Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України
ХАРКІИСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ АВТОМОБІЛЬНО-ДОРОЖНІЙ УНІВЕРСИТЕТ
Дорожньо-будівельний факультет
Кафедра екології
Курсова робота
з дисципліни "ЛАНДШАФТНА ЕКОЛОГІЯ"
(варіант – 7)
Виконав: ст. гр. ДЕК-31
Грядунов Я.О.
Перевірив: асист. Коверсун С.О.
Харків – 2011
ЗМІСТ
ВСТУП |
4 |
1 ПРОГНОЗ ВПЛИВУ ЗАБРУДНЕНИХ АТМОСФЕРНИХ ОПАДІВ НА СКЛАД ГРУНТОВИХ ВОД |
5 |
1.1 Умови впливу забруднених атмосферних опадів на склад ґрунтових вод |
5 |
1.2 Принципи розрахунку зміни складу ґрунтових вод під впливом забруднюючих речовин у атмосферних опадах |
6 |
2 ОЦІНКА СТУПЕНЯ ЗАХИЩЕНОСТІ ГРУНТОВИХ ВОД ВІД АНТРОПОГЕННОГО ЗАБРУДНЕННЯ |
16 |
2.1 Кількісна оцінка захищеності грунтових вод |
16 |
2.2 Якісна оцінка захищеності ґрунтових вод |
20 |
3 ЗАБРУДНЕННЯ ПІДЗЕМНИХ ВОД В РЕЗУЛЬТАТІ ЗМІНИ ЛАНДШАФТІВ |
23 |
3.1 Регламентація місткості забруднюючих речовин у промислових накопичувачах |
25 |
ВИСНОВКИ |
29 |
ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ |
31 |
ВСТУП
Ландшафтна екологія вивчає стан антропогенних та урбанізованих ландшафтів, їх відновлення за допомогою сучасних засобів, а також прогнозування можливості забруднення ґрунтових вод під впливом забруднюючих речовин (ЗР), що знаходяться в антропогенно навантажених ландшафтах.
Цілеспрямовані дослідження території передбачають не тільки надбання необхідної інформації про ландшафт і ландшафтоутворюючі процеси, але й доведення її до рівня можливого використання в екологічній практиці. Використовуються на практиці різні форми інтерпретації одержаної ландшафтної інформації – обґрунтування, рекомендації, спеціальні карти та схеми тощо.
Мета курсової роботи: ознайомитися з принципами функціонування антропогенних ландшафтів, отримати знання щодо основних систем оцінки рівня забруднення ґрунтів або водойм на основі оцінки впливу ЗР на стан ландшафтів.
В курсовій роботі проводяться розрахунки зміни складу ҐВ під впливом ЗР в атмосферних опадах, кількісної і якісної оцінки рівня захищеності ґрунтових вод, а також розрахунок маси та граничного вмісту токсичної речовини.
1 Прогноз впливу забруднених атмосферних опадів на якість грунтових вод
1.1 Умови впливу забруднених атмосферних опадів на склад ҐВ
Забруднення ҐВ в умовах техногенного впливу на оточуюче природне середовище (ОПС) тісно пов’язане з забрудненням атмосфери, поверхневих вод та ґрунтів. У результаті забруднення атмосфери на земну поверхню випадають забруднені опади та пил.
Наближена кількісна оцінка впливу на якість ҐВ забруднених атмосферних опадів може бути виконана при таких припущеннях:
1. ЗР не взаємодіють з ґрунтами і не змінюються у процесі випадення та інфільтрації. Фактично, склад атмосферних опадів змінюється в межах атмосфери після проходження крізь рослини і ґрунти, але для наближеної оцінки і з врахуванням нейтральності ЗР (типу хлоридів, нітратів, фенолів та інших) по відношенню до ґрунтів таке припущення можливе.
2. Випадання атмосферних опадів із ЗР відбувається в один або два періоди протягом року. Аналіз матеріалів у різних регіонах дозволяє стверджувати, що це не має істотного значення для накопичення ЗР в ҐВ.
