Міністерствоосвіти і науки України
Харківськанаціональна академія міського господарства
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине:
«Прикладная литоэкология» на тему:
«Геохимическая оценка уровня опасностизагрязнения участка территории города»
Выполнила: Студентка 4-го курса
группы ЭООС-43 Кохан С. И.
Проверила: доц. кафедры ИЭГ
Свиренко Л.П.
Харьков – 2010
Содержание
Введение
Ландшафтная характеристика территории
Источники загрязнения
Методика отбора геохимических проб
Привязка точек отбора проб
Гидрографическая сеть г. Харькова
Расчет местного геохимического фона
Процедура расчета местногогеохимического фона
Расчет среднего и максимальногоуровня загрязнения территории
Расчет содержания элементов в сухомвеществе растений
Выводы
Список литературы
Ведение
Цельюданной работы является получение практических навыков в проведении оценкизагрязнения территории, используя геохимические данные относительно химическихэлементов в почвах, донных отложениях и в золе растений
Впределах урбанизированного района формируются техногенные аномалии разногоразмера и интенсивности, которые по масштабам проявления можно расположить вследующий ряд: региональное геохимическое поле — региональный узел загрязнения– очаг загрязнения – техногенный ореол рассеяния.
Ландшафтнаяхарактеристика территории
Саржин яр – балка (яр) длиной более 12 км с пологими склонами. Отделяет Павлово Поле (с запада) от Нагорного района (с востока).Известен своим источником минеральной воды.
Саржин ярначинается в Лесопарке недалеко от Пятихаток и, углубляясь, идет ссеверо-востока на юго-запад к реке Лопань. По дну яра периодически течет Саржинручей, образуя ниже Института неотложной хирургии Комсомольское озеро и болотовблизи источника минеральной воды, а также под городской канатной дорогой.Саржин ручей после минерального источника наполняется всей неиспользованнойводой, называется речкой Саржинкой, впадающей в реку Лопань.
РастительностьСаржиного яра в основном древесная. Стоит отметить, что на данной территориирасположен ботанический сад ХНУ им.Каразина. Но это касается лишь части яра.Начиная от дамбы проспекта Ленина древесная растительность становится реже иливообще отсутствует. Здесь преобладает в основном травяная растительность.
В Лесопарке идо дамбы проспекта Ленина застройка яра отсутствует. Между проспектом Ленина иул. Клочковской на склонах яра строятся высотные дома. Вблизи яра расположенчастный сектор.
Нижетрамвайного кольца на пересечении улиц Клочковской и Новгородской яр частичнозасыпан и застроен домами частного сектора.
Климатические условия
Климатумеренно-континентальный, с продолжительной, но не суровой зимой, с частымиоттепелями, с умеренно теплым, иногда жарким летом.
По средним многолетнимвеличинам, промерзание почвы начинается в ноябре и к 1 декабря достигает 11 см.
По многолетнимнаблюдениям, в среднем за год выпадает 522 мм осадков. Минимум осадков приходится на февраль, максимум – в июле. Снежный покров лежит со второй половины ноябрядо конца марта. Высота снежного покрова – 23см.
Среднегодовая скоростьветра составляет 2,9 м/с. Минимальные скорости приходятся на июнь-июль,максимальные на февраль. Зимой преобладают восточные ветра, летом,юго-восточные.
Источники загрязнения
Уровень содержаниявеществ формируется под действием природных и антропогенных факторов. Кприродным факторам относятся атмосферные осадки, продукты эрозии почвы. Туманы,дым и газы от лесных и степных пожаров. Антропогенное загрязнение отличаетсямногообразием видов и многочисленностью источников, в основном обусловленовыбросами промышленных предприятий и автотранспорта.
Наиболее значительнымиисточниками загрязнения данной территории является: автомобильные магистрали,поверхностный сток с автомобильных магистралей и приусадебных участков (здесьособенно усилен, поскольку данная территория представляет собой балку) ХМЗ,«ФЭД», ХГАПП, «ХАЗ» завод пиротехнических изделий, выпуск сточных вод, мусорки,Украинский физико-химический институт.
Методика отбора геохимическихпроб
Геохимическое опробованиепроводится в районе известных или потенциальных источников загрязнения такимобразом, чтобы можно было сформировать представительные геохимические выборкидля выявления ареалов и потоков рассеяния и оценки соответствующих имассоциаций химических элементов
Основу комплексааналитических методов, используемых при организации биогеохимическихисследований, составляет атомно-абсорбционный анализ, дополняемыйколичественным спектральным анализом. Последний позволяет расширить комплексоцениваемых химических элементов, что дает возможность выявить более широкийсписок химических элементов, контрастно концентрирующихся в средах приантропогенных воздействиях. Эмиссионно-спектральный анализ основан наспособности атомов химических элементов в состоянии возбуждения излучатьспектры в световом и ультрафиолетовом диапазоне волн. Каждый элементхарактеризуется некоторыми определенными линиями, проявляющимися приминимальной концентрации данного элемента, которые называются аналитическими.Аналитические линии характеризуют определенный интервал концентраций элементов.Они сведены в атласе спектральных линий. Спектральный анализ — чувствительныйметод и широко применяется в аналитической химии, астрофизике, металлургии,машиностроении, геологической разведке и других отраслях науки.
Процедура ЭСА имеет рядопераций:
1. Испарение пробы,атомизация вещества и возбуждение с последующим излучением.
2. Получение спектрав определенном диапазоне волн.
3. Оценкаинтенсивности аналитических линий элемента в спектре и выдача результатов.
При опробовании растенийнеобходимо учитывать гетерогенное распределение элементов в материале.Фитохимическое опробование растений производится для определения степенизагрязнения среды и радиоэкологических оценок пищевых цепей в ряду «почва- растение — человек». Пробы отбираются на открытых местах. В случаеопробования ивы используют наземную часть — 4 — 5 молодых побегов, которыеукладывают в бумажные пакеты. Упаковка фиторпобы в полиэтиленовые мешочки недопустима.
Каждая проба получаетиндекс, который составляется из начальной буквы названия реки, в долине которойпроводится опробование, порядкового номера точки отбора пробы и буквы,характеризующей тип пробы. Индекс пробы проставляют на мешочке или пакете, кудаотбирается проба. В мешочек вкладывают бирку-этикетку, в которой указываютиндекс пробы, место взятия пробы, ее характеристику, дату отбора, фамилиюотбиравшего пробу.
Отобранные пробывысушиваются при температуре 100 — 105ºС, измельчаются, взвешиваются.Далее могут сразу отправляться на анализ, или же ему предшествуют озоление иповторное взвешивание. Анализ растений на большую часть микроэлементовпроводится из зол (температура озоления не более 400˚С). На летучиеэлементы (Hg, F, As), а также на макроэлементы(Р, К, N,S) проводится анализ сухого вещества.
геохимическая загрязнение урбанизированный техногенный
Привязка точек отборапробНомер Индекс пробы Бассейн реки Место отбора 57 Л6 Лопань левый берег, 2800 м от слияния Лопани и Харькова (устье Саржина Яра) 67 Л16 Лопань 5700 м от устья Саржина яра 68 Л17 Лопань правый берег Саржина яра, 6500 м от устья яра 69 Л18 Лопань 6000 м от устья Саржина яра 70 Л19 Лопань 5200 м от устьяСаржина, около колодца 71 Л20 Лопань слияние Саржина яра и Свечного яра, 4800 м от устья Саржина яра 72 Л21 Лопань правый берег Комсомольского озера, 4200 м от устья Саржина яра 73 Л22 Лопань Транспортный мост на Павлово поле 74 Л23 Лопань 3300 м от устья Саржиного Яра 75 Л24 Лопань 2500 м от устья ручья 76 Л25 Лопань стадион Буревестник (1350 м от устья ручья)
Гидрографическая сеть г.Харькова
Точки отбора наглядно представлены на рис. 1.
/>
Рис 1. Гидрографическая сеть г. Харькова
Расчет местногогеохимического фона
Методика выявленияаномальных значений в выборке геохимических данных.
Каждая выборка геохимическихданных характеризуется основными статистическими параметрами распределения химическихэлементов: средним значением концентрации />, стандартным отклонением S,коэффициентом вариации V.
Чем больше значениекоэффициента вариации, тем больше разброс значений концентраций вокругсреднего. Геохимическая аномалия — участок территории, в пределах которого статистическиепараметры распределения химического элемента достоверно отличаются отгеохимического фона.
Местным геохимическим фономявляется средняя величина вариации содержания химического элемента в почвах,грунтах, донных отложениях. Для выявления аномальных значений в выборкепроводят статистический анализ данных с использованием критерия Стьюдента.
Табличное значениекритерия Стьюдента находят исходя из принятого уровня значимости />, который для почвобычно принимается равным 0,05, и количества членов данной выборки N.
По соответствующейформуле рассчитают критическое значение отклонения. Если максимальное относительноеотклонение превышает эту величину, соответствующее значение концентрации относитсяк аномальным и отсеивается из выборки при расчете местного фона.
Процедуру расчетапродолжают до удовлетворения отклонения требованиям критерия. Полученное дляскорректированной выборки С принимают за значение местного фона для данногоэлемента.
Процедура расчетаместного геохимического фона
1.По данным выборкисодержания химических элементов в донных отложениях рассчитать основныепараметры распределения (С, S, V) для элемента.
Среднее значение- />,
Стандартное отклонение- />,
Коэффициент вариации- />
2. Определитьмаксимальное отклонение
/>: | Сmax — С |, | Сmin — С |
3.Определить максимальноеотносительное отклонение
/> = />/ S
4.Рассчитать критическоезначение отклонения, используя табличное значение критерия Стьюдента при />= 0,05(Р=0,95). Для расчета использовать формулу:
/>=/>,
где n – количествозначений в выборке,
t (/>, n-2) — табличноезначение критерия Стьюдента.
5.Сравнить полученныезначения отклонения. Если максимальное относительное отклонение превышаеткритическое значение, удаляем из выборки для расчета фона максимальное значениеконцентрации.
6. При скорректированнойвыборке повторить расчет. Среднеарифметическое значение концентрации вокончательном варианте принять за местный фон.
Примечание. Если в результатах анализа вкакой-либо пробе отсутствует значение концентрации, для расчета принять '/2величины предела обнаружения этого элемента. Если при определении какого-либоэлемента данные не превышают 20% от общего количества- этот элемент отбрасываютиз-за отсутствия данных.
Расчет среднего имаксимального уровня загрязнения территории
Одна из главныххарактеристик геохимической антропогенной аномалии — ее интенсивность, котораяопределяется степенью накопления элемента- загрязнителя по сравнению сприродным фоном.
Показателем уровняаномальности содержаний элементов является коэффициент концентрации КС,который рассчитывается как отношение содержания элемента в исследуемом объектеС к среднему фоновому содержанию СФ:
/>/>
Оценка территории поуровню опасности загрязнения производится по показателю Zc, который рассчитывается по формуле
ZС=ΣКС-(n-1),
Причем при расчете ZС в формуле учитываются только коэффициенты концентрациибольше единицы.
В расчетной части представленыисходные данные для расчета уровня загрязнения. В связи с отсутствием выборокпо таким элементам, как Sr,Ti,W исключаем их из расчетов. Оценка уровня загрязненияпроизводится на основании ориентировочной шкалы оценки уровня загрязнения почв.
Уровень загрязнения почвы Zc токсичных элементов в почвах Допустимый Менее 16 Умеренно-опасный 16 -32 Опасный 32 – 128 Чрезвычайно опасный Более 128
Результаты расчета ZС и КС с указанием уровней загрязнения покаждой точке представлены в расчетной части. Максимальный уровень загрязнениянаблюдается в точке 24, в которой Zc=123,8 что соответствует опасномууровню загрязнения почвы.
Для расчета среднегоуровня загрязнения участка исключают при помощи критерия Стьюдентастатистически недостоверные значения содержаний элементов в пробах.
Если содержание элементав точке неизвестно, принимаем его равным половине предела обнаружения.
При расчете суммарногопоказателя загрязнения ZC в формуле учитываем только коэффициенты КС>1, так как внашем случае при этом интегральный показатель будет максимальным, чтосоответствует самой жесткой оценке уровня загрязнения.
Этапы и результатырасчета среднего уровня загрязнения территории представлены в расчетной части.
Средний уровеньзагрязнения территории соответствует Zc=31,76, т.е. умеренно опасный ур.
Формула геохимическойассоциации элементов в почвах представлена в расчетной части.
Расчет содержанияэлементов в сухом веществе растений
Анализ содержанияхимических элементов в растении проводится с озоленным материалом.Соответственно, определяются концентрации элементов в золе растений. Дляпересчета содержания элементов в золе на содержание в сухом веществе растенийиспользуется понятие зольности. Зольность — отношение массы золы,образовавшейся из растительных остатков при их озолении, к массе исходногосухого вещества растений. Она характеризирует интенсивность накопления элементав растении.
З=Мз/Мсух,доли ед.,%
Концентрация элемента всухом веществе растения рассчитывается по следующей формуле:
Ссух=Сз*З
где Сз — содержание элемента в золе растения, мг/кг.
Поскольку данные посодержанию в золе растений Be, Sn, Ga, Co, V, Ge, La, Ag даны частично или отсутствуютвообще, исключаем эти элементы из расчета. Работать будем с осредненнымизначениями зольности и концентраций элементов в золе.
Почвенно-растительныйкоэффициент:
ПРК=Схзол/Схпочв
Результаты расчетаприведены в расчетной части.
Выводы
На даннойисследуемой территории доминирующими загрязнителями являются следующиеэлементы: Ag, Ge, Y, Yb, Pb,Ba.
Иттербий –редкий элемент, практическое применение этого элемента ограничено некоторымиспециальными сплавами, главным образом на алюминиевой основе.
Итрий –стронций переходит в иттрий.
Аргентумсодержится в почве в аномальных количествах. Будучи благородным металлом,серебро отличается относительно низкой реакционной способностью. Серебро — постоянная составная часть растений и животных. Его содержание в растенияхсоставляет в среднем 0,006 мг на 100 г сухого вещества. Однако это тяжёлый металл и является клеточным ядом, ксенобиотикам: ионы серебра замещают ионымикроэлементов в ферментах, например (Со), ответственных за метаболизм иразмножение. Это приводит к нарушению функции клетки и к её гибели. Сереброприменяется для контактов электротехнических изделий, в составе припоев, сплавов, как драгоценный металл,а также в качестве катализатора в реакциях окисления.
Барийприсутствует во всех органах растений; его содержание в золе растения зависитот количества Бария в почве и колеблется от 0,06-0,2 до 3% (на месторожденияхбарита). Для животных Барий (его растворимые соли) ядовит.
Барий и егосоединения применяются в оптике, пиротехнике, ядерной энергетике, химическойпромышленности и др.
Проанализироваввышеизложенное можно сделать вывод, что основными источниками поступления данныхэлементов в ручей, и в почву – это поверхностный сток с автомагистралей,приусадебных участков, заводы ФЭД, ХАЗ, а также завод пиротехнических изделий.
На основе геохимическихданных о содержании химических элементов в крапиве на данном участке былапроведена оценка уровня и опасности загрязнения территории. На основаниирасчётов были составлены ряды геохимической активности. Наиболее активно данныйвид накапливает следующие элементы: Вa, Pb,Mo, P, Sr, Cu, Ag.
В данной работе былпроведен корреляционный анализ с целью установления связи между концентрациямив почвах и растениях. (Приложение 4) В результате было установлено, что связьприсутствует. Из этого следует, что крапива накапливает вещества из почвы ичастично из атмосферы. А в почве накапливается из атмосферы и с водным потоком.Пыль в своем составе содержит токсические металлы, в том числе и Sr. Оседая на листьях крапивы, онипоглощаются.
Согласно шкале оценки уровня загрязнения водных систем, исследуемый участок имеет умеренно-опасныйуровень загрязнения. В точке Л24 (Zc = 123,8)максимальное уровень загрязнения. Для данной территориитребуется мероприятия по улучшению состояния территории. Полезно провестисоздание на загрязненном участке растительного покрова из растений, которыеадаптированы к данным условиям, с целью закрепления поверхности почвы, снижениявыноса в поверхностные водные объекты загрязнителей, которые адсорбируются наповерхности частиц почвы.
Список литературы
1. Экология города:Учебник. — К.: Либра, 2000
2. Фiзична географiя Харкiвськоi областi. О.О. Жемеров, Н.I. Мачача,
I.Ю. Лекарева — Харкiв: ХДУ, 1993
3. Методическиеуказания для проведения учебной практики по курсу «Введение вспециальность» для студентов 1-го курса специальности инженерная экологиягорода. Составители Ю.Л. Коваленко, И.Е. Саратов, Л.П. Свиренко и др. — Харьков: ХИИКС, 1992
4. Методическиеуказания к курсовой работе по дисциплине «Прикладная литоэкология ирадиоэкология» Составители.: Свиренко Л.П., Дядин Д.В. – Харьков: ХНАМГ, 2007.– 18 с.