В результате выполнения работы проводятся расчеты параметров rp, rn, rsi.

Практические работы по разделу

ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ
ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ СУШИ

Практическая работа №1

Оценка состояния водной экосистемы по индикаторным
организмам на примере зоопланктона. Расчет индекса сапробности
по методу Пантле и Букка

Сапробность - способность организмов жить при большой концентрации органических веществ в среде. Сапробионты - растительные и животные организмы, обитающие в водоемах, загрязненных органическими веществами. Сапробность водоема -характеристика степени загрязненности водоема по видовому составу и массе гидро-бионтов. В зависимости от степени загрязнения (сапробности) воды делят на поли-, мезо-, олиго-, ксеносапробионтные. Индекс сапробности (S) вычисляют с точностью до 0.01. Для ксеносапробной (наиболее чистой) зоны - 0-0.50; для oлигосапробной - 0.51-1.50; для альфамезосапробной - 1.51-2.50; для беттамезосапробной - 2.51-3.50; для полисапробной (наиболее грязной) - 3.51-4.00. Для гиперсапробных систем S>4.00.

Индекс сапробности

где s_i - индикаторная значимость, h_i - относительная частота встречаемости организмов.

Соотношение значений относительного обилия и частоты
встречаемости организмов

Встречаемость	Количество экземпляров одного вида, % общего количества	баллы
Очень редко	<1
Редко	2-3
Нередко	4-10
Часто	10-20
Очень часто	20-40
Масса	40-100

Расчет индекса сапробности по организмам - зоопланктона

Вид	Сапробность	si	hi %	h,баллы	sh
Keratella cochlearis	b-o	1.55	<1
Keratella quadrata	o-b	1.55	<1
Lecane lunaris	o-b	1.35
Brachionus calyciflorus	b-a	2.50
Synchata pectinata	b-o	1.65
Asplancyna priodonta	o-b	1.55	<1
Daphnia longispina	b	2.00
Chydorus sphaericus	b	1.75
Bosmina longirostris sm.	o-b	1.55
Ciclops strenuus	b-a	2.25
Ciclops furcifer	o	1.20

Итого:
Индекс сапробности S =..........

Вывод: Водная экосистема является...........

Используемая литература

Абакумов В.А."Руководство по гидробиологическому мониторингу пресноводных экосистем", СПб., ГМИ, с. 318, 1992.

Практическая работа №2

Нормирование загрязнения воды по индексу ИЗВ,
оценка загрязнения водных объектов по величине ИЗВ

В качестве интегральной характеристики загрязнения воды "Временными методическими указаниями по комплексной оценке качества поверхностных вод по гидрохимическим показателям", введенными указанием Госкомгидромета №250-1163 от 22.09.86 используются классы качества воды, оцениваемые по величинам "индекса загрязненности вод" (ИЗВ):

Класс качества и характеристика воды	Величина ИЗВ
I - очень чистая	<= 0.2
II - чистая	>0.2-1
III - умеренно загрязненная	1-2
IV - загрязненная	2-4
V - грязная	4-6
VI - очень грязная	6-10
VII - чрезвычайно грязная	>10

Для поверхностных вод расчет "индекса загрязненности вод" (ИЗВ) проводится для каждого пункта (створа) по формуле:

где C_i - среднее за год значение i-го показателя; ПДК_i - предельно допустимая концентрация загрязняющего вещества; "6" - строго заданное число показателей, взятых для расчета, включая в обязательном порядке растворенный кислород и БПК₅. Помимо них, в шесть участвующих в расчете ингредиентов входят те, которые имеют наибольшие относительные концентрации (отношение C_i/ПДК_i). Внимание! Для кислорода находится отношение ПДК_i к C_i.

Для представления качества вод в виде единой оценки показатели выбираются независимо от лимитирующего признака вредности; при равенстве концентраций предпочтение отдается веществам, имеющим токсикологический признак вредности.

При расчете ИЗВ количество значений, используемых для определения средних концентраций за год, должно быть не менее пяти. Для рек в рассчитанное по (1) значение ИЗВ вводят поправку, равную отношению среднего за оцениваемый год стока к среднему многолетнему стоку. В таблице приводятся примеры ПДК, значения ВЗ и ЭВЗ загрязняющих веществ.

