Цимлянское водохранилище как геохимический барьер

Цимлянское водохранилище как геохимический барьер

 

Содержание

 

Введение

Глава 1. Характеристика эколого-геохимической ситуации в Ростовской и Волгоградской областях

.1 Состояние воздуха, поверхностных  и подземных вод в районе  исследования

.2 Источники загрязнения  воздуха, поверхностных и подземных  вод

Глава 2. Цимлянское водохранилище как геохимический барьер

.1 Понятие о геохимическом  барьере

.2 Анализ современных  исследований Цимлянского водохранилища 

.3 Роль Цимлянского водохранилища  как геохимического барьера

Глава 3 Анализ исследования и рекомендации

.1 Эколого-геохимический  анализ загрязнения Цимлянского  водохранилища

.2 Рекомендации по экологическому  восстановлению Цимлянского водохранилища

Выводы

Список использованных источников

Приложения

водохранилище экологический загрязнение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Одной из основных практических проблем в области экологии является повышение эффективности защиты окружающей среды от загрязнения. Хозяйственная деятельность человека приводит к образованию техногенных геохимических аномалий, характеризующихся повышенными концентрациями загрязняющих веществ в атмосфере, почвах и горных породах, подземных и поверхностных водах, живых организмах. Концентрации отдельных химических элементов в пределах техногенных ореолов и потоков рассеяния часто превышают значения, безопасные для жизни и здоровья людей, производства сельскохозяйственной продукции и нормального развития биотических компонентов.

Основным направлением улучшения экологической ситуации является совершенствование технологических схем предприятий - модернизация систем очистки сбросов и выбросов, переработки отходов и т.д. Современные природоохранные сооружения для очистки сточных вод и выбросов в атмосферу, а также для изоляции участков складирования твердых и жидких токсичных отходов, как правило, требуют больших капитальных затрат и значительных энергетических и материальных ресурсов при их эксплуатации. И в большинстве случаев они сами являются источниками загрязнения окружающей среды. В связи с этим возникает задача минимизации техногенного воздействия промышленности на окружающую среду экономически выгодными способами.

В последние десятилетия наметилась тенденция использования геохимических барьеров для защиты окружающей среды от загрязнения, применение которых в ряде случаев позволяет отказаться от строительства сложных очистных сооружений и проведения других дорогостоящих природоохранных мероприятий. Однако широкое использование таких барьеров сдерживается из-за отсутствия теоретических основ их практического применения.

Актуальность исследования состоит в том, что состояние Цимлянского водохранилища под воздействием антропогенных факторов с каждым годом ухудшается. Зная причины этих тенденций, можно целенаправленно регулировать эти процессы.

Целью работы является детальное исследование Цимлянского водохранилища как геохимического барьера.

Объект работы - Цимлянское водохранилище.

Предмет работы - Цимлянское водохранилище как геохимический барьер.

Для достижения поставленной в работе цели необходимо было выполнить такие задания:

изучить научную, статистическую литературу по теме исследования;

охарактеризовать состояние поверхностных и подземных вод района исследования;

определить понятие «геохимический барьер», его характеристики и классификацию;

сделать анализ исследований Цимлянского водохранилища, а также его эколого-геохимических характеристик;

обобщить результаты работы и предложить рекомендации по улучшению состояния Цимлянского водохранилища.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 2. Цимлянское водохранилище как геохимический барьер

 

.1 Понятие о геохимическом  барьере

 

Геохимические барьеры - это компоненты или части компонентов геосистем, в которых на относительно коротком расстоянии в результате специфического сочетания механических, физико-химических, биологических процессов происходит избирательное накопление одних химических элементов и удаление других. В этих барьерах резко изменяются условия миграции веществ, что часто приводит к накоплению химических элементов. Наиболее значимые природные Геохимические барьеры - это растительный покров, почва, толща водоненасыщенных горных пород, особенно мелкоземов, области застойного скопления подземных вод. Геохимические барьеры могут быть вертикальными или горизонтальными (латеральными), препятствующими соответственно вертикальным или горизонтальным потокам загрязняющих веществ. Человек может управлять геохимическими барьерами, усиливая или ослабляя их действие, создавать искусственные барьеры. Природные геохимические барьеры обеспечивают, наряду с другими процессами, естественную самоочищаемость природы, так как в них происходит не только накопление, но и связывание до недоступных для биоты форм токсичных веществ, разрушение токсичных веществ, преобразование их в безвредные вещества.

Характеристики и стадии развития геохимических барьеров. Градиент барьера (G) характеризует изменение геохимических показателей (температуры, давления, Eh, pH и др.) в направлении миграции химических элементов:

 

где m1, m2 - значения данного геохимического показателя до и после барьера соответственно; l - ширина барьера.

Контрастность (S) характеризуется отношением величины геохимических показателей до и после барьера:

 

 

Интенсивность накопления элемента увеличивается с ростом контрастности и градиента барьера.

Емкость барьера представляет собой величину, характеризующую максимальное количество веществ, способных накапливаться в единице массы субстрата.

Геохимические барьеры проходят различныестадии своего развития (Приложение 2): (1) начинается поступление вещества с концентрацией Сд в зону со сменой условий миграции, и весь поток концентрируется на геохимическом барьере; (2) в определенный момент времени после частичного насыщения барьера он становится проницаемым для мигрирующих элементов; (3) барьер постепенно теряет свою эффективность, и концентрации вещества до и после барьера начинают выравниваться; (4) барьер исчерпывает свою емкость, и дальнейшее концентрирование элементов на нем прекращается. Устойчивость барьера во многом зависит от обратимости или необратимости процессов и реакций, которые обусловливают его образование.

При формировании барьера за счет обратимой химической реакции направление последней зависит от концентрации веществ - участников реакции. При достижении равновесия барьер содержит как необходимые для реакции вещества, так и продукты реакции. При снижении концентрации веществ, поступающих в область геохимического барьера, может начаться его разрушение за счет того, что реакция идет в обратимую сторону.

Барьеры, в основе формирования которых лежат необратимые процессы и реакции, как правило, более устойчивы, что особенно важно при использовании их для охраны окружающей среды. Важной характеристикой является тип преобладающего массопереноса вещества, поступающего к барьеру и движущегося в его теле. Геохимические барьеры не имеют четких границ. Вокруг них формируются ореолы рассеяния, т.е. зоны повышенного содержания химических элементов. Различают первичные (возникающие одновременно с формированием барьера) и вторичные (образующиеся из продуктов разрушения барьера в породах, почвах, водах, растениях и подземной атмосфере в результате гипергенных процессов) ореолы рассеяния.

Классификация геохимических барьеров. С появлением учения о геохимических барьерах начал развиваться и его понятийный аппарат. Классификация геохимических барьеров как средство установления связей между понятиями служит для ориентировки в их многообразии. Кроме систематизации современных знаний классификация позволяет давать обоснованные прогнозы относительно неизвестных еще фактов и закономерностей. Это особенно важно для прогноза поведения техногенных компонентов в окружающей среде и разработки принципов создания геохимических барьеров для природоохранных целей.

Классифицирование геохимических барьеров представляет собой непростую задачу. Многообразие механизмов концентрирования элементов, значительное количество образующихся химических соединений, различное их агрегатное состояние, большая пространственная изменчивость барьеров, наличие организованной и стихийной деятельности человека формируют многообразие классификационных признаков. По конфигурации барьеры классифицируются по соотношению длины L, ширины S и глубины H. Можно выделить линейные (когда длина барьеров больше их ширины и глубины), площадные(когда длина и ширина больше глубины) и изометричные (когда длина, ширина и глубина близки между собой по величине) барьеры. В природе, естественно, существуют и промежуточные типы. Выделенные типы барьеров могут иметь дискретный характер и образовывать совокупности в пространстве. Например, участки рек с различными скоростями течения являются механическими барьерами для частиц различной крупности, т.е. река представляет собой совокупность линейных механических барьеров. Примером дискретных площадных барьеров могут служить участки поверхности земли с пестрым составом почвенного покрова. Участки с одинаковыми почвами образуют совокупности природных дискретных площадных барьеров. Анализ таких совокупностей позволяет районировать территорию по степени буферности почв в отношении различных загрязнителей.

