Все о геологии :: на главную страницу! Геовикипедия 
wiki.web.ru 
Поиск  
  Rambler's Top100 Service
 Главная страница  Конференции: Календарь / Материалы  Каталог ссылок    Словарь       Форумы        В помощь студенту     Последние поступления
   Геология >> Геоэкология | Диссертации
 Обсудить в форуме  Добавить новое сообщение

Оценка и прогноз техногенного загрязнения локальных экосистем химическими элементами на основе балансовых расчетов

Лубкова Татьяна Николаевна
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук
содержание

Глава 5. Оценка и прогноз загрязнения почв солевыми компонентами в зоне влияния транспортных магистралей.

5.1. Модель солевого загрязнения почв. Солевое загрязнение компонентов окружающей среды является следствием применения на автодорогах для борьбы с зимней скользкостью противогололедных реагентов (преимущественно хлоридов).

В результате снегоуборочных работ, с дорожными стоками и при воздушно-капельном переносе солей происходит их поступление в окружающую среду. Весной часть солей, аккумулированных в снеге, удаляется с талым стоком; оставшаяся часть идет на засоление почв. В теплый период года, по мере промывания атмосферными осадками, уровень засоления снижается, достигая минимума к началу осени.

Уравнение баланса солей в почвах придорожной полосы (почвенном объеме V=Sh) имеет вид:

где Qo, Qn - запасы солей в почвах придорожной полосы после снеготаяния в начале и конце расчетного периода n (лет); - вымывание в течение теплого периода года; ΔQw - доля от количества солей, аккумулированных в снежном покрове за зимний период Qсн, ежегодно идущая на загрязнение почв.

Для практических вычислений приведенное уравнение может быть представлено рекуррентной формулой с временным шагом Δt, равным году:

Запасы солей в снежном покрове в придорожной полосе зависят от объемов внесения реагентов на дорожное полотно за зимний период и могут быть оценены по результатам снеговых съемок. Оценка вымывания атмосферными осадками производится на основе опробования почв в начале и конце теплого периода: ΔQw = Q - Q', где Q' - запасы солей в почвах в конце теплого периода.

Значение коэффициента a определяется по результатам годичных исследований, в ходе которых оценивают запасы в почвах на момент после снеготаяния в текущем и следующем году, величину вымывания для текущего года и запасы солей в снежном покрове следующего года: a = (Qt+1 - Qt + ΔQtw) / Qt+1сн.

Поскольку растворимые соли практически не взаимодействуют с почвами при снеготаянии и выносятся с пропорционально количеству воды, участвующей в стоке (Василенко и др., 1985), a = 1 - ƒT, где ƒT - коэффициент стока талых вод.

Прогноз солевого загрязнения осуществляется для заданных значений нагрузок, характеризующих запасы солей в снежном покрове (Qtсн = Qрасчсн).

Основной задачей, без решения которой прогноз невозможен, является оценка вымывания солей атмосферными осадками для t-го года ΔQtw, являющейся функцией от количества осадков в теплый период pt и исходных запасов солей Qt в почвах: ΔQtw = ƒ(pt, Qt). При условии pt = const в течение расчетного периода ΔQtw = ƒ(Qt) = qwQt, где qw - потери (в долях) солей за теплый период.

В этом случае исходное уравнение для расчетов прогнозируемых запасов солей в почвах может быть представлено в виде: Qt+1 = (1 - qw)Qt + aQрасчсн.

При условии, что запасы солей в снежном покрове Qрасчсн = qwQo/a уровень солевого загрязнения в течение прогнозного периода сохранится, при Qрасчсн > qwQo/a будет наблюдаться рост солевого загрязнения, а при Qрасчсн < qwQo/a - его уменьшение. Предельным значением для Qt является величина запасов Qlim:

5.2. Оценка и прогноз солевого загрязнения почв в НП <Лосиный остров>.

Расчеты солевого загрязнения были проведены для почв на территории парка, прилегающих к участку МКАД. Выбор элементов (Na и Cl) обоснован составом реагентов на момент начала исследований в 1999 г. (техническая соль NaCl).

Поступление солевых компонентов с дорожного полотна на прилегающую территорию оценивалось по данным снеговых съемок (2000, 2003, 2006 гг.). Установлено, что интенсивность выпадений Na и Cl резко падает при удалении от автомагистрали: при аппроксимации нагрузок солевых компонентов функцией вида P(x) = b / xa, где х - расстояние от МКАД, значения показателя степени a→1.

По данным снеговых съемок были проведены расчеты нагрузок солевых компонентов и оценены запасы загрязнителей в снежном покрове (Т=140 сут) в придорожной полосе (по 500 м с каждой стороны от МКАД (табл. 7)).
Таблица 7. Поступление солевых компонентов (Na, Cl) с выпадениями около МКАД
Зимний сезонNaCl
PNa,кг/км2сутPNa/PФNa*Qсн,т/км2PCl,кг/км2сутPCl/PФCl*Qсн,т/км2
1999-0018,543,02,529,417,33,9
2002-032,55,80,2915,69,21,9
2005-065,613,00,7228,516,83,8
* PФNa = 0,43 кг/км2сут, PФCl = 1,7 кг/км2сут, по данным ИМГРЭ (р-н оз. Глубокое, 2000 г.)

Дифференциация нагрузок по годам обусловлена различиями в объемах реагентов, внесенных на дорожное полотно, и в большей степени характерна для Na.

Норма расхода технической соли составляла 50 г/м2 полотна на один цикл обработки - около 19 г/м2 Na и 29 г/м2 Cl (Временная инструкция..., 1997). В зимний сезон 1999-2000 гг. при однократной обработке на 1 км полотна МКАД (пять полос со стандартной технической шириной 7 м) поступало около 1,75 т технической соли (0,65 т Na и 1,0 т Cl). За зимний период на 1 км МКАД могло быть внесено до 50 т Na и 80 т Cl (из расчета 80 обработок, согласно Руководству (2003)).

После смены состава реагентов в 2001-02 гг. (переход на использование ХКМ (хлористого кальция модифицированного - 32%-го водного раствора CaCl2), а также гранулированные Na-Ca хлоридные смеси) внесение Na на дорожное полотно резко сократилось, а Cl осталось примерно на том же уровне (около 28 г/м2 Cl на цикл обработки). Снижение расхода реагентов (на 30-40%) могло быть достигнуто за счет точного дозирования в сочетании с оптимизацией уборки снега.

Содержание дорог в условиях более низких температур и обильных осадков требует больших объемов реагентов. Вероятно, поэтому поступление солей в малоснежный зимний период 2002-03 гг. (61% от нормы осадков, по данным (http://meteo.infospace.ru)) оказалось заметно ниже, чем в 2005-06 гг., когда количество осадков было близко к норме (93%), при схожих температурных режимах.

Сопоставление запасов солей в снежном покрове с их вносимым, согласно нормам, количеством показывает, что воздушным путем с покрытия МКАД удаляется около 5-8% реагентов, которые при таянии снега частично аккумулируются в почвах.

В результате снижения поступления Na и Cl с дорожного полотна на фоне их вымывания из почв осадками в теплый период года произошло сокращение масштабов солевого загрязнения почв около МКАД (уменьшение ширины аномалий и концентраций в них элементов) (рис.7). Расчеты запасов солей в почвах (в полосе по 500 м с каждой стороны от дороги), основанные на результатах их систематического опробования, позволили установить, что за период с 1999 по 2005 гг. масштабы солевого загрязнения сократились по Na - в 3,1 раз, по Cl - в 1,5 раз.

Вымывание солевых компонентов из почв осадками в теплый период года оценивалось по данным опробования почв по профилю 2 с мая по сентябрь 2001 г. По результатам подсчетов запасов Na и Cl в почвах было установлено, что потери солей, прямо коррелирующие с количеством осадков за предшествующий период (r=0,96 при r5%=0,88), составили за сезон около 40% от их запасов на начало теплого периода (qw =0,4 при количестве осадков, близком к норме). Наибольший вынос наблюдался в течение мая-июня (около 80% от суммы потерь при 53% осадков) (рис.8).

В основу расчетов доли Na и Cl, идущей на аккумуляцию в почвы при таянии снега, были положены оценки запасов солей в снежном покрове 1999-00 гг. и почвах (1999-01 гг.). Поступление в зимний период 2000-01 гг. было учтено по данным за 1999-00 гг. с поправками на большее количество осадков (302 и 239 мм за ноябрь-март) при сопоставимых значениях средних температур (-3,3oС и -3,2oС). Сведения об осадках за май-сентябрь 1999 и 2000 гг. (253 мм - 71% от нормы и 454 мм - 127% от нормы) были использованы для пропорционального изменения значения qw.

