Геохимическая оценка уровня опасности загрязнения участка территории города

Міністерство освіти і науки України

Харківська національна академія міського господарства

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине:

«Прикладная литоэкология» на тему:

«Геохимическая оценка уровня опасности загрязнения 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 местного геохимического фона

Расчет среднего и максимального уровня загрязнения территории

Расчет содержания элементов в сухом веществе растений

Выводы

Список литературы

Ведение

Целью данной работы является получение практических навыков в проведении оценки загрязнения территории, используя геохимические данные относительно химических элементов в почвах, донных отложениях и в золе растений

В пределах урбанизированного района формируются техногенные аномалии разного размера и интенсивности, которые по масштабам проявления можно расположить в следующий ряд: региональное геохимическое поле - региональный узел загрязнения – очаг загрязнения – техногенный ореол рассеяния.

Ландшафтная характеристика 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 яр начинается в Лесопарке недалеко от Пятихаток и, углубляясь, идет с северо-востока на юго-запад к реке Лопань. По дну яра периодически течет Саржин ручей, образуя ниже Института неотложной хирургии Комсомольское озеро и болото вблизи источника минеральной воды, а также под городской канатной дорогой. Саржин ручей после минерального источника наполняется всей неиспользованной водой, называется речкой Саржинкой, впадающей в реку Лопань.

Растительность Саржиного яра в основном древесная. Стоит отметить, что на данной территории расположен ботанический сад ХНУ им.Каразина. Но это касается лишь части яра. Начиная от дамбы проспекта Ленина древесная растительность становится реже или вообще отсутствует. Здесь преобладает в основном травяная растительность.

В Лесопарке и до дамбы проспекта Ленина застройка яра отсутствует. Между проспектом Ленина и ул. Клочковской на склонах яра строятся высотные дома. Вблизи яра расположен частный сектор.

Ниже трамвайного кольца на пересечении улиц Клочковской и Новгородской яр частично засыпан и застроен домами частного сектора.

Климатические условия

Климат умеренно-континентальный, с продолжительной, но не суровой зимой, с частыми оттепелями, с умеренно теплым, иногда жарким летом.

По средним многолетним величинам, промерзание почвы начинается в ноябре и к 1 декабря достигает 11 см.

По многолетним наблюдениям, в среднем за год выпадает 522 мм осадков. Минимум осадков приходится на февраль, максимум – в июле. Снежный покров лежит со второй половины ноября до конца марта. Высота снежного покрова – 23см.

Среднегодовая скорость ветра составляет 2,9 м/с. Минимальные скорости приходятся на июнь-июль, максимальные на февраль. Зимой преобладают восточные ветра, летом, юго-восточные.

Источники загрязнения

Уровень содержания веществ формируется под действием природных и антропогенных факторов. К природным факторам относятся атмосферные осадки, продукты эрозии почвы. Туманы, дым и газы от лесных и степных пожаров. Антропогенное загрязнение отличается многообразием видов и многочисленностью источников, в основном обусловлено выбросами промышленных предприятий и автотранспорта.

Наиболее значительными источниками загрязнения данной территории является: автомобильные магистрали, поверхностный сток с автомобильных магистралей и приусадебных участков (здесь особенно усилен, поскольку данная территория представляет собой балку) ХМЗ, «ФЭД», ХГАПП, «ХАЗ» завод пиротехнических изделий, выпуск сточных вод, мусорки, Украинский физико-химический институт.

Методика отбора геохимических проб

Геохимическое опробование проводится в районе известных или потенциальных источников загрязнения таким образом, чтобы можно было сформировать представительные геохимические выборки для выявления ареалов и потоков рассеяния и оценки соответствующих им ассоциаций химических элементов

Основу комплекса аналитических методов, используемых при организации биогеохимических исследований, составляет атомно-абсорбционный анализ, дополняемый количественным спектральным анализом. Последний позволяет расширить комплекс оцениваемых химических элементов, что дает возможность выявить более широкий список химических элементов, контрастно концентрирующихся в средах при антропогенных воздействиях. Эмиссионно-спектральный анализ основан на способности атомов химических элементов в состоянии возбуждения излучать спектры в световом и ультрафиолетовом диапазоне волн. Каждый элемент характеризуется некоторыми определенными линиями, проявляющимися при минимальной концентрации данного элемента, которые называются аналитическими. Аналитические линии характеризуют определенный интервал концентраций элементов. Они сведены в атласе спектральных линий. Спектральный анализ — чувствительный метод и широко применяется в аналитической химии, астрофизике, металлургии, машиностроении, геологической разведке и других отраслях науки.

Процедура ЭСА имеет ряд операций:

1. Испарение пробы, атомизация вещества и возбуждение с последующим излучением.

2. Получение спектра в определенном диапазоне волн.

3. Оценка интенсивности аналитических линий элемента в спектре и выдача результатов.