Таблица 1

Пpимеpы ПДK, высокое (ВЗ) и
экстремально высокое (ЭВЗ) загрязнение водоемов

Ингредиенты (критерии)	Вид использованных водоемов	Лимит. Показатель водоема	ПДК	ВЗ *)	ЭВЗ *)
Абс. содержание раств. О2, мг/л зима лето	Рыбохоз.	Общие требов.	4 6	<3 <3	<3 <3
Отн. содержание раств. О2, %	Рыбохоз.	Общие требов.		-	-
БПК5, мг/л **)	Рыбохоз.	Общие требов.		>15	>60
рН	Рыбохоз.	Общие требов.	6.5-8.5	-	-
Азот аммонийный	Рыбохоз.	Токсикол.	0.39	>3.9	>39
Азот нитратов	Рыбохоз.	Сан.-токс.		>10	>100
Азот нитритов	Рыбохоз.	Токсикол.	0.02	>0.2	>2.0
Магний Mg	Рыбохоз.	Сан.-токс.		>400	>4000
Хлориды Cl	Рыбохоз.	Сан.-токс.		>3000	>30000
Сульфаты SO4	Рыбохоз.	Сан.-токс.		>1000	>10000
Натрий Na	Рыбохоз.	Сан.-токс.		>1200	>12000
Калий К	Рыбохоз.	Сан.-токс.		>500	>5000
Кальций Са	Рыбохоз.	Сан.-токс.		>1800	>18000
Минерализация	Сан.-быт.	Общие требов.		>10000	>100000
Фенолы	Рыбохоз.	Рыбохоз.	0.001	>0.03	>0.1
Нефтепродукты	Рыбохоз.	Рыбохоз.	0.05	>1.5	>5.0
СПАВ	Рыбохоз.	Токсикол.	0.1	>1.0	>10
Медь Cu	Рыбохоз.	Токсикол.	0.001	>0.03	>0.1
Никель Ni	Рыбохоз.	Токсикол.	0.01	>0.01	>1.0
Марганец Mn	Рыбохоз.	Токсикол.	0.01	>0.01	>1.0
Свинец Pb	Сан.-быт.	Сан.-токс.	0.03	>0.30	>3.0
Ртуть Hg	Сан.-быт.	Сан.-токс.	0.0005	>0.005	>0.05
Кадмий Cd	Сан.-быт.	Сан.-токс.	0.001	>0.01	>0.1
Цинк Zn	Рыбохоз.	Токсикол.	0.01	>0.1	>1.0
Хлорорг. пестиц.	Рыбохоз.	Токсикол.	-	>0.001	>0.01

Примечание:
*)-критерии ВЗ и ЭВЗ были установлены Госкомгидрометом;

**)-ПДК для БПК₅ принято равным приблизительно 70% ПДК для БПК полного.

Задания по работе:

1. Рассчитать ИЗВ, используя следующие результаты натурных наблюдений, выполненных на водном объекте (средние за год данные): О₂=80%; БПК₅=2.5 мгО/л; СПАВ=0.16 мг/л; Cu=0/0015 мг/л; NH₄=0,59 мг/л; Hg=0.0015 мг/л; фенолы=0.0015 мг/л.

Обоснуйте выбор показателей.

ИЗВ =... (воды.... класса качества)

2. Рассчитать ИЗВ, используя следующие результаты натурных наблюдений: О₂=70%; БПК₅=3.5 мгО/л; СПАВ=0.26 мг/л; Cu=0.0025 мг/л; NH4 =0,69 мг/л; Hg=0.0005 мг/л; фенолы=0.0035 мг/л.

Обоснуйте выбор показателей.

ИЗВ =... (воды.... класса качества)

3. Выбрать исходные данные для расчета ИЗВ по конкретному водному объекту Челябинской области; рассчитать ИЗВ для одной экологической ситуации.

Используемая литература

Фролов А.К. "Состояние окружающей среды северо-западного и северного регионов России", СПб., Изд. "Наука",с. 370, 1995.

Практическая работа №3

Оценка лимитации биогенами продуцирования
органического вещества фитопланктоном

Оценка лимитации биогенами пеpвичной пpодукции пpоводится на основе гидpохимических наблюдений за содеpжанием аммонийного, ни-тpитного, нитpатного азота, минеpального фосфоpа и кремния.