Развитие промышленности привело к формированию участков земной поверхности, где техногенные процессы преобладают над природными. В ряде случаев техногенные барьеры целенаправленно создаются на пути движения техногенных потоков для локализации загрязнения. Отличительной особенностью техногенных барьеров является возможность аккумуляции веществ, не встречающихся в природных условиях, таких как нефтепродукты, полиароматические углеводороды, пестициды и др. Концентрации веществ, имеющих природные аналоги, на техногенных барьерах в ряде случаев значительно выше, чем на природных. Техногенные геохимические барьеры изучены пока значительно хуже, чем природные. В том числе в настоящее время не существует их единой классификации.

 

.3 Роль Цимлянского водохранилища  как геохимического барьера

 

Цимлянское водохранилище представляет собой комплексный геохимический барьер. В нем присутствует наложение физико-химического, механического и биологического классов барьеров, не совпадающих по площади. В придонном и поверхностном слоях воды происходит концентрация широкого ряда химических элементов. В донный отложениях осаждается основная масса элементов поступающих в водохранилище. Из-за замедленного водообмена водохранилища происходит накопление вредных для человека веществ и ухудшается качество воды.

Цимлянское водохранилище - основной регулирующий водоем в бассейне р. Дон, созданный в 1952-1953 гг. при сооружении Цимлянской ГЭС на территории Ростовской и Волгоградской областей. Общая площадь его водосбора к створу Цимлянского гидроузла составляет 255 тыс. км² или 60% отводосборной площади бассейна р. Дон. Полныйобъем водохранилища при НПУ 36.0 м БС - 23.86 км³, площадь зеркала - 2702 км2.

За более чем полувековой период существования Цимлянского водохранилища, также как и на других водохранилищах на его основе, включая акваторию и ближайший водосбор, сформировался и функционирует сложный многоотраслевой комплекс, включающий водоснабжение и водоотведение всех категорий, гидро- и атомную энергетику, все виды транспорта, рыбное, охотничье и лесное хозяйство, рекреацию и пр. Наложение интересов разных ведомств и ресурсопользователей существенно затрудняет обеспечение основных требований природоохранного законодательства, в т. ч. действующих нормативных документов, регламентирующих работу водохранилища.

Бассейн водохранилища расположен в зоне географического макрорегионального экотона степных и пустынно-степных ландшафтов, отличающихся высокими показателями теплообеспеченности и низкими - увлажнения (ГТК 0.5-0.6), невысокой устойчивостью к антропогенному воздействию. Непосредственно для водоема характерно постоянное колебание уровня воды в процессе наполнения - сработки (от 2 до 5 м). В сочетании с низкой лесистостью территории (<3%), широким распространением лессовидных пород и аллювиально-флювиогляциальных песков, а также широким распространением экологически неадаптивных форм природопользования вышеуказанные факторы способствуют активизации экзогенных процессов (абразионных, оползневых, твердого стока, заиления и пр.).

В современный период изучение состояния водохранилищ, как объектов важного народнохозяйственного значения, требует пристального внимания. Продолжающаяся антропогенная нагрузка в условиях изменяющегося климата вызывает усиление негативных процессов в экосистемах водных объектов.

Наиболее общей, и в тоже время специфической, проблемой всех современных водохранилищ является эвтрофикация, приводящая к интенсивному развитию фитопланктона - первого трофического звена, поставщика органического вещества.

Проявлением этого является «цветение» воды в основном за счет синезеленых микроводорослей (Cyanophyta). Вследствие этого усиливается процесс токсификации вод и донных отложений экосистемы водохранилища. Наиболее активно процессы эвтрофикации и токсификации протекают в водохранилищах южных регионов, что обусловлено особенностями климата. Усиливает эти процессы антропогенное загрязнение.

Цимлянское водохранилище, расположенное на территории Волгоградской и Ростовской областях, образовано в результате перекрытия плотиной ГЭС долины Нижнего Дона. Строительство ГЭС началось в 1948 году. Заполнено водохранилище в 1952-1953 годах. Его акватория имеет площадь 2700 км, общий объем - 23,9 км, в том числе полезный - 11,5 км. Средняя ширина водоема около 12 км, наибольшая - 30 км. По морфологическим характеристикам и гидрологическим показателям акватория водохранилища делится на 3 участка: верхний - от г. Калача-на- Дону до х. Ильмень-Суворовского, центральный - от х. Ильмень-Суворовского до х. Кривского и приплотинный - от х. Кривского до плотины Цимлянской ГЭС.