При опробовании растений необходимо учитывать гетерогенное распределение элементов в материале. Фитохимическое опробование растений производится для определения степени загрязнения среды и радиоэкологических оценок пищевых цепей в ряду "почва - растение - человек". Пробы отбираются на открытых местах. В случае опробования ивы используют наземную часть - 4 - 5 молодых побегов, которые укладывают в бумажные пакеты. Упаковка фиторпобы в полиэтиленовые мешочки недопустима.

Каждая проба получает индекс, который составляется из начальной буквы названия реки, в долине которой проводится опробование, порядкового номера точки отбора пробы и буквы, характеризующей тип пробы. Индекс пробы проставляют на мешочке или пакете, куда отбирается проба. В мешочек вкладывают бирку-этикетку, в которой указывают индекс пробы, место взятия пробы, ее характеристику, дату отбора, фамилию отбиравшего пробу.

Отобранные пробы высушиваются при температуре 100 - 105ºС, измельчаются, взвешиваются. Далее могут сразу отправляться на анализ, или же ему предшествуют озоление и повторное взвешивание. Анализ растений на большую часть микроэлементов проводится из зол (температура озоления не более 400˚С). На летучие элементы (Hg, F, As), а также на макроэлементы (Р, К, N,S) проводится анализ сухого вещества.

геохимическая загрязнение урбанизированный техногенный

Привязка точек отбора проб

Гидрографическая сеть г. Харькова

Точки отбора наглядно представлены на рис. 1.

Рис 1. Гидрографическая сеть г. Харькова

Расчет местного геохимического фона

Методика выявления аномальных значений в выборке геохимических данных.

Каждая выборка геохимических данных характеризуется основными статистическими параметрами распределения химических элементов: средним значением концентрации , стандартным отклонением S, коэффициентом вариации V.

Чем больше значение коэффициента вариации, тем больше разброс значений концентраций вокруг среднего. Геохимическая аномалия - участок территории, в пределах которого статистические параметры распределения химического элемента достоверно отличаются от геохимического фона.

Местным геохимическим фоном является средняя величина вариации содержания химического элемента в почвах, грунтах, донных отложениях. Для выявления аномальных значений в выборке проводят статистический анализ данных с использованием критерия Стьюдента.

Табличное значение критерия Стьюдента находят исходя из принятого уровня значимости , который для почв обычно принимается равным 0,05, и количества членов данной выборки N.

По соответствующей формуле рассчитают критическое значение отклонения. Если максимальное относительное отклонение превышает эту величину, соответствующее значение концентрации относится к аномальным и отсеивается из выборки при расчете местного фона.

Процедуру расчета продолжают до удовлетворения отклонения требованиям критерия. Полученное для скорректированной выборки С принимают за значение местного фона для данного элемента.

Процедура расчета местного геохимического фона

1 .По данным выборки содержания химических элементов в донных отложениях рассчитать основные параметры распределения (С, S, V) для элемента.

Среднее значение- ,

Стандартное отклонение- ,

Коэффициент вариации-

2. Определить максимальное отклонение

: | Сmax - С |, | Сmin - С |

3.Определить максимальное относительное отклонение

= / S

4.Рассчитать критическое значение отклонения, используя табличное значение критерия Стьюдента при = 0,05 (Р=0,95). Для расчета использовать формулу:

=,

где n – количество значений в выборке,

t (, n-2) - табличное значение критерия Стьюдента.

5.Сравнить полученные значения отклонения. Если максимальное относительное отклонение превышает критическое значение, удаляем из выборки для расчета фона максимальное значение концентрации.

6. При скорректированной выборке повторить расчет. Среднеарифметическое значение концентрации в окончательном варианте принять за местный фон.

Примечание. Если в результатах анализа в какой-либо пробе отсутствует значение концентрации, для расчета принять '/2 величины предела обнаружения этого элемента. Если при определении какого-либо элемента данные не превышают 20% от общего количества- этот элемент отбрасывают из-за отсутствия данных.

Расчет среднего и максимального уровня загрязнения территории

Одна из главных характеристик геохимической антропогенной аномалии - ее интенсивность, которая определяется степенью накопления элемента- загрязнителя по сравнению с природным фоном.

Показателем уровня аномальности содержаний элементов является коэффициент концентрации К_С, который рассчитывается как отношение содержания элемента в исследуемом объекте С к среднему фоновому содержанию С_Ф:

Оценка территории по уровню опасности загрязнения производится по показателю Zc, который рассчитывается по формуле

Z_С=ΣК_С- (n-1),

Причем при расчете Z_С в формуле учитываются только коэффициенты концентрации больше единицы.

В расчетной части представлены исходные данные для расчета уровня загрязнения. В связи с отсутствием выборок по таким элементам, как Sr,Ti,W исключаем их из расчетов. Оценка уровня загрязнения производится на основании ориентировочной шкалы оценки уровня загрязнения почв.

Результаты расчета Z_С и К_С с указанием уровней загрязнения по каждой точке представлены в расчетной части. Максимальный уровень загрязнения наблюдается в точке 24, в которой Zc=123,8 что соответствует опасному уровню загрязнения почвы.

Для расчета среднего уровня загрязнения участка исключают при помощи критерия Стьюдента статистически недостоверные значения содержаний элементов в пробах.

Если содержание элемента в точке неизвестно, принимаем его равным половине предела обнаружения.

При расчете суммарного показателя загрязнения Z_C в формуле учитываем только коэффициенты К_С>1, так как в нашем случае при этом интегральный показатель будет максимальным, что соответствует самой жесткой оценке уровня загрязнения.

Этапы и результаты расчета среднего уровня загрязнения территории представлены в расчетной части.

Средний уровень загрязнения территории соответствует Zc=31,76, т.е. умеренно опасный ур.

Формула геохимической ассоциации элементов в почвах представлена в расчетной части.

Расчет содержания элементов в сухом веществе растений

Анализ содержания химических элементов в растении проводится с озоленным материалом. Соответственно, определяются концентрации элементов в золе растений. Для пересчета содержания элементов в золе на содержание в сухом веществе растений используется понятие зольности. Зольность - отношение массы золы, образовавшейся из растительных остатков при их озолении, к массе исходного сухого вещества растений. Она характеризирует интенсивность накопления элемента в растении.

З=М_з/М_сух, доли ед.,%

Концентрация элемента в сухом веществе растения рассчитывается по следующей формуле:

С_сух=С_з*З

где С_з - содержание элемента в золе растения, мг/кг.

Поскольку данные по содержанию в золе растений Be, Sn, Ga, Co, V, Ge, La, Ag даны частично или отсутствуют вообще, исключаем эти элементы из расчета. Работать будем с осредненными значениями зольности и концентраций элементов в золе.

Почвенно-растительный коэффициент:

ПРК=С^х_зол/С^х_почв

Результаты расчета приведены в расчетной части.

Выводы

На данной исследуемой территории доминирующими загрязнителями являются следующие элементы: Ag, Ge, Y, Yb, Pb,Ba.

Иттербий – редкий элемент, практическое применение этого элемента ограничено некоторыми специальными сплавами, главным образом на алюминиевой основе.

Итрий – стронций переходит в иттрий.

Аргентум содержится в почве в аномальных количествах. Будучи благородным металлом, серебро отличается относительно низкой реакционной способностью. Серебро - постоянная составная часть растений и животных. Его содержание в растениях составляет в среднем 0,006 мг на 100 г сухого вещества. Однако это тяжёлый металл и является клеточным ядом, ксенобиотикам: ионы серебра замещают ионы микроэлементов в ферментах, например (Со), ответственных за метаболизм и размножение. Это приводит к нарушению функции клетки и к её гибели. Серебро применяется для контактов электротехнических изделий, в составе припоев, сплавов, как драгоценный металл, а также в качестве катализатора в реакциях окисления.

Барий присутствует во всех органах растений; его содержание в золе растения зависит от количества Бария в почве и колеблется от 0,06-0,2 до 3% (на месторождениях барита). Для животных Барий (его растворимые соли) ядовит.

Барий и его соединения применяются в оптике, пиротехнике, ядерной энергетике, химической промышленности и др.

Проанализировав вышеизложенное можно сделать вывод, что основными источниками поступления данных элементов в ручей, и в почву – это поверхностный сток с автомагистралей, приусадебных участков, заводы ФЭД, ХАЗ, а также завод пиротехнических изделий.

На основе геохимических данных о содержании химических элементов в крапиве на данном участке была проведена оценка уровня и опасности загрязнения территории. На основании расчётов были составлены ряды геохимической активности. Наиболее активно данный вид накапливает следующие элементы: Вa, Pb,Mo, P, Sr, Cu, Ag.

В данной работе был проведен корреляционный анализ с целью установления связи между концентрациями в почвах и растениях. (Приложение 4) В результате было установлено, что связь присутствует. Из этого следует, что крапива накапливает вещества из почвы и частично 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, они поглощаются.

Согласно шкале оценки уровня загрязнения водных систем, исследуемый участок имеет умеренно-опасный уровень загрязнения. В точке Л24 (Zc = 123,8)максимальное уровень загрязнения. Для данной территории требуется мероприятия по улучшению состояния территории. Полезно провести создание на загрязненном участке растительного покрова из растений, которые адаптированы к данным условиям, с целью закрепления поверхности почвы, снижения выноса в поверхностные водные объекты загрязнителей, которые адсорбируются на поверхности 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. Методические указания для проведения учебной практики по курсу "Введение в специальность" для студентов 1-го курса специальности инженерная экология города. Составители Ю.Л. Коваленко, И.Е. Саратов, Л.П. Свиренко и др. - Харьков: ХИИКС, 1992

4. Методические указания к курсовой работе по дисциплине «Прикладная литоэкология и радиоэкология» Составители.: Свиренко Л.П., Дядин Д.В. – Харьков: ХНАМГ, 2007. – 18 с.