Удельная скорость (интенсивность) первичного продуцирования ОВ фитопланктоном Мf является функцией температуры воды f(t), освещенно-сти f(I), концентраций биогенных элементов, главным образом фосфора f(P), азота f(N), кремния f(Si) а также зависит от других факторов, в т.ч. и от концентрации загрязняющих веществ.

Целью работы является оценка только f(P), f(N), f(Si) по формулам Михаэлиса- Ментен-Моно:

Мf=f(P)=Мfmax * P/(Кsp+P)	(1)
Мf=f(N)=Мfmax * Ns/(Кsn+Ns)	(2)
Мf=f(Si)=Мfmax *Si/(Кssi+Si)	(3),

где:
Мf_max - максимально возможная Мf, зависящая от температуры воды и индивидуальных объемов клеток водорослей;

Р - концентрация в воде фосфатов;

Ns - концентрация доступного фитопланктону азота, определяемая по формуле:

Ns=NH₄ + a(NO₂+NO₃), a= 1/(1+(NH₄/NH₄ крит.)⁴),

Si - концентрация в воде кремния; Кsp, Ksn, Кssi - константы "полунасыщения" по фосфору, азоту, кремнию, имеющие размерность концентрации и соответствующие такому ее значению, при котором Мf равна половине от Мf_max; NH₄ крит. - критическая концентрация аммонийного азота, при которой происходит переключение азотного питания фитопланктона с аммонийного на нитратное и нитритное, а - параметр, регулирующий гладкость переключения азотного питания.

 

В (1),(2),(3) отношения P/(Кsp+P), Ns/(Кsn+Ns), Si/(Кssi+Si) меньше 1.0 и показывают, что f(p),f(N),f(Si) составляют некоторую долю от Мf_max. Эти доли будут тем меньше, чем меньше будут концентрации биогенов в воде.

Целью работы является ответ на вопрос, во сколько раз недостаток того или иного биогена уменьшает Мf_max? Для этого рассчитываются параметры rp, rn, rsi, обратные отношениям P/(Кsp+P), Ns/(Кsn+Ns), Si/(Кssi+Si):

 

rp=1/[P/(Кsp+P)], rn=1/[Ns/(Кsn+Ns)], rsi=1/[Si/(Кssi+Si)].

Таким образом, rp, rn, rsi показывают, во сколько раз недостаток в воде того или иного биогена уменьшает максимально возможную интенсивность продуцирования ОВ фитопланктоном.

В результате выполнения работы проводятся расчеты параметров rp, rn, rsi.

Для расчета величин rp, rn, rsi задаются значения Кsp, Ksn, NH₄ крит., средние концентрации биогенов, после этого рассчитывается параметр "а". Если значения "а" очень мало, то концентрации NO₂ и NO₃ в расчет не берутся. В этом случае принимается, что Ns=NH₄ и вычисляется параметр rn. Найденные значения сопоставляются между собой, и делается вывод о степени лимитации первичной продукции биогенами в отдельные сезоны (месяцы) года.

 

Исходные данные для расчетов:

1. Район - восточная часть Финского залива (пролив Бьеркезунд). Глубина 30 м.

2. Кsp=20 мкг/л, Ksn=35 мкг/л, Кssi=50 мкг/л; NH4 крит.=15 мкг/л,

3. Концентрации биогенов в слое 0-5 м:

зима: NO₂=5мкг/л, NO₃=170мкг/л, NH₄=50мкг/л, Р=28мкг/л, Si=1400мкг/л.

ранняя весна: NO₂=1.2мкг/л, NO₃=160мкг/л, NH₄=40мкг/л, Р=27мкг/л, Si=760мкг/л.

поздняя весна, ранее лето: NO₂=0.5мкг/л, NO₃=20мкг/л, NH₄=20 мкг/л, Р=9мкг/л, Si=280мкг/л.

лето: NO₂=0.5мкг/л, NO₃=10мкг/л, NH₄=10 мкг/л, Р=10 мкг/л, Si=550мкг/л.

осень: NO₂=3.5мкг/л, NO₃=100мкг/л, NH₄=45 мкг/л, Р=17мкг/л, Si=900мкг/л.

 

Используемая литература

Дмитриев В.В. Диагностика и моделирование водных экосистем. СПб., Изд. СПбГУ, 215 с.1995.