3. Вся кількість атмосферних опадів із ЗР, що випали, досягає рівня ҐВ. Це припущення практично прийняте для зон з надлишковим зволоженням і неглибоким заляганням ҐВ.
Якщо привнесення цієї або іншої ЗР у ҐВ зумовлене атмосферними опадами, що інфільтруються, то концентрація цієї ЗР буде прагнути до концентрації речовини в атмосферних опадах. Особливо швидко збільшується вміст у ҐВ тих компонентів, які спершу були відсутні. У зв’язку з цим, під впливом атмосферного забруднення можуть накопичуватись у ҐВ пестициди, хром, феноли, синтетичні поверхнево-активні речовини (СПАР) та інші, не властиві для них інгредієнти. Можливо, що з атмосферними опадами пов’язана поява у ҐВ техногенних ЗР за відсутності явних джерел забруднення поверхні землі. Процес зміни якості ҐВ може бути дуже тривалим (до 20-50 років і більше).
Враховуючи можливість забруднення атмосферних опадів на значній площі, зумовлене ними забруднення ҐВ може носити регіональний характер (дограничне забруднення, або початковий рівень надграничного забруднення), хоча інтенсивність зміни якості ҐВ буде значно менша, ніж при наявності наземних техногенних джерел забруднення ҐВ.
Проведення подібних досліджень доцільне на дослідно-виробничих полігонах, що прилягають до крупних промислових об’єктів, розроблених спільними зусиллями фахівців природоохоронних органів.
1.2 Принципи розрахунку зміни складу ҐВ під впливом ЗР у атмосферних опадах
При розрахунку вважається, що забруднені атмосферні опади випадають щороку після початку викиду ЗР у атмосферу: при цьому річна норма опадів і концентрація в них ЗР залишаються постійними. При розрахунку враховуються гідрогеологічні особливості горизонтів ҐВ, в які інфільтруються забруднені атмосферні опади, а також швидкість руху ҐВ в межах водонасичених порід.
За умови, що забруднені атмосферні опади випадають один період часу протягом року, визначається така залежність [1]:
(1.1)
(1.2)
За умови, що забруднені атмосферні опади випадають два періоди часу протягом року, то після першого періоду випадення опадів у першому році залежність має той же вигляд, що і у формулі (1.1):
(1.3)
Після
другого періоду випадення забруднених
опадів у першому році кількість ЗР у ҐВ
визначається за формулою:
(1.4)
Після
першого періоду випадення забруднених
опадів у другому році кількість ЗР у ҐВ
визначається за формулою:
(1.5)
Вміст
ЗР у ҐВ після другого періоду випадення
опадів у другому році
визначається за формулою (1.4), але замість
значення
підставляється значення
.
Аналогічно послідовно визначаються
концентрації у наступні роки (
і т. д. до шуканого року).
У вищенаведених формулах:
– концентрація
ЗР у ҐВ у перший рік після випадення
забруднених атмосферних опадів (якщо
опади випадають один період часу протягом
року), мг/л;
– концентрація
ЗР у ҐВ у i-ий рік випадення забруднених
атмосферних опадів (якщо опади випадають
один період часу протягом року) мг/л;
– концентрація
ЗР у ҐВ у попередній рік (i-1), мг/л;
– концентрація
ЗР в ҐВ після першого періоду випадення
забруднених опадів (якщо опади випадають
два періоди часу протягом року),мг/л;
– концентрації
ЗР в ҐВ після другого періоду випадення
забруднених опадів (якщо опади випадають
два періоди часу протягом року), мг/л;
– концентрація
ЗР в атмосферних (дощових) опадах, мг/л;
– концентрація
ЗР в ҐВ, мг/л;
n – пористість водоносних ґрунтів (порід), у частках одиниці;
V – швидкість фільтрації ҐВ, м/добу;
m=r/M – відносна потужність шару атмосферних опадів, які інфільтруються до рівня ҐВ;
r
– шари атмосферних опадів, що просочилися
до рівня ҐВ (r=0,001·h·K
),
де h – річна норма атмосферних опадів
у мм, а K
– коефіцієнт інфільтрації атмосферних
опадів (<1);
M – середня “товщина” горизонту ҐВ, м;
– відносна
потужність шару забруднених атмосферних
опадів, що просочились, у перший період
їх випадення;
– відносна
потужність шару забруднених атмосферних
опадів, що просочилися, у другий період
їх випадення;
t – період від кінця попереднього випадення опадів до початку наступного їх випадення (опади з ЗР випадають один раз на рік), діб;
– час
від кінця першого періоду випадення
опадів в році до початку другого періоду
випадення опадів цього ж року (опади
випадають два періоди часу), діб;
– час
від кінця другого періоду випадення
опадів в році до початку першого періоду
випадення опадів наступного року (опади
випадають два періоди часу), діб;
1.3 Розрахунок зміни складу ҐВ під впливом ЗР в атмосферних опадах
Варіант
1. Забруднені
атмосферні (дощові) опади випадають
один період у рік. Вихідні дані для
розрахунку такі: L=15000 м, V=0,03 м/добу, M=16
м, n=0,5,
=0,7
мг/л,
=0,3
мг/л, m=0,2; 0,02; 0,002, t=328 діб. Необхідно
розрахувати концентрацію ЗР у ҐВ протягом
семи років після випадення забруднених
атмосферних опадів.
За
формулою (1.1) визначається концентрація
ЗР у ҐВ у перший рік після випадення
опадів –
:
С
=
(0,2*0,7+0,5*0,3)/(0,2+0,5)
=
0,414
мг/л;
С = (0,02*0,7+0,5*0,3)/(0,02+0,5) = 0,315 мг/л;
С = (0,002*0,7+0,5*0,3)/(0,002+0,5) = 0,302 мг/л.
Одержане значення С1 підставляємо до формули (1.2) замість Сі-1 і знаходимо концентрацію ЗР у другий рік після випадення забруднених опадів (С2):
C
={0,2*0,7+(0,5-328*0,03/15000)*0,414+(328*0,03/15000)*0,3}/(0,2+0,5)=
=0,496 мг/л;
С ={0,02*0,7+(0,5-328*0,03/15000)*0,315+(328*0,03/15000)*0,3}/(0,02+0,5)= =0,33 мг/л;
C ={0,002*0,7+(0,5-328*0,03/15000)*0,302+(328*0,03/15000)*0,3}/(0,002+0,5)= =0,303 мг/л.
C
={0,2*0,7+(0,5-328*0,03/15000)*0,496+(328*0,03/15000)*0,3}/(0,2+0,5)=
=0,554 мг/л;
С ={0,02*0,7+(0,5-328*0,03/15000)*0,33+(328*0,03/15000)*0,3}/(0,02+0,5)= =0,343 мг/л;
C ={0,002*0,7+(0,5-328*0,03/15000)*0,303+(328*0,03/15000)*0,3}/(0,002+0,5)= =0,304 мг/л.
C
={0,2*0,7+(0,5-328*0,03/15000)*0,554+(328*0,03/15000)*0,3}/(0,2+0,5)=
=0,595 мг/л;
С ={0,02*0,7+(0,5-328*0,03/15000)*0,343+(328*0,03/15000)*0,3}/(0,02+0,5)= =0,356 мг/л;
C ={0,002*0,7+(0,5-328*0,03/15000)*0,304+(328*0,03/15000)*0,3}/(0,002+0,5) = =0,305 мг/л.
C
={0,2*0,7+(0,5-328*0,03/15000)*0,595+(328*0,03/15000)*0,3}/(0,2+0,5)=
=0,624 мг/л;
С ={0,02*0,7+(0,5-328*0,03/15000)*0,356+(328*0,03/15000)*0,3}/(0,02+0,5)= =0,369 мг/л;
C ={0,002*0,7+(0,5-328*0,03/15000)*0,305+(328*0,03/15000)*0,3}/(0,002+0,5)= =0,306 мг/л.
C
={0,2*0,7+(0,5-328*0,03/15000)*0,624+(328*0,03/15000)*0,3}/(0,2+0,5)=
=0,645 мг/л;
С ={0,02*0,7+(0,5-328*0,03/15000)*0,369+(328*0,03/15000)*0,3}/(0,02+0,5)= =0,381 мг/л;
C ={0,002*0,7+(0,5-328*0,03/15000)*0,306+(328*0,03/15000)*0,3}/(0,002+0,5)= =0,307 мг/л.
C
={0,2*0,7+(0,5-328*0,03/15000)*0,645+(328*0,03/15000)*0,3}/(0,2+0,5)=
=0,66 мг/л;
С ={0,02*0,7+(0,5-328*0,03/15000)*0,381+(328*0,03/15000)*0,3}/(0,02+0,5)=
=0,393 мг/л;
C ={0,002*0,7+(0,5-328*0,03/15000)*0,307+(328*0,03/15000)*0,3}/(0,002+0,5)=
=0,308 мг/л.
Потім за значенням С2 знаходимо концентрацію ЗР у ҐВ на третій рік після випадення забруднених опадів (С3 ) і так до сьомого року.
Результати розрахунків подані в табл.1.1.
Таблиця 1.1 – Результати розрахунку зміни концентрації ЗР у ҐВ під впливом забруднених атмосферних опадів
№ п.ч. |
Концентрація |
При m=0,2 |
При m=0,02 |
При m=0,002 |
Сі у мг/л |
||||
1 |
С1 |
0,414 |
0,315 |
0,302 |
2 |
С2 |
0,496 |
0,33 |
0,303 |
3 |
С3 |
0,554 |
0,343 |
0,304 |
4 |
С4 |
0,595 |
0,356 |
0,305 |
5 |
С5 |
0,624 |
0,369 |
0,306 |
6 |
С6 |
0,645 |
0,381 |
0,307 |
7 |
С7 |
0,66 |
0,393 |
0,308 |
За результатами розрахунку зміни концентрації ЗР у ҐВ під впливом забруднених атмосферних опадів побудуємо графік.
Рисунок 1.1 – Зміна концентрації ЗВ у ҐВ під впливом забруднених атмосферних опадів
Варіант 2. Забруднені атмосферні (дощові) опади випадають два періоди на рік (початок першого періоду випадення опадів 1 квітня, їх тривалість 10 діб; початок другого періоду випадення опадів 1 жовтня, їх тривалість 20 діб). Вихідні дані для розрахунків такі: М=14 м, n=0,2, =0,8 мг/л, =0,2 мг/л, t’=176 діб, t’’=160 доби, m’=0,05, m’’=0,15; m=m’+m’’=0,05+0,15=0,2. Необхідно розрахувати концентрацію ЗР у ҐВ протягом семи років після випадення забруднених атмосферних опадів.
За формулою (1.3) визначаємо концентрацію ЗР у ҐВ у перший період часу після випадення опадів у першому році (С’1):
,
C1’=(0,05*0,8+0,2*0,2)/(0,05+0,2)=0,32 мг/л.
Після другого періоду випадення забруднених опадів у першому році кількість ЗР у ҐВ (С”1) визначається за формулою (1.4):
,
С”1=(0,15*0,8+(0,2-176*0,03/15000)*0,32+(176*0,03/15000)*0,2)/(0,15+0,2)= =0,525 мг/л.
Після першого періоду випадення забруднених опадів у другому році кількість ЗР у ҐВ (С2’) визначається за формулою (1.5):
,
C’2=(0,05*0,8+(0,2-160*0,03/15000)*0,525+(160*0,03/15000)*0,2)/(0,05+0,2)= =0,579 мг/л.
С”2=(0,15*0,8+(0,2-176*0,03/15000)*0,579+(176*0,03/15000)*0,2)/(0,15+0,2)= =0,674 мг/л.
C’3=(0,05*0,8+(0,2-160*0,03/15000)*0,674+(160*0,03/15000)*0,2)/(0,05+0,2)= =0,699 мг/л.
С”3=(0,15*0,8+(0,2-176*0,03/15000)*0,699+(176*0,03/15000)*0,2)/(0,15+0,2)= =0,742 мг/л.
C’4=(0,05*0,8+(0,2-160*0,03/15000)*0,742+(160*0,03/15000)*0,2)/(0,05+0,2)= =0,755 мг/л.
С”4=(0,15*0,8+(0,2-176*0,03/15000)*0,755+(176*0,03/15000)*0,2)/(0,15+0,2)= =0,774 мг/л.
C’5=(0,05*0,8+(0,2-160*0,03/15000)*0,774+(160*0,03/15000)*0,2)/(0,05+0,2)= =0,781 мг/л.
С”5=(0,15*0,8+(0,2-176*0,03/15000)*0,781+(176*0,03/15000)*0,2)/(0,15+0,2)= =0,789 мг/л.
C’6=(0,05*0,8+(0,2-160*0,03/15000)*0,789+(160*0,03/15000)*0,2)/(0,05+0,2)= =0,790 мг/л.
С”6=(0,15*0,8+(0,2-176*0,03/15000)*0,790+(176*0,03/15000)*0,2)/(0,15+0,2)= =0,794 мг/л.
C’7=(0,05*0,8+(0,2-160*0,03/15000)*0,794+(160*0,03/15000)*0,2)/(0,05+0,2)= =0,794 мг/л.
С”7=(0,15*0,8+(0,2-176*0,03/15000)*0,794+(176*0,03/15000)*0,2)/(0,15+0,2)= =0,797 мг/л.
Вміст ЗР у ҐВ після другого періоду випадення опадів у другому році (С”2) визначається за формулою (1.4), але замість значення С”і підставляється Сі’. Аналогічно послідовно визначаються концентрації у наступні роки, до шуканого року.
Таблиця 1.2 – Результати розрахунку зміни концентрації ЗР у ҐВ під впливом забруднених атмосферних опадів
№ п.ч. |
Концентрація |
При m'=0,05 |
При m"=0,15 |
|
|
Сі у мг/л |
|
1 |
С1 |
0,32 |
0,525 |
2 |
С2 |
0,579 |
0,674 |
3 |
С3 |
0,699 |
0,742 |
4 |
С4 |
0,755 |
0,774 |
5 |
С5 |
0,781 |
0,789 |
6 |
С6 |
0,790 |
0,794 |
7 |
С7 |
0,794 |
0,797 |
За результатами розрахунку зміни концентрації ЗР у ҐВ під впливом забруднених атмосферних опадів побудуємо графік.
Рисунок 1.2 - Зміни концентрації ЗР у ҐВ під впливом забруднених атмосферних опадів
Висновки: при великій кількості та значній інфільтрації забруднених атмосферних опадів концентрація ЗР у ҐВ швидко досягає її вмісту у атмосферних опадах. Так, при значенні m=0,2 вже на сьомий рік після випадення забруднених опадів концентрація у ҐВ наближується до концентрації ЗР у атмосферних опадах, тобто ҐВ перенасичені ЗР, що інфільтруються разом із атмосферними опадами за порівняно невеликий відрізок часу. Зі зменшенням частки забруднених атмосферних опадів (m=0,02) концентрація ЗР у ҐВ через сім років досягне 0,393 мг/л, а при ще меншій частці забруднених атмосферних опадів, що інфільтруються (m=0,005), концентрація ЗР у ҐВ через сім років досягне 0,308 мг/л.
Накопичення ЗР практично не залежить від того, випадає річна норма опадів за один чи два періоди з дощами протягом року. Концентрація ЗР у ҐВ після другого періоду випадення опадів в році власне така ж, як і у випадку випадення річної суми опадів за один період часу.
Якщо привнесення тієї або іншої ЗР у ҐВ зумовлене атмосферними опадами, то концентрація цієї речовини у ҐВ буде наближатися до концентрації у атмосферних опадах. Тому під впливом забруднених атмосферних опадів при їх постійному випаданні у ҐВ накопичуються невластиві їй речовини (СПАР, отрутохімікати, феноли та ін.).