София Романова - Бессточные водоемы Казахстана. Том 1. Гидрохимический режим

• Название: Бессточные водоемы Казахстана. Том 1. Гидрохимический режим
• Автор: София Романова
• Жанр: Образовательная литература

Настоящее учебное пособие – первая книга, в которой излагается материал по вопросам гидрохимии и гидроэкологии естественных (озеро Балкаш) и искусственных (водохранилища-охладители) бессточных водоемов Казахстана. На основе многолетних комплексных полевых и лабораторных исследований выявлены основные закономерности формирования их гидрохимического режима, а также факторы его определяющие. Показано влияние континентальности климата на гидрохимию водоемов, выявлены отличительные особенности водоемов аридной зоны по сравнению с таковыми гумидных областей, доказана исключительная самоочищающая способность природных вод Казахстана. Выяснена роль антропогенных факторов на протекание гидрохимических процессов в водоемах (карбонатообразование, карбонатонакопление, сорбция – десорбция, накипеобразование, катионный обмен, метаморфизация химического состава и др.). Приведены контрольные вопросы и упражнения для подготовки к рубежному контролю.

Рассчитана на научных сотрудников, работающих в области гидрохимии, гидроэкологии, гидробиологии, гидрологии и специалистов других областей народного хозяйства, связанных с изучением и использованием водных ресурсов. Книга будет полезной и для студентов, аспирантов и преподавателей ВУЗов химических, географических и экологических специальностей.

---

Из диаграммы видно, что и в других континентальных озерах, как Анжбулат и Тениз, в результате метаморфизации содержание сульфата уменьшается не намного.

Однако следует констатировать факт, имеющий место в природных водах, что во всех случаях систем «река – озеро», даже чисто континентального происхождения, имеет место уменьшение содержания сульфат ионов. Возможно, что одним из объяснений может служить реакция взаимодействия гидрокарбоната кальция с сульфатом магния и биохимические (гидробиологические) процессы.

Вследствие того, что в континентальных водоёмах метаморфизация идет за счёт взаимодействия главным образом карбонатных и сульфатных вод, происходит убыль ионов карбоната магния и кальция. Уменьшение содержания магния хорошо видно на диаграмме на примерах озёр Балкаш, Алаколь, Анжбулат, Кучук (рисунок 1.5).

Из всего этого вытекает, что реки, вне сомнений, хотя и играют ведущую роль в водно – солевом питании водоемов, но ожидать близкого сходства их состава не следует. Атмосферные осадки и особенно подземные воды, имеющие повышенную минерализацию, и окружающая среда оказывают большое влияние на гидрохимию водоема, что приводит к постоянно протекающей метаморфизации химического состава воды. Как следствие метаморфизации изменяется состав солей, внесенных водами. Направление и глубина метаморфизации зависят от состава метаморфизующих агентов, но в водоёмах морского или смешанного происхождения (Каспий) имеет место уменьшение содержания сульфатов, в континентальных водоёмах (Балкаш) это наблюдается в меньшей степени.

Во всех разобранных системах «река – озеро» как следствие метаморфизации наблюдается уменьшение значения магниевого индекса.

В результате процессов взаимодействия сульфатных и карбонатных вод и ионообмена, характерных только для континентальных водоёмов, сформировался солевой состав современной воды озер Балкаш и Алаколь. Из вышесказанного следует, что состав воды этих озёр должен иметь характеризующие их отличительные особенности. Одной из отличительных особенностей состава воды изучаемых озер оказалось сравнительно малое содержание в них поваренной соли. Содержание её в балкашской и алакольской воде по сравнению с каспийской и аральской водой более чем в два раза, а при сравнении с черноморской и океанической водой – почти в 2,5 раза меньше.

Наряду с малым содержанием поваренной соли вода имеет высокое значение сульфат – хлорного коэффициента SO2-4/Cl-. Значение этого показателя для балкашской воды превышает аральскую в 1,5 раза, каспийскую в 2,5, океанскую и черноморскую воду – в 10 раз, а для алакольской воды это значение ещё выше.

Следующей очень интересной особенностью состава воды аридных озер является содержание магний – иона, которого в сумме ионов приблизительно столько же, сколько в воде Каспийского и Аральского морей, но содержание MgSO4 в балкашской воде в 2, а в алакольской в 8 раз меньше.

У – Урал, С – Сыр – Дарья, Ад – Аму – Дарья, Н – Нура, И – Ертис, Бу – Бурла , Ил – Иле, Кт, Каратал, Л – Лепсы, Ас – Аксу, В – Волга, О – океан, Ч – Черное море, К – Каспийское море, А – Аральское море, Б – Балкаш, Т – Тениз, Аб – Анжбулат, Ку – р.Кулунда, К – р.Кучук, о.К. – оз.Кучук, Ж – Жаманты, Р – Ргайты, То – Тохты, Те – Тентек, Ур – Урджар, Х – Хатынсу, Э – Эмель, Кк – Каракол, (химический состав вод, кроме Прибалкашья, взят из кн.Алекина [188], индексы по Иенеке пересчитаны нами)

Рисунок 1.5 – Положение фигуративных точек состава природных вод в системе «река-озеро»

Ещё одной отличительной особенностью оказалось отсутствие в воде изучаемых озер растворённого сульфата кальция (гипса).

Отмеченные отличительные особенности состава воды в сочетании с другими свойствами должны обусловливать и состав соляных озер, образовавшихся из этой воды.

1.6.5 Исключительная самоочищающая способность природных вод РК

Процессы самоочищения – совокупность всех природных (гидродинамических, химических, микробиологических и гидробиологических) процессов в загрязненных природных водах, направленных на восстановление объектов. В настоящее время в гидрохимии принята следующая формулировка загрязнения природных вод: превышение в рассматриваемый период фоновой средней многолетней (в пределах ее крайних значений) концентрации загрязняющих веществ или значений показателей, приводящее к ухудшению качества воды для водопотребления, обусловленное хозяйственной деятельностью [87]. Сложность и разнообразие процессов естественного самоочищения природных вод, их значимость и сущность обусловливаются большим числом загрязняющих веществ, специфическими (физикогеографическими) условиями водоемов.

Сточные воды, поступая в водоемы, оказывают негативное воздействие, прежде всего на биоценоз, нарушают естественный режим многих компонентов химического состава воды. Одновременно и взаимосвязано с разбавлением и перемешиванием сточных вод с природной водой идут гидробиологические, гидрохимические и другие процессы превращения веществ в водоеме. Процессы трансформации и превращения веществ оказывают решающую роль в самоочищении водных масс. Физико-химические процессы, протекающие в водоемах, тесно связаны с биологическими процессами, в том числе микробиологическими, и порой трудно констатировать, где заканчивается один процесс и начинается второй.

Наиболее изученным вопросом в этой области является превращение органических веществ, способствующее непрерывному смещению ионных и фазовых равновесий в природных водах [88; 89]. Сам процесс превращения органических соединений протекает в несколько стадий, в результате чего промежуточные продукты часто оказываются более токсичными, чем исходные вещества. Последнее обстоятельство приводит к продолжающемуся загрязнению вод. И, тем не менее, вода природных водных объектов имеет способность самоочищаться.

На самоочищающую способность (СС) природных вод оказывают влияние многие факторы, роль которых оценивается учеными по – разному. Одни из них склонны выделять чисто процессы самоочищения (преимущественно отмирание чуждых водоему микроорганизмов, снижение содержания токсикантов за счет физико-химических и биохимических реакций и т.п.) и собственно смешение и разбавление загрязненной воды природной. Другая группа исследователей считает разбавление как один из факторов самоочищения наряду с такими процессами, как действие солнечной радиации, осаждение, поглощение и др.

В настоящее время выделяется пять главных направлений в исследовании процессов разбавления сточных вод природной водой и СС водных объектов. Каждое из этих направлений является предметом самостоятельного изучения:

1) разработка методов расчета разбавления и перемешивания сточных вод в водоемах (водотоках) при различных условиях;

2) изучение химизма превращения токсикантов в воде, илах, донных отложениях, взвесях;

3) выявление роли микроорганизмов;

4) исследование влияния процессов фотосинтеза;

5) изучение механизма миграции загрязняющих веществ (ЗВ) в подземных водах.

Изучение СС водных объектов проводится по – разному: расчетным путем (расчет скоростей превращения ЗВ, их ПДС, моделирование, прогноз) и натурными исследованиями (лабораторные условия или непосредственно на водном объекте) [90; 91] и др.

В настоящем учебном пособии из-за ограниченного объема нереально детально осветить все вопросы, связанные с проблемой самоочищения природных вод. Ниже приведен краткий обзор литературы по выявлению исключительной самоочищающей способности водоемов и водотоков аридных зон в сравнении с водоемами гумидных областей.

Роль сорбционных процессов в снижении концентрации тяжелых металлов, фосфора в воде оз. Балкаш подробно изложена автором в разделе 3.4.

Детальными многолетними исследованиями С.С. Крученко установлено, что при упаривании вод континентального происхождения в твердую фазу выпадают осадки (карбонаты, сульфаты), увлекая за собой такие компоненты, как бром (0,002 – 0,025%), йод (0,0002 – 0,016%), бор (0,0002 – 0,005%), кремний (до 0,02%), фосфор (до 2 . 10-5%), калий (0,016 – 0,094%) [92]. А.И. Мун доказал, что такие элементы как фтор, бром, йод, бор, литий, калий, рубидий, цезий, кобальт, никель и цинк аккумулируются из воды континентальных водоемов донными отложениями, благодаря адсорбции их различными коллоидами, но геохимическое поведение названных элементов в системе «вода – ил» различное [93].

Для долгосрочного прогнозирования качества природных вод необходимо знание о скорости самоочищения. По данным натурных наблюдений на реках СНГ И.М. Кореновской и др. [94] рассчитаны значения коэффициентов скорости самоочищения речных вод 80 % – ой обеспеченности в весенне-летний период от некоторых загрязняющих веществ (таблица 1.4). Так, наибольшим значением К, равным 1,80 1/сут, характеризуются ионы аммония, наименьшими (0,20 1/сут) – ХПК, НП, Fe, Ni и Cr.