Для решения задач по оценке и прогнозу техногенного загрязнения окружающей среды химическими элементами представляется целесообразным использовать расчетные балансовые модели, позволяющие описать динамику отдельных геохимических показателей в некотором объеме природной среды через соотношение миграционных потоков. Одним из основных входящих потоков, обеспечивающих поступление загрязнителей в экосистемы, являются атмосферные выпадения от промышленности и транспорта. Применительно к данному виду воздействия для оценки и прогноза загрязнения почв и донных отложений тяжёлыми металлами (ТМ) могут быть использованы приведенные ниже расчетные модели.

В основу модели загрязнения почв положено представление о формировании техногенных аномалий за счет пылевых выпадений, характеризующихся избыточными по отношению к фону почв содержаниями ТМ, при участии некоторого количества растворенных форм, которые могут переходить в твердую фазу при взаимодействии атмосферных осадков с почвами. Изменения запасов ТМ в почвах (почвенном объеме V=S^.h) ΔQ^TM и соответствующие им прогнозируемые концентрации в почвах (слое мощностью h) С(n) определяются выражениями:

где Q^TM_взв - поступление ТМ с пылевыми выпадениями Q^П на поверхность почв площадью S; C_ф - фоновые содержания ТМ в почвах; Q^TM_р - поступление растворенных форм ТМ с выпадениями; ƒ_взв - коэффициент, характеризующий потери для почв взвешенных форм ТМ (при выносе с поверхностным стоком); ƒ_p - коэффициент, характеризующий потери для почв растворенных форм ТМ (при выносе с поверхностным и внутрипочвенным стоком); С(0) - текущие концентрации ТМ в почвах ( на начало техногенного воздействия); d - плотность почв.

Оценка поступления загрязнителей осуществляется по данным снеговых съемок [1] с введением поправок на возможную динамику твердофазных выпадений в течение года (оценки выпадений в летний период могут быть получены по данным пылевых смывов). В основе определений коэффициентов ƒ_взв и ƒ_p лежат соотношения выноса взвешенных и растворенных форм ТМ с речным стоком и их поступления на площадь водосбора с атмосферными выпадениями (метод <малых водосборов>, [2]).

Загрязнение донных отложений происходит преимущественно за счет твердофазного материала с аномальными содержаниями ТМ. Основной перенос загрязнителей в составе твердого стока осуществляется в периоды снеготаяния и ливневых дождей. Применительно к малым рекам, в качестве основы моделирования может быть использовано уравнение <идеального> потока рассеяния А.П.Соловова [3], согласно которому распределение концентраций элементов в аллювии является функцией площадной продуктивности вторичного ореола рассеяния в элювио-делювии и площади бассейна водосбора. Техногенные аномалии в почвах и снеге допустимо рассматривать в качестве аналога вторичных ореолов. Поскольку эрозия почв в равнинных районах с развитым растительным покровом характеризуется малой интенсивностью, загрязнение аллювия происходит преимущественно за счет элементов, аккумулированных снежным покровом. С учетом данного допущения проведение расчетов за период n лет предполагает оценку запасов взвешенных форм загрязнителей Q^TM_сн и пыли Q^П_взв в снежном покрове на площади водосбора S_x, отвечающей точке x на любом расстоянии от водораздела, и их доли α', пошедшей на аккумуляцию в аллювий, устанавливаемой эмпирическим путем:

где С_ф - фоновое содержание ТМ в аллювии; r - коэффициент редукции; Δh - ежегодный слой денудации; d - плотность почв.

Уравнение позволяет рассчитывать содержания загрязнителей в слое донных отложений, сформированном за любой период техногенного воздействия (без ограничений на его продолжительность). Проведение расчетов содержаний в слое опробования аллювия C_х ограничивается моментом, когда мощность образованного за период техногенного воздействия слоя аллювия Δhal достигнет мощности слоя опробования h: .

Литература:

1. Сает Ю.Е., Ревич Б.А., Янин Е.П. и др. Геохимия окружающей среды. М., Недра, 1990, 335 с.

2. Елпатьевский П.В. Геохимия миграционных потоков в природных и природно-техногенных геосистемах. М., Наука, 1993, 253 с.

3. Соловов А.П. Геохимические методы поисков месторождений полезных ископаемых. М., Недра, 1985, 294 с.