Практическая работа № 4

Оценка самоочищения водной экосистемы по фильтpационной активности зоопланктона

Cпособ оценки самоочищения водной экосистемы основан на расчете времени осветления воды зоопланктерами-фильтраторами. Для этого необходимо выполнить расчет скорости фильтрации воды зоопланктоном в оптимальных условиях питания по формуле:

fZопт = az * exp(b(t-topt))

(1)

В (1):

t - температура воды,

t_opt - оптимальная температура, принимается 20°С;

а_z и b - эмпирические параметры. Значение параметра b принять равным 0.1; параметр а_z - максимально возможная скорость фильтрации воды зоопланктоном в оптимальных условиях питания (отсутствие голодания, или засорения фильтрационного аппарата при избытке пищи) является функцией индивидуального веса организмов.

Реальные условия питания часто отличаются от оптимальных. Кроме того, необходимо учитывать снижение скорости фильтрации воды зоопланктоном, связанное с голоданием (мало корма) или засорением фильтрационного аппарата (много корма). В связи с этим расчет скорости фильтрации как функции температуры воды и концентрации пищи проводится в несколько этапов.

На первом этапе по формуле (1) рассчитывается f_Z^опт, на втором этапе рассчитывается суммарная пища зоопланктона (S):

S=c_FF+c_BB+c_DD,

где

S - cуммарная пища, c_F,c_B,c_D - коэффициенты трофического взаимодействия зоопланктона с компонентами пищи;

F,B,D - биомассы фито-, бактериопланктона и концентрация детрита в воде.

На третьем этапе рассчитывается f_z как функция температуры воды и суммарной пищи:

При S>Sc+d		fZ = fZопт/(1+a(S-Sc));
При Sc-d <S<Sc+d		fZ = fZопт +(afZопт/4d(1+ad))*(S-Sc+d)2 *(a(S-Sc)-(1+2ad));
При St<S<Sc-d		fZ = fZопт;
При So<S<St		fZ = fZопт(S-So)/(St-So) *(2 -(S-So)/(St-So));
При S<S0		fZ = 0.

 

Здесь а=1/S_c; d=(S_c-S_t)/100 - расчетные параметры; S_o, S_t, S_c -критические(пороговые) концентрации пищи.

Затем рассчитывается произведение f_z на биомассу зоопланктона Z. Это произведение называется фильтрационной активностью (ФА) зоопланктона.

Время осветления воды зоопланктоном (Т) есть величина обратная ФА.

В зависимости от трофности водоема оцениваемые параметры могут иметь разные значения (см. таблицы 1 и 2).

Таблица 1

Возможные пределы изменения скорости фильтрации воды зоопланктоном в водоемах разной биологической продуктивности

Показатель	Олиготрофия	Мезотрофия	Эвтрофия
Скорость фильтрации (л/мг сыр.веса сут.)	0.60-0.25	0.25-0.15	0.15-0.025
Биомасса зоопланктона (мг сыр.веса/л)	0.2-1.0	1.0-2.0	2.0-6.0

Таблица 2

Соотношение средних летних и зимних биомасс зоопланктона в водоемах (мг/л)

Показатель	Олиготрофия	Мезотрофия	Эвтрофия
Биомасса летнего Z	0.03-2.20	0.47-4.11	1.15-7.9
Биомасса зимнего Z	0.01-0.50	0.014-0.86	0.004-1.0

1. Выполнить расчет Т для следующих условий:
c_F=1, c_B=1, c_D=0.5; F=2, B=0.5, D=1 мг/л; t=15 с; S_o=0, S_t=1,S_c=15 мг/л;
Z=1 мг/л; a_z=0.3 л/мг сыр. веса сут;

2. Для условий какого водоема выполняется расчет? Найдите левую и правую границы времени осветления воды для водоема данного типа летом и зимой, используя в расчетах данные, приведенные в таблицах.

3. Сравните летнюю и зимнюю величины Т в водоемах разного уровня трофии при условии, что величины c_F=1,c_B=1,c_D=0.5; биомасса зоопланктона изменяется, как это указано в табл.2; критические значения пищи и параметры функций -см п.1; температура воды для лета=20, а для зимы=5 С°.; летние F=5, B=1.5, D=5 мг/л; зимние F=0.1, B=0.1, D=0.5 мг/л.

Используемая литература

Дмитриев В.В. Диагностика и моделирование водных экосистем. СПб., Изд. СПбГУ, 215с.1995.

Практическая работа № 5

12Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: