Гидрологические показатели водных объектов.

В соответствии с использование природных вод для нужд человека и производства различают гидробиологический аспект качества воды, в котором различают гидробиологические характеристики водоема:

- продукционные (первичная и вторичная продукция, трофность водоема)

- санитарное качество воды, в котором основное значение имеют наличие я/г и личинки различных паразитов.

Классификация водоемов по химическим признакам загрязнения, бактериологическим и гидробиологическим признакам (А.А.Былинкиной и др.):

1. По химическим признакам:

- очень чистый по степени загрязнения (95% насыщения растворённым кислородом, БПК - 0, 5-1, 0мг/л, окисляемость О2 - 1 мг/л, аммонийный азот - 0, 05мг/л).

- чистый по степени загрязнения (80% насыщения растворённым кислородом, БПК -1, 1-1, 9мг/л, окисляемость 0₂ - 2мг/л, аммонийный азот-0, 1 мг/л).

- умеренно грязный по степени загрязнения (70% насыщения растворённым кислородом, БПК — 2, 0-2, 9мг/л, окисляемость О2 - 3 мг/л, аммонийный азот-0, 2-0, Змг/л).

- загрязненный по степени загрязнения (60% насыщения растворённым кислородом, БПК - 3, 0-3, 9мг/л, окисляемость О2 - 4мг/л, аммонийный азот-0, 4-1, 0мг/л).

- грязный по степени загрязнения (30% насыщения растворённым кислородом, БПК - 4, 0-10, 0мг/л, окисляемость 0₂ - 5-15мг/л, аммонийный азот - 1, 1-3, 0мг/л).

- очень грязный по степени загрязнения (0% насыщения растворённым кислородом, БПК > 10мг/л, окисляемость О2 > 15мг л. аммонийный азот > 3 мг/л).

По биологическим и гидробиологическим показателям:

- очень чистый по степени загрязнения (титр кишечной палочки - 10-100, сапрофитных м/о - а. 10, прямой счёт - 10⁵, яиц гельминтов в 1 мл - нет, сапробность - катаробная, биопоказатель загрязнения -0-5)

- чистый по степени загрязнения (титр кишечной палочки < 10-1 сапрофитных м/о - а. 100, прямой счёт - 10⁶, яиц гельминтов в 1мл- нет, сапробность - олигосапробная, биопоказатель загрязнения - 6-10

- умеренно грязный по степени загрязнения (титр кишечной палочки < 1-0, 05, сапрофитных м/о-а. 1000, прямой счёт - 10⁶ яиц гельминтов в 1 мл-1 -3, сапробность - альфа-мезосапробная биопоказатель загрязнения - 11-20).

- загрязненный по степени загрязнения (титр кишечной палочки < 0, 05-0, 005, сапрофитных м/о - а. 10000, прямой счёт - 10⁷ яиц гельминтов в 1 мл-10, сапробность - бета-мезосапробная биопоказатель загрязнения - 21-60).

- грязный по степени загрязнения (титр кишечной палочки < 0, 005- 0, 001, сапрофитных м/о - а. 100000, прямой счёт - 10⁷ яиц гельминтов в 1 мл-500, сапробность - поли-сапробная биопоказатель загрязнения - 61-90).

- очень грязный по степени загрязнения (титр кишечной палочки < 0, 001, сапрофитных м/о - а. 1000000, прямой счёт- 10⁸ яиц гельминтов в 1 мл-1000, сапробность - поли-сапробная биопоказатель загрязнения - 100).

Главнейший показатель качества воды - уровень первичного продуцирования в водоеме, вторичная продукция имеет меньшее значение как зависимая от первичной, но определяет качество воды по показателям зоопланктона и зообентоса.

Технологический аспект качества воды

В соответствии с использование природных вод для нужд человека и производства различают технологический аспект качества воды, в котором главное свойство воды - её качество, соответствующее технологическим требованиям производства. Наиболее высокое требование к качеству воды предъявляются в лекарственной промышленностью и в производстве чистых материалов. Пример: производство авиационного корда на Байкале, для производства которого необходимо огромное количество очень чистой воды, котурую мог дать только чистое озеро Байкал, воды которого содержат минимальное количество солей.

А нефтеперерабатывающие заводы, электростанции, металлургические комбинаты могут использовать воды даже после их доочистки при повторном использовании. С этой целью создается система обратного водоснабжения, при котором свежей воды из природных источников берется 10-15% общего водопотребления, а остальная вода используется повторно со степенью доочистки.

Рекреационный аспект качества воды

В соответствии с использование природных вод для нужд человека и производства различают рекреационный аспект качества воды, в котором основные требования к воде определяются нуждами человека. Это здоровый отдых на естественных водоемах или в бассейнах. Требование к качеству воды определяются ее санитарными, гигиеническими характеристиками, в которых основное значение имеет мутность, цвет, запах, наличие нефтяной пленки и содержание в воде продуктов жизнедеятельности человека. Содержание в воде продуктов жизнедеятельности человека может иметь большое значение для отдыха на побережье - курортах, пляжах, здравницах, так как вода у берегов может содержать 30% мочевины. Население должно быть информировано о санитарном состоянии водных объектов (особенно в места отдыха и купания). Контроль за санитарным состоянием осуществляется санитарно-эпидемиологической службой согласно статье 16 Закона РФ «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения». Органы Минприроды РФ так же проводит контроль за качеством поверхностных вод. Природоохранные комитеты издают ежемесячные бюллетени с данными СЭС, которые рассылаются по организациям.

29. ГИС в экологии. Какие основные аналитические возможности обычно присутствуют в современных ГИС?

ГИС (географические информационные системы) позволяет рассматривать данные по анализируемым проблемам относительно их пространственных взаимоотношений, что позволяет проводить комплексную оценку ситуации и создает основу для принятия более точных и разумных решений в процессе управления. Объекты и процессы, описываемые в ГИС, являются частью повседневной жизни, и почти каждое принимаемое решение ограничивается, связывается или бывает продиктовано тем или иным пространственным фактором. На сегодняшний день возможность использования ГИС сочетается с потребностью в них, следствием чего является быстрый рост их популярности.

Роль и место ГИС в природоохранных мероприятиях

2.1. Деградация среды обитания

ГИС с успехом используется для создания карт основных параметров окружающей среды. В дальнейшем, при получении новых данных, эти карты используются для выявления масштабов и темпов деградации флоры и фауны. При вводе данных дистанционных, в частности спутниковых, и обычных полевых наблюдений с их помощью можно осуществлять мониторинг местных и широкомасштабных антропогенных воздействий. Данные об антропогенных нагрузках целесообразно наложить на карты зонирования территории с выделенными областями, представляющими особый интерес с природоохранной точки зрения, например парками, заповедниками и заказниками. Оценку состояния и темпов деградации природной среды можно проводить и по выделенным на всех слоях карты тестовым участкам.

2.2. Загрязнение

С помощью ГИС удобно моделировать влияние и распространение загрязнения от точечных и неточечных (пространственных) источников на местности, в атмосфере и по гидрологической сети. Результаты модельных расчетов можно наложить на природные карты, например карты растительности, или же на карты жилых массивов в данном районе. В результате можно оперативно оценить ближайшие и будущие последствия таких экстремальных ситуаций, как разлив нефти и других вредных веществ, а также влияние постоянно действующих точечных и площадных загрязнителей.

2.3. Землевладение

ГИС широко применяются для составления и ведения разнообразных, в том числе земельных, кадастров. С их помощью удобно создавать базы данных и карты по земельной собственности, объединять их с базами данных по любым природным и социально-экономическим показателям, накладывать соответствующие карты друг на друга и создавать комплексные (например, ресурсные) карты, строить графики и разного вида диаграммы.

2.4. Охраняемые территории

Еще одна распространенная сфера применения ГИС – сбор и управление данными по охраняемым территориям, таким как заказники, заповедники и национальные парки. В пределах охраняемых районов можно проводить полноценный пространственный мониторинг растительных сообществ ценных и редких видов животных, определять влияние антропогенных вмешательств, таких как туризм, прокладка дорог или ЛЭП, планировать и доводить до реализации природоохранные мероприятия. Возможно выполнение и многопользовательских задач, таких как регулирование выпаса скота и прогнозирование продуктивности земельных угодий. Такие задачи ГИС решает на научной основе, то есть выбираются решения, обеспечивающие минимальный уровень воздействия на дикую природу, сохранение на требуемом уровне чистоты воздуха, водных объектов и почв, особенно в часто посещаемых туристами районах.

2.5. Восстановление среды обитания

ГИС является эффективным средством для изучения среды обитания в целом, отдельных видов растительного и животного мира в пространственном и временном аспектах. Если установлены конкретные параметры окружающей среды, необходимые, например, для существования какого-либо вида животных, включая наличие пастбищ и мест для размножения, соответствующие типы и запасы кормовых ресурсов, источники воды, требования к чистоте природной среды, то ГИС поможет быстро подыскать районы с подходящей комбинацией параметров, в пределах которых условия существования или восстановления численности данного вида будут близки к оптимальным. На стадии адаптации переселенного вида к новой местности ГИС эффективна для мониторинга ближайших и отдаленных последствий предпринятых мероприятий, оценки их успешности, выявления проблем и поиска путей по их преодолению.

2.6. Мониторинг

По мере расширения и углубления природоохранных мероприятий одной из основных сфер применения ГИС становится слежение за последствиями предпринимаемых действий на локальном и региональном уровнях. Источниками обновляемой информации могут быть результаты наземных съемок или дистанционных наблюдений с воздушного транспорта и из космоса. Использование ГИС эффективно и для мониторинга условий жизнедеятельности местных и привнесенных видов, выявления причинно-следственных цепочек и взаимосвязей, оценки благоприятных и неблагоприятных последствий предпринимаемых природоохранных мероприятий на экосистему в целом и отдельные ее компоненты, принятия оперативных решений по их корректировке в зависимости от меняющихся внешних условий.

30. Динамика водных экосистем: автотрофные и гетеротрофные сукцессии, флуктуации и трансформации.

Водная экосистема - экосистема в водной среде. В водных экосистемах живут сообщества организмов, которые зависят друг от друга и от их воды как среды среды обитания. Двумя главными типами водных экосистем являются морские экосистемы и пресноводные экосистемы

Процессы, протекающие в биоценозах, воздействуют на абиотическое окружение и вызывают в экосистемах определенно направленные изменения - сукцессии. Соответственно этим сдвигам продолжается дальнейшее изменение биоценозов, которое в итоге представляет собой определенно направленный процесс. Физическое окружение биоценозов в значительной мере определяет характер сукцессии, но не является ее причиной.

В процессе сукцессии происходит приближение биоценоза к состоянию, наиболее соответствующему абиотической среде, к состоянию наибольшей устойчивости экосистемы - ее климаксу. Оно может нарушаться с наступлением каких-либо перемен в абиотической среде, и тогда биоценоз снова претерпевает ряд последовательных изменений, отражающих проявление саморегуляторны свойств системы. Весь градиент сообществ, сменяющих друг друга до достижения климакса, называется серией. В нестабильных условиях они сохраняется простыми при высокой термодинамической стоимости поддержания биомассы, поскольку экосистемы успешно удерживают пространство, постольку они «стабильны». Зрелые системы могут в большей степени «предвидеть» или «игнорировать» внешние воздействия. Другими словами, сукцессии идут в направлении эволюционного развития биосферы - повышения ее гомеостаза, увеличения со временем контроля над физическими факторами среды и растущей независимости от них.

Помимо сукцессии для экосистем характерны закономерные изменения состояния, сопровождающиеся направленной перестройкой, но имеющие обратимый характер - флюктуации. Структурно-функциональная организация экосистем в этом случае, видоизменяясь, в частности, на протяжении года, имеет в общем один и тот же облик в каждый сезон на протяжении многих лет.

Гидробиоценоз как сбалансированная система может существовать только при условии, когда продукты метаболизма входящих в него популяций не накапливаются в биотопе, не изменяют его характеристик, в соответствии с которыми находятся структура и функциональные особенности сообщества. Если продукты метаболизма накапливаются в биотопе, т. е. происходит его «загрязнение» применительно к существующим популяциям, условия существования последних прогрессивно ухудшаются и вместе с тем биотоп становится более благоприятным местообитанием для других популяций. В результате происходит определенным образом направленное изменение структуры и, соответственно, функциональных особенностей биоценоза.

Кульминацией развития экосистем (климаксом) является состояние, при котором биомасса на единицу потока энергии достигает максимума. Отношение затрат энергии на поддержание жизнедеятельности к энергии, заключенной в структуре, снижается, т. е. снижается отношение энергии дыхания сообщества к той, которая связана в его биомассе. Такой результат, в частности, достигается укрупнением организмов, сопровождающимся снижением интенсивности дыхания. Отношение валового фотосинтеза к суммарному дыханию сообщества стремится к 1, т. е. приход и расход энергии уравновешивают друг друга. Следовательно, выход чистой продукции (превышение фотосинтеза над дыханием) приближается к 0, к 0 стремится и выход продукции на единицу биомассы.

С реди сериальных изменений водных биоценозов различают первичные, когда сукцессия начинается с момента образования нового водоема, и вторичные, если водные сообщества возникают в местах, где некогда имелись их предшественники (например, вновь заполненные водой спускные пруды или естественные, временно пересыхающие водоемы). В тех случаях когда в результате сериальных изменений относительное количество автотрофов в биоценозе снижается, говорят об автотрофной сукцессии, в обратном случае - о гетеротрофной.

Автотрофная сукцессия. Такая форма сериальных изменений характерна для подавляющего большинства континентальных водоемов, как естественных, так и искусственных. В последнем случае развитие экосистем обычно идет по схеме вторичной сукцессии, отличается быстрым протеканием последовательных серий и достижением кульминации на протяжении одного вегетационного сезона.

Гетеротрофная сукцессия. В некоторых случаях биоценозы могут известное время существовать за счет утилизации готового органического вещества, образованного другими гидробиоценозами или попадающими в водоемы в результате их загрязнения различными стоками.

Флюктуация и трансформация экосистем. Флюктуации экосистем в наибольшей степени связаны с чередованием сезонов года, в меньшей - со сменой лет с различной солнечной активностью и некоторыми другими циклическими явлениями.

Биологическая весна характеризуется обилием фитопланктона, но количество зоопланктона еще не достигает своего максимума. Биологическое лето связано с наступлением максимального освещения, температура воды повышается, количество биогенов снижается. В биологическом отношении оно характеризуется резким уменьшением сезонного показателя, который становится равным единице или снижается еще больше. Биологическая осень наступает при максимальных годовых температурах, которые затем начинают понижаться. Заметно уменьшаются длительность и интенсивность солнечной радиации. Количество питательных солей вначале несколько повышается за счет разложения весеннего и летнего планктона, а затем снова падает.. Биологическая зима наступает при нарастающем похолодании, поверхность полярных морей покрывается льдом, интенсивность освещения наименьшая, количество биогенов непрерывно нарастает в результате разложения отмирающего планктона и поднятия богатых питательными солями глубинных вод к поверхности.

Весьма значительные и определенным образом направленные изменения водных экосистем наблюдаются в результате антропогенных воздействий на водоемы. Зарегулирование стока рек ведет к перестройке речных экосистем в водохранилищные, значительные отъемы воды на орошение и другие цели изменяют гидрологический и соответственно биологический режим водоемов. Уменьшение стока рек сопровождается осолонением эстуариев и прилегающей к ним морской акватории. Соответственно этому происходит перестройка эстуарных и морских экосистем

Огромно по своим масштабам явление трансформации экосистем пелагиали Мирового океана по мере удаления водных масс от районов апвеллингов. Поднимающиеся глубинные воды богаты биогенами, что обусловливает массовое развитие фитопланктона. По мере дрейфа вод из зон дивергенции концентрация биогенов постепенно снижается, температурные и соленостные характеристики закономерно меняются, структурные и функциональные особенности экосистем становятся иными.