Параметры качества окружающей среды пресной воды - Freshwater environmental quality parameters

Параметры качества окружающей среды пресной воды это те химические, физические или биологические параметры, которые можно использовать для характеристики пресноводного объекта. Поскольку почти все водные объекты динамичны по своему составу, соответствующие параметры качества обычно выражаются в виде диапазона ожидаемых концентраций.

К ним относятся природные и искусственные химический, биологический и микробиологический Характеристики реки, озера и грунтовые воды, способы их измерения и способы их изменения. Значения или концентрации, приписываемые таким параметры может использоваться для описания статуса загрязнения окружающей среды, ее биотического статуса или для прогнозирования вероятности присутствия определенных организмов. Мониторинг параметров качества окружающей среды является ключевым видом деятельности в управлении окружающей средой, восстановлении загрязненной окружающей среды и прогнозировании воздействия антропогенных изменений на окружающую среду.

Характеристика

Первый шаг в понимании химического состава пресной воды - установить соответствующие концентрации интересующих параметров. Обычно это делается путем отбора репрезентативных проб воды для последующего анализа в лаборатории. Однако также используется мониторинг на месте с использованием портативного аналитического оборудования или станций мониторинга на берегу.

Отбор проб

Пресноводные воды на удивление трудно отобрать, потому что они редко однородный и их качество меняется в течение дня и в течение года. Кроме того, наиболее репрезентативные точки отбора проб часто находятся на расстоянии от берега или берега, что усложняет логистику.

Реки

Наполнение чистой бутылки речной водой - очень простая задача, но одна проба является репрезентативной только для той точки вдоль реки, из которой была взята проба, и в этот момент времени. Понимание химического состава всей реки или даже значительного притока требует предварительного исследования, чтобы понять, насколько однороден или смешан поток, и определить, меняется ли его качество в течение дня и в течение года. Почти все естественные реки будут претерпевать очень значительные изменения в течение дня и времен года. Дистанционное зондирование воды предлагает пространственно непрерывный инструмент для улучшения понимания пространственного и временного качества речной воды. Многие реки также имеют очень большой поток, которого не видно. Он протекает через нижележащие слои гравия и песка и называется гипорейный поток. Степень перемешивания между гипорейной зоной и водой в открытом канале будет зависеть от множества факторов, некоторые из которых связаны с выходящими потоками. водоносные горизонты которые могли хранить воду в течение многих лет.

Грунтовые воды

Подземные воды по самой своей природе часто очень труднодоступны для отбора проб. Как следствие, большинство данных о грунтовых водах поступает из проб, взятых из пружины, колодцы, водопроводные скважины и в естественных пещеры. В последние десятилетия, когда потребность в понимании динамики грунтовых вод возросла, в водоносные горизонты было пробурено все больше или больше контрольных скважин.

Озера

смотрите также Лимнология

Озера и пруды могут быть очень большими и поддерживать сложную экосистему, в которой параметры окружающей среды широко меняются во всех трех физических измерениях и со временем. Большие озера умеренной зоны в теплые месяцы часто расслаиваются на более теплые верхние слои, богатые кислородом, и более холодные нижние слои с низким уровнем кислорода. Осенью из-за понижения температуры и периодических сильных ветров два слоя смешиваются в более однородное целое. Когда происходит расслоение, оно влияет не только на уровень кислорода, но и на многие связанные параметры, такие как утюг, фосфат и марганец все они изменяются в своей химической форме за счет изменения редокс потенциал окружающей среды.

В озера также поступает вода, часто из множества различных источников с разным качеством. Твердые частицы из водотока обычно осаждаются около устья ручья, и в зависимости от множества факторов поступающая вода может плавать над поверхностью озера, опускаться под поверхность или быстро смешиваться с водой озера. Все эти явления могут исказить результаты любого мониторинга окружающей среды, если сам процесс не изучен.

Зоны смешивания

Там, где две реки встречаются в месте слияния, существует зона смешения. Зона смешения может быть очень большой и простираться на многие мили, как в случае Миссисипи и Миссури реки в Соединенные Штаты и Река Клвид и Река Элви в Северный Уэльс. В зоне смешения химический состав воды может быть очень изменчивым, и его трудно предсказать. Химические взаимодействия - это не просто смешивание, они могут быть осложнены биологическими процессами из-за погружения в воду. макрофиты и за счет присоединения воды к каналу из гипорейный зоны или из источников, дренирующих водоносный горизонт.

Геологические данные

Геология, лежащая в основе реки или озера, оказывает большое влияние на их химический состав. Река протекает очень древняя докембрийский сланцы вероятно, очень мало растворился в камнях и, возможно, похож на деионизированную воду, по крайней мере, в верховьях. И наоборот река, текущая через мел холмы, и особенно если его источник находится в мелу, будет высокая концентрация карбонаты и бикарбонаты из Кальций и возможно Магний.

По мере того, как река движется по своему течению, она может проходить через множество геологических типов, и в нее могут входить водоносные горизонты, которые не появляются на поверхности нигде в данной местности.

Атмосферные входы

Кислород, вероятно, является наиболее важным химическим компонентом химического состава поверхностных вод, поскольку все аэробные организмы требуется для выживания. Он попадает в воду в основном за счет диффузии на границе раздела вода-воздух. Растворимость кислорода в воде уменьшается с повышением температуры воды. Быстрые турбулентные потоки подвергают воздействию воздуха большую часть поверхности воды и, как правило, имеют низкие температуры и, следовательно, больше кислорода, чем медленные заводи. Кислород является побочным продуктом фотосинтеза, поэтому системы с высоким содержанием водных водорослей и растений могут также иметь высокие концентрации кислорода в течение дня. Эти уровни могут значительно снизиться в ночное время, когда основные продуценты переключаются на дыхание. Кислород может быть ограничивающим, если циркуляция между поверхностным и более глубокими слоями плохая, если активность животных очень высока или если происходит большое количество органических разложений, например, после осеннего опадания листьев.

Большинство других атмосферных поступлений поступает от человека или антропогенный источники, наиболее важными из которых являются оксиды серы, образующиеся при сжигании топлива с высоким содержанием серы, такого как каменный уголь и масло которые приводят к кислотный дождь.^[1] Химия оксиды серы сложен как в атмосфера и в речных системах. Однако эффект на общий химический состав прост в том, что он снижает pH воды, делая ее более кислой. Изменение pH наиболее заметно в реках с очень низкими концентрациями растворенных солей, поскольку они не могут буфер эффекты ввода кислоты. Реки ниже по течению от крупных промышленных городов также подвергаются наибольшему риску. В части Скандинавия и Западный Уэльс и Шотландия многие реки стали настолько кислыми из-за оксидов серы, что большая часть жизни рыб была уничтожена, и в критических погодных условиях были зарегистрированы значения pH до pH4.^[2]

Антропогенные поступления

Большинство рек на планете и многие озера получали или получают в результате деятельности человека. В промышленно развитом мире многие реки были очень серьезно загрязнены, по крайней мере, в 19-м и первой половине 20-го веков. Хотя в целом в развитом мире произошли значительные улучшения, на планете все еще наблюдается значительное загрязнение рек.

Токсичность

В большинстве экологических ситуаций присутствие или отсутствие организма определяется сложной сетью взаимодействий, только некоторые из которых будут связаны с измеряемыми химическими или биологическими параметрами. Скорость потока, турбулентность, межвидовая и внутривидовая конкуренция, поведение при кормлении, болезнь, паразитизм, комменсализм и симбиоз это лишь некоторые из проблем и возможностей, с которыми сталкивается любой организм или популяция. Большинство химических компонентов благоприятны для одних организмов и менее благоприятны для других. Однако в некоторых случаях химический компонент оказывает токсическое действие. то есть, где концентрация может убить или серьезно подавить нормальное функционирование организма. Если был продемонстрирован токсический эффект, это можно указать в разделах ниже, посвященных отдельным параметрам.

Химические составляющие

Цвет и мутность

Часто наиболее очевидной визуальной характеристикой является цвет пресной воды или ее прозрачность или мутность. К сожалению, ни цвет, ни мутность не являются сильными индикаторами общего химического состава воды. Однако и цвет, и мутность уменьшают количество света, проникающего в воду, и могут оказывать значительное влияние на водоросли и макрофиты. В частности, некоторые водоросли сильно зависят от воды с низким цветом и мутностью.

Многие реки, истощающие высокие болота, перекрыты торф имеют очень глубокий желто-коричневый цвет из-за растворенных гуминовые кислоты.

Органические составляющие

Одним из основных источников повышенных концентраций органических химических компонентов являются очищенные сточные воды.

Растворенный органический материал обычно измеряется с помощью Биохимическая потребность в кислороде (БПК) или Химическая потребность в кислороде (ХПК) тест. Органические компоненты играют важную роль в химии рек из-за их влияния на концентрацию растворенного кислорода и влияния, которое отдельные органические виды могут оказывать непосредственно на водную биоту.

Любой органический и разлагаемый материал потребляет кислород при разложении. При значительном повышении концентрации органических веществ влияние на концентрацию кислорода может быть значительным, и по мере того, как условия становятся экстремальными, русло реки может стать аноксический.

Некоторые органические компоненты, такие как синтетические гормоны, пестициды, фталаты имеют прямое метаболическое воздействие на водную биоту и даже на людей, пьющих воду, взятую из реки. Понимание таких составляющих и того, как их можно идентифицировать и количественно оценить, приобретает все большее значение для понимания химии пресной воды.

Металлы

В реках из природных источников можно найти широкий спектр металлов, где металлические руды присутствуют в скалах, по которым протекает река, или в водоносных горизонтах, питающих воду в реку. Однако многие реки имеют повышенную нагрузку на металлы из-за промышленной деятельности, которая включает в себя добычу полезных ископаемых и разработку карьеров, а также обработку и использование металлов.

Утюг

Железо, обычно в виде Fe⁺⁺⁺ является обычным компонентом речных вод на очень низких уровнях. Более высокие концентрации железа в кислых источниках или в бескислородной гипорейной зоне могут вызвать видимое оранжевое / коричневое окрашивание или полужелевидные осадки плотного оранжевого цвета. железо бактериальное хлопать ковровое покрытие русла реки. Такие условия очень вредны для большинства организмов и могут нанести серьезный ущерб речной системе.

Добыча угля также является очень важным источником железа как в шахтных водах, так и на складах угля и при переработке угля. Давно заброшенные шахты могут быть трудноизлечимым источником высоких концентраций железа. Низкие уровни железа обычны в родниковых водах, исходящих из глубоко залегающих водоносных горизонтов и, возможно, считающихся лечебными источниками. Такие пружины обычно называют Chalybeate источников и породили ряд спа города в Европе и США.

Цинк

Цинк обычно ассоциируется с добычей металлов, особенно с добычей свинца и серебра, но также является компонентом загрязнителя, связанным с различными другими видами деятельности по добыче металлов и с Добыча угля. Цинк токсичен для многих водных организмов в относительно низких концентрациях. Микрорегма начинает проявлять токсическую реакцию уже при концентрации 0,33 мг / л ^[3]

Тяжелые металлы

Свинец и серебро в речных водах обычно встречаются вместе и связаны с добычей свинца. Воздействие очень старых шахт может быть очень долгим. в Река Иствит в Уэльс например, последствия добычи серебра и свинца в 17-18 веках в верховьях все еще вызывают неприемлемо высокие уровни цинка и Вести в реке вода вплоть до впадения в море. Серебро очень токсичен даже при очень низких концентрациях, но не оставляет видимых доказательств своего загрязнения.

Свинец также очень токсичен для пресноводных организмов и людей, если вода используется в качестве питьевой. Как и в случае с серебром, свинцовое загрязнение не видно невооруженным глазом. В Река Рейдол в западном Уэльсе до конца 19 века в верховьях находилась крупная серия свинцовых рудников, а сбросы шахт и концы отходов сохранились до сих пор. В 1919–1921 годах в нижнем районе Рейдола было обнаружено только 14 видов беспозвоночных, когда концентрация свинца составляла от 0,2 до 0,5 частей на миллион. К 1932 году концентрация свинца снизилась до 0,02–0,1 частей на миллион из-за прекращения добычи, и при этих концентрациях донная фауна стабилизировалась до 103 видов, включая три пиявки.^[4]

Добыча угля также является очень важным источником металлов, особенно железа, цинка и Никель особенно там, где уголь богат, если пирит который окисляется при контакте с воздухом, образуя очень кислый фильтрат который способен растворять металлы из угля.

Значительные уровни меди в реках необычны, и там, где это происходит, источником, скорее всего, является горнодобывающая деятельность, складирование угля или свинья сельское хозяйство. Редко повышенные уровни могут иметь геологическое происхождение. Медь очень токсична для многих пресноводных организмов, особенно для водорослей, при очень низких концентрациях, а значительная концентрация в речной воде может иметь серьезные неблагоприятные последствия для местной экологии.

Азот

Азотистые соединения имеют множество источников, включая вымывание оксидов азота из атмосферы, некоторые геологические поступления и некоторые из макрофитов и водоросль азотфиксация. Однако для многих рек, находящихся в непосредственной близости от людей, наибольший вклад поступает из сточных вод, очищенных или неочищенных. Азот получается из продуктов распада белки нашел в моча и кал. Эти продукты, будучи очень растворимыми, часто проходят процесс очистки сточных вод и сбрасываются в реки как компонент очистка сточных вод сточные воды. Азот может быть в форме нитрат, нитрит, аммиак или соли аммония, или так называемый альбуминоидный азот или азот, все еще находящиеся в молекуле органического протеиноида.

Различные формы азота относительно стабильны в большинстве речных систем, при этом нитрит медленно превращается в нитрат в хорошо насыщенных кислородом реках, а аммиак - в нитрит / нитрат. Однако в прохладных реках этот процесс идет медленно, и снижение концентрации чаще можно объяснить простым разбавлением. Все формы азота поглощаются макрофитами и водорослями, и повышенный уровень азота часто связан с разрастанием растений или эвтрофикация. Они могут иметь эффект блокировки каналов и подавления навигация. Однако с экологической точки зрения более существенное влияние оказывается на концентрацию растворенного кислорода, который может стать перенасыщенным в дневное время из-за растений. фотосинтез но затем снижается до очень низкого уровня в темноте, поскольку дыхание растений использует растворенный кислород. В сочетании с высвобождением кислорода при фотосинтезе происходит образование бикарбонатных ионов, которые вызывают резкое повышение pH, что соответствует в темноте, как углекислый газ высвобождается при дыхании, что значительно снижает pH. Таким образом, высокие уровни азотистых соединений, как правило, приводят к эвтрофикации с резкими колебаниями параметров, что, в свою очередь, может существенно снизить экологическую ценность водотока.

Ионы аммония также обладают токсическим действием, особенно на рыбы. Токсичность аммиака зависит как от pH, так и от температуры, и дополнительная сложность заключается в буферном эффекте границы раздела кровь / вода через жабры мембрана который маскирует любую дополнительную токсичность при pH выше 8,0. Управление химией реки во избежание экологического ущерба особенно сложно в случае аммиака, поскольку необходимо учитывать широкий спектр потенциальных сценариев концентрации, pH и температуры, а также учитывать суточные колебания pH, вызванные фотосинтезом. В теплые летние дни с высокими концентрациями бикарбонатов могут быть созданы неожиданно токсичные условия.

Фосфор

Фосфор соединения обычно находятся в речной воде в виде относительно нерастворимых фосфатов, и, за исключением некоторых исключительных обстоятельств, их происхождение сельское хозяйство или человеческие сточные воды. Фосфор может стимулировать чрезмерный рост растений и водорослей и способствовать эвтрофикация. Если река впадает в озеро или водохранилище, фосфат может мобилизоваться из года в год в результате естественных процессов. Летом озера стратифицируются, так что теплая вода, богатая кислородом, плавает поверх холодной воды, бедной кислородом. В теплых верхних слоях - эпилимнион - растения потребляют имеющийся фосфат. Поскольку растения умирают в конце лета, они попадают в слои прохладной воды под ними - гиполимнион - и разложить. Во время зимнего периода, когда озеро полностью перемешивается под действием ветра на охлаждающийся водоем, фосфаты снова распространяются по озеру, чтобы прокормить новое поколение растений. Этот процесс - одна из основных причин постоянных цветение водорослей на некоторых озерах.

Мышьяк

Геологические месторождения мышьяка могут попадать в реки, где используются глубокие подземные воды, как в некоторых частях Пакистан. Многие металлоидные руды, такие как свинец, золото и медь содержат следы мышьяка, а плохо хранящиеся хвосты могут привести к попаданию мышьяка в гидрологический цикл.

Твердые тела

Инертные твердые вещества образуются во всех горных реках, поскольку энергия воды помогает измельчать камни в гравий, песок и более мелкие материалы. Многие из них очень быстро оседают и являются важным субстратом для многих водных организмов. Много лосось рыбе требуются грядки из гравия и песка, чтобы откладывать икру^[5].Многие другие типы твердых частиц из сельского хозяйства, горнодобывающей промышленности, карьеров, городских стоков и сточных вод могут блокировать солнечный свет от реки и могут блокировать пустоты в гравийных пластах, делая их бесполезными для нереста и поддержания жизни насекомых.

Бактериальные, вирусные и паразитарные поступления

Как сельское хозяйство, так и очистка сточных вод попадают в реки с очень высокой концентрацией бактерии и вирусы включая широкий спектр патогенный организмы. Даже в районах с небольшой деятельностью человека можно обнаружить значительные уровни бактерий и вирусов, происходящих от рыб и водных млекопитающих, а также от животных, пасущихся у рек, таких как олень.Отводы наземных вод часто посещаются овца, козы или олень может также являться источником различных оппортунистических паразитов человека, таких как печеночная двуустка. Следовательно, очень мало рек, воду из которых можно пить без какой-либо стерилизации или дезинфекции. В реках, используемых для контактного отдыха, например для купания, безопасные уровни бактерий и вирусов могут быть установлены на основе оценки риска.

При определенных условиях бактерии могут колонизировать пресные воды, иногда создавая большие плоты из нитчатых матов, известных как грибок сточных вод - обычно Sphaerotilus natans. Наличие таких организмов почти всегда является показателем экстремального органическое загрязнение и ожидается, что он будет сочетаться с низкими концентрациями растворенного кислорода и высокими значениями БПК.

Кишечная палочка Бактерии обычно обнаруживаются в рекреационных водах, и их присутствие используется для указания на присутствие недавнего фекального загрязнения, но присутствие E. coli может не указывать на отходы жизнедеятельности человека. Кишечная палочка встречаются у всех теплокровных животных. Кишечная палочка также были обнаружены у рыб и черепах.^[6] Энтеробактерии также может сохраняться в окружающей среде в иле, отложениях, песке и почве в течение значительного времени.^[7]

pH

На pH в реках влияет геология источника воды, атмосферные поступления и ряд других химических загрязнителей. pH может стать проблемой только на высокогорных реках с очень плохой защитой, где атмосферная сера и оксиды азота может очень значительно снизить pH до pH 4 или в эвтрофных щелочных реках, где фотосинтетическое производство бикарбонатных ионов в процессе фотосинтеза может повысить pH выше pH 10

Смотрите также

• Стандарты качества питьевой воды
• Гармонизированная схема мониторинга

Рекомендации