Материал: Екологічні аспекти формування талого та дощового поверхневого стоку міста

До основних природних чинників формування поверхневого стоку належать наступні:

) кліматичні особливості території, а саме:

• кількість та періодичність випадіння опадів (дощів), оскільки від цього залежить, яким буде потік води (бурхливий, помірний, спокійний). Атмосферні опади уже в процесі випадіння на поверхню забруднюються різними домішками органічного і мінерального характеру [31];

• висота снігового покриву та умови сніготанення. Цей чинник є значущим, оскільки визначає накопичення вологи і збереження тепла в ґрунті;

• кількість днів “сухої” погоди (період від попереднього дощу до початку наступного). Цей показник є досить важливим, оскільки величина показника біологічного споживання кисню (БСК) води стоку за рівної кількості опадів зі збільшенням періоду “сухої” погоди у більшості випадків підвищується [27];

• кількість днів з грозою, оскільки грози мають велике значення для очищення атмосфери від забруднення за рахунок окиснення продуктів техногенезу та видалення їх з атмосфери разом з опадами;

• часті зливи в теплий період року, що призводить до змивання великої кількості ґрунту і розвитку водної ерозії.

Таким чином, атмосферні опади, з одного боку, сприяють очищенню атмосфери, а з іншого, є одним із джерел забруднення поверхневого стоку.

) геоморфологічні умови території дослідження, а саме: характер рельєфу (густота і розгалуженість балково-річкової мережі, наявність ярів, ухил території), що впливає на розвиток водної та вітрової ерозії.

) характеристика ґрунтового покриву:

• тип ґрунту, оскільки в залежно від типу ґрунти по-різному піддаються впливу розмиваючій здатності поверхневого стоку, виноситься різна кількість завислих та інших речовин у водні об’єкти;

• вміст поживних речовин у ґрунті у вигляді рухомих форм Нітрогену, Фосфору, Калію. Це пов’язано з тим, що саме рухомі форми поживних речовин, а не їх валовий вміст, виносяться поверхневим стоком у водні об’єкти і впливають на формування гідробіологічного режиму водних об’єктів;

• реакція середовища (pH) ґрунтового розчину. Цей показник є доволі значущим, оскільки залежно від того, лужною чи кислою є реакція ґрунтового розчину, важкі метали матимуть рухому чи зв’язану форму, тобто будуть надходити разом з поверхневим стоком до водного об’єкта чи ні і таким чином впливатимуть на екологічний стан водних екосистем чи ні.

) залісненість, задернованість території, що має значний вплив на формування якісного та кількісного складу поверхневого стоку. Наявність трав’яного покриву знижує інтенсивність поверхневого стоку, тобто сповільнюються процеси водного розмиву території; затримується велика кількість завислих речовин та хімічних сполук, що, в свою чергу, зменшує об’єми їх надходження до водного об’єкта і сприяє зниженню антропогенного навантаження на водні екосистеми [21].

До антропогенних чинників впливу на формування якісного складу поверхневого стоку відносяться такі:

) вид сільськогосподарського використання земель, тобто використання території під ріллю, луки, пасовища, сади, виноградники та інше. Залежно від цього, будуть змінюватись умови формування поверхневого стоку, його якісні (вміст завислих та поживних речовин, важких металів) та кількісні характеристики (інтенсивність, водність потоку), а також по-різному буде розвиватись водна ерозія ґрунтів.

Надзвичайно важливими чинниками формування якісного складу поверхневого стоку є форми, дози, строки і способи внесення агрохімікатів; властивості хімічних препаратів, що визначають їх стабільність, процеси взаємодії з ґрунтом і міграційну спроможність. Залежно від цього по-різному буде формуватись якісний склад поверхневого стоку, який матиме різноплановий вплив на якість води і екологічний стан водних екосистем.

Наявність тваринницьких комплексів на території дослідження має безпосередній вплив на формування якості поверхневого стоку та екологічний стан водних екосистем. У більшості випадків стік з тваринницьких комплексів без очищення надходить до водних об’єктів і негативно впливає на його гідробіологічні, гідрохімічні показники.

) наявність та розташування промислових об’єктів. Промислові підприємства є джерелом надходження до атмосферного повітря різних хімічних сполук (залежно від технологічного устаткування, напрямку діяльності та ін.), що поєднуються з опадами і випадають на поверхню землі у вигляді слабких хімічних розчинів. Таким чином, вже опади, що формують поверхневий стік, містять певну кількість хімічних сполук, певну реакцію середовища і безпосередньо впливають на вимивання хімічних речовин із ґрунту [21].

1.3 Екологічні аспекти формування талого та дощового поверхневого стоку міста

Особливістю структури міських угідь є їх різноманіття. Вони включають в себе як непроникні і слабопроникні для вбирання води з поверхні асфальту, бетону, комунальних і промислових забудов, ущільнених майданчиків, так і проникні території у вигляді газонів, скверів, парків і сільськогосподарських територій, зайнятих садами і городами. У зв’язку з цим на території міста значно змінюються умови стоку в порівнянні з природними територіями. На непроникних територіях значно знижуються втрати на інфільтрацію, випаровування і зростає поверхневий стік [33].

Початок весняного стоку в міських умовах починається раніше, ніж у природних. Це пов’язано з тим, що на центральних вулицях міста дорожнє полотно обробляється різними хімічними реагентами, які прискорюють процес танення крижаної кірки та снігу. У приватному секторі через відсутність хімічного впливу на сніг і наявності деревно-чагарникової рослинності сніг тане значно повільніше.

За сезонами року можна виділити два періоди збільшення концентрацій забруднюючих речовин. Перший пік збільшення концентрацій забруднюючих речовин у зливових стоках проявляється навесні, під час танення снігу і льоду, а інший - в літній період [28].

Концентрація забруднюючих речовин у весняному поверхневому стоці з міської території не постійна. На початку сніготанення на урбанізованій території стік більш насичений забруднюючими речовинами, ніж наприкінці повені. Причина цього в тому, що в міру формування поверхневого стоку територія “промивається” і надалі, незважаючи на збільшення обсягів стоку концентрації забруднюючих речовин знижуються.

Азот в стоці представлений трьома формами: нітратною, нітритною і амонійнію. У стоці з різних елементів міської території характерне переважання амонійних форм азоту, що вказує на слабко протікаючі окислювальні процеси. Нітрити представляють собою проміжний етап окислення мінерального азоту. Найменша концентрація мінерального азоту (суми його трьох форм) відзначається в стоці з урбанізованої території (багатоповерхова комунальна забудова).

Значному утриманню мінерального азоту в стоці індивідуальної міської забудови сприяє розкладання господарсько-побутових відходів.

Проаналізувавши отримані дані [33] на урбанізованих водозборах можна зробити ряд важливих висновків (табл. 1.2).

Таблиця 1.2 Середні концентрації забруднюючих речовин в період сніготанення, мг/л

Одним з джерел надходження розчиненого фосфору в природні води є стік з міської території, де переважає його мінеральна форма. Формування загального фосфору на міській території у визначальній мірі залежить від щільності населення та інтенсивності автомобільного руху. Концентрація фосфатів у поверхневому стоці коливається у великих межах. Найбільший змив припадає на приватний сектор, де змив сполук фосфору приблизно в 3 рази більшим, ніж у стоці з інших ділянок міста [34].

Про вміст розчинної органічної речовини в стоці з міської території можна аналізувати за такими показниками, як хімічне споживання кисню (ХСК), біохімічне споживання кисню (БСК). Поверхневий стік з міської території відрізняється більшою кількістю органічної речовини. Це обумовлює його велике окислення. Кисневий режим у весняному поверхневому стоці в цілому задовільний, незважаючи на значний вміст органічних і неорганічних домішок. Зниження запасів розчиненого кисню зменшується внаслідок інтенсивного перемішування стоку та розтіканню по поверхні, що сприяє його аерації.

Вміст нафтопродуктів у поверхневому стоці з міської території значно перевищують ГДК. Найбільші концентрації цієї речовини спостерігаються в стоці з територій, де переважає багатоповерхова забудова. Це пов’язано з великою площею твердих покриттів, інтенