покрове.

Природные факторы определяются климатическими и ландшафтно-геохимическими условиями. Основными климатическими факторами являются преобладающее направление и скорость ветра, количество и периодичность атмосферных осадков, температура воздуха. Эти факторы влияют на миграционные свойства загрязняющих веществ в атмосферном воздухе, поверхностным стоком при выпадении осадков. Ландшафтно-геохимические условия влияют на миграцию, локализацию и последующее перераспределение веществ в основных типах ландшафтов территории. Основными факторами при этом являются: характер рельефа (водораздел, крутой или пологий склон, речная долина, балочное понижение и др.); геолого-структурные условия (в основном литология и состав пород приповерхностной подпочвенной части разреза); глубина залегания грунтовых вод (особенно на участках подтопления, заболачивания); характер растительного покрова; тип почв (минеральная часть, особенно гранулометрический состав, органическая часть, микробиологический состав, солесодержание).

Кроме этого, необходимо учитывать форму нахождения вредных компонентов, которая является определяющим фактором их миграции и локализации. При этом устойчивость исходных соединений во внешних условиях, их способность к окислению, к образованию других веществ, в разной степени растворимых в воде или летучих, будет существенно влиять на характер последующего перераспределения в пределах ореола загрязнения почв.

Сложное взаимодействие факторов, влияющих на дифференциацию загрязняющих веществ вокруг источника, приводит к возникновению динамического равновесия в природно-техногенных системах, при котором постоянные изменения, связанные с преобладанием того или иного фактора в различные периоды года, двух-трех и более лет, постоянно сопровождаются корректировкой относительно равновесных условий. Это подтверждается многолетним опытом регулярного изучения ореолов загрязнения в зонах влияния различных источников. Это динамическое равновесие выражается в том, что ореолы загрязнения в разные периоды наблюдения могут несколько смещаться, менять конфигурацию, площадь распространения, интенсивность проявления, иногда набор индикаторных элементов. Однако общие закономерности: характер пространственной приуроченности, набор главных загрязняющих компонентов, наличие концентрационной и ассоциативной зональности ореолов, всегда устанавливаются.

Имеющиеся результаты проведения регулярного мониторинга в связи с различными источниками загрязнения позволяют сделать вывод о том, что чем интенсивнее проявлен процесс техногенного загрязнения, тем более отчетливо выражена концентрационная и ассоциативная зональность формируемого ореола и тем большее количество макро- и микрокомпонентов испытывает значительную дифференциацию в его пределах.

В этой связи кроме умения выделять и картировать аномальные зоны не менее важным является изучение их внутреннего строения, а именно поведения элементов в процессе формирования ореолов.

Задание:

С использованием данных предыдущих исследований по определению зональности ореолов загрязнения почв изучить характер поведения элементов по направлению от внешних зон ореола к внутренним. Определить группы главных, второстепенных и инертных элементов.

Методические указания:

1. Сформировать выборки проб в соответствии с установленной корреляционным анализом зональности:

• первая выборка соответствует однородной выборке эпицентров загрязнения, например, для r более 0,900;

• вторая, для промежуточных зон ореола определяется по значимым положительным корреляционным связям для проб с меньшим уровнем загрязнения, например, для r от 0,700 до 0,900;

• третья выборка для внешних зон ореола, куда включаются пробы, в которых устанавливается значимая положительная связь с эпицентрами загрязнения при уровне значимости 0,05, например, для r от 0,452 до 0,700;

• четвертая выборка для проб периферии ореола загрязнения, где корреляционная связь с эпицентрами загрязнения не устанавливается и отмечается наименьшая степень загрязнения почв, то есть это тот фон, на котором развивается процесс загрязнения;

• пятая выборка не является обязательной и составляется в случае, когда есть пробы высокого уровня загрязнения, а связи с эпицентром основного загрязнения не устанавливаются, то есть это пробы влияния стороннего источника загрязнения.

2. По каждой из выборок рассчитываются средние коэффициенты концентрации элементов по отношению к фону.

3. Строятся графики, отражающие характер поведения элементов, их уровня концентрирования в каждой из выделенных зон по направлению от эпицентра ореола к его периферии, где в крайней позиции можно разместить пятую выборку, характеризующую дополнительный источник загрязнения.

4. По графикам определяют главную, второстепенную и инертную группы элементов, изучают характер распределения элементов в нутрии ореола загрязнения и за его пределами.

5. По характеру поведения элементов идентифицируют источник загрязнения, определяют зону его влияния, разграничивают зоны влияния сторонних источников загрязнения.

Изучение динамики процесса загрязнения почв исследуемой территории

Изучение динамики антропогенного загрязнения почв рекомендуется начинать после трех этапов регулярного мониторинга исследуемой территории, когда могут начать выявляться закономерности пространственного изменения во времени, которые будут характеризовать условия и факторы динамического равновесия между поступлением загрязняющих веществ в почву и их выносом в контактирующие среды. В первую очередь анализируется динамика индикаторных показателей, то есть суммарного показателя загрязнений и элементов главной группы. Пространственно-временная характеристика процесса загрязнения может быть представлена путем совмещения выделяемых на разных этапах аномальных ореолов, а также в виде графиков, которые строятся отдельно для каждого компонента и контрольной площадки в виде зависимости показателя загрязнения (ось y) на разных этапах мониторинга (ось x).

Поверхностные и подземные воды

Цели и задачи мониторинга почво-грунтов, поверхностных и подземных вод аналогичны. Однако методика работ для решения ряда задач существенно отличается. Во-первых, возможная зона влияния локального источника загрязнения определяется геофильтрационными условиями территории исследования. Во-вторых, вода более изменчивая по сравнению с почвами среда с относительно низким уровнем концентрации всех химических элементов, за исключением водорода и кислорода. Гетерогенность условий формирования состава вод определяет их большое разнообразие по химическому составу. При изучении водной среды важно понимание динамического равновесия в системе вода – порода – растворенные газы – органическое вещество.

Изучение гидродинамических условий и определение геофильтрационной схемы территории

Для организации и проведения мониторинга поверхностных и подземных вод основное значение имеет изучение гидродинамических условий территории и определение геофильтрационной схемы. Поэтому на всех стадиях мониторинга проводят тщательный анализ основных факторов, влияющих на гидродинамический и гидрохимический режим вод.

Гидродинамический режим определяется количеством атмосферных осадков, рельефом местности, геологическим строением, характером и развитием гидрографической сети, характером растительного покрова, антропогенными факторами.

Количество и характер атмосферных осадков напрямую влияют на уровень подземных вод и поверхностный сток. Чем больше их количество, тем выше залегание уровенной поверхности.

Рельеф местности определяет направление движения подземного потока от водоразделов к пониженным участкам, т. е. к водоемам, к долинам балок и рек. Чем круче склон, тем сильнее уклон уровенной поверхности. Равнинная местность благоприятствует накоплению подземных вод, а изрезанная балками и долинами рек – интенсивному дренированию и расходу подземных вод на питание ручьев и рек.

Геологическое строение определяет фильтрационные условия, неоднородность подземного потока, количество и характер водоносных горизонтов, связь между водоносными горизонтами, скорость водообмена. Важными факторами при этом являются наличие или отсутствие водоупоров, зон трещиноватости, тектонических нарушений.

Характер и развитие гидрографической сети определяют дренирующие условия территории. Хорошо развитая речная и балочная сеть способствует большому расходу подземных вод на питание рек и соответственно понижению уровня.

Характер растительного покрова, а именно развитие корневой системы, площадь зеленой массы определяют расход воды на питание растений и поддержание водного баланса в процессе их жизнедеятельности.

Антропогенный фактор влияет как на дополнительное питание, так и на дополнительный расход поверхностных и подземных вод. Дополнительное питание отмечается из различных гидротехнических сооружений, водоотливных комплексов при горных работах (для питания поверхностных вод), аварийных водопроводных и канализационных сетей. Над этими объектами формируются купола растекания, где отчетливо повышен уровень подземных вод. Дополнительный расход возникает при заборе воды для питьевых и прочих нужд, при откачке воды в процессе разработке месторождений. На этих участках формируются депрессионные воронки. Кроме этого, для обеспечения благоприятных условий проживания, человек искусственно изменяет гидродинамический режим территорий, строит различные дренажи, орошает поля, организовывает пруды на постоянных и временных водотоках, меняет при этом геофильтрационные условия территорий.

Для определения гидродинамического режима территорий строят карты гидроизогипс, анализ которых позволяет определить направление движения подземного потока, уклоны уровенной поверхности, наличие или отсутствие участков дополнительного питания или забора вод.

Анализ всех факторов, определяющих гидродинамический режим территории, позволяет разработать геофильтрационную схему. При этом определяют: мощность и строение зоны аэрации, количество и состав водоносных горизонтов, наличие или отсутствие гидравлической связи между ними и поверхностными водами, граничные условия, область питания и область распространения, условия питания и разгрузки, наличие дополнительного питания или водозабора, фильтрационные условия, направление подземного потока, характер уровенной поверхности, мощность и характер зоны активного водообмена, защищенность подземных вод от химического и бактериологического загрязнения.

Задание:

Используя ситуационный план, результаты инженерно-геологических и гидрогеологических изысканий, схему размещения скважин и пунктов наблюдения, замеры уровня грунтовых вод и уреза воды, построить карту гидроизогипс, определить характер и направление подземного потока, составить геофильтрационную схему территории.

Методические указания:

1. Проанализировать характер рельефа, геологическое строение и гидрогеологические условия территории.

2. Рассчитать отметки уровня залегания грунтовых вод по имеющимся данным.

3. Построить карту гидроизогипс.

4. Определить направление движения подземных вод.

5. Составить геофильтрационную схему территории.