Полученные результаты свидетельствуют, что на аккумуляцию в почвы идет 40-50% от общего количества солей, временно депонированных снежным покровом (a=0,45). С талым стоком удаляется 50-60% загрязнителей, что соответствует значению ƒT, определенному прямыми измерениями для бассейна р.Ички.

На основе полученных оценок входных функций и параметров модели были проведены расчеты запасов солей в почвах на период 2002-05 гг. и их сопоставление с фактическими данными. При расчетах нагрузки за 2001-02, 2003-04 гг. принимались равными оцененным нагрузкам 2002-03 гг., а нагрузки 2004-05 гг. - нагрузкам 2005-06 гг. (в силу сходных интегральных климатических характеристик). Поправки на вымывание вводились по количеству осадков, выпавших за теплый период t-ого года.

Результаты пошагового моделирования динамики солевого загрязнения почв приведены в табл. 8. Сравнение расчетных данных с фактическими свидетельствует о том, что отклонения от последних не превышают 12%.
Таблица 8. Расчеты запасов легкорастворимых солей в почвах придорожной полосы
Элементt → t+1Qt, т/км2pt, % нормыqwaQt+1сн, т/км2Qt+1, т/км2Qt+1факт, т/км2Qt+1/Qt+1факт
Na2001→20023,501030,40,132,232,161,03
2002→20032,23520,20,131,921,901,01
2003→20041,921140,40,131,28--
2004→20051,281270,50,320,961,090,88
Cl2001→20025,241030,40,864,004,011,01
2002→20034,00520,20,864,064,001,05
2003→20044,061140,40,863,30--
2004→20053,301270,51,713,363,380,95
Сходимость расчетных и фактических данных по запасам солей в почвах позволяет использовать балансовую модель для прогноза солевого загрязнения при заданных Qрасчсн и условии qw = const = 0,4 в течение всего прогнозного периода.

Были рассмотрены два варианта прогноза:

1. Qрасчсн равны 0,72 т/км2 для Na и 3,8 т/км2 для Cl (нагрузки 2005/2006 гг.).

2. Qрасчсн равны 0,29 т/км2 для Na и 1,9 т/км2 для Cl (нагрузки 2002/2003 гг.).

В случае начала расчетов с 2005 г. Qo = Q2005 (1,09 т/км2 для Na, 3,38 т/км2 для Cl). При условии равенства запасов в снежном покрове по Na - 0,97 т/км2, по Cl - 3,0 т/км2 масштабы солевого загрязнения почв будут сохраняться

В 1-ом варианте прогноза запасы Na в снежном покрове меньше, а Cl - больше указанных, в течение прогнозного периода будет наблюдаться отрицательная динамика загрязнения почв придорожной полосы Na и положительная - Cl (рис.9). Значения Qlim составят 0,81 т/км2 для Na и 4,28 т/км2 для Cl, что соответствует СNa - 22 г/т (Кc=1,3) и СCl - 51 г/т (Кc=2,3). Во 2-ом варианте для обоих солевых компонентов будет наблюдаться снижение запасов в почвах - до 0,33 т/км2 по Na и 2,14 т/км2 по Cl, что соответствует содержаниям СNa - 19 г/т (Кc=1,1) и СCl - 36 г/т (Кc=1,6).


<< пред. след. >>

Полные данные о работе И.С. Фомин/Геологический факультет МГУ
 См. также
ДиссертацииОценка воздействия геологоразведочных работ на окружающую среду и природных рисков освоения рудных месторождений Камчатки: Глава 5. Оценка воздействия геологоразведочных работ на окружающую среду
КнигиГеофизические методы исследования земной коры. Часть 2 : 6.4.2. Виды техногенного физического загрязнения.
ДиссертацииГеохимия изотопов радиоактивных элементов ( U, Th, Ra) : Глава 3. Геохимия и систематика изотопов U, Th и Ra в условиях техногенного радиоактивного загрязнения окружающей среды.
ДиссертацииОценка воздействия промышленности и транспорта на экосистему национального парка "Лосиный остров": Глава 4. Оценка загрязнения компонентов окружающей среды на территории парка
КнигиГеофизические методы исследования земной коры. Часть 2 :
ДиссертацииОценка воздействия геологоразведочных работ на окружающую среду и природных рисков освоения рудных месторождений Камчатки: Введение

Проект осуществляется при поддержке:
Геологического факультета МГУ,
РФФИ
   
TopList Rambler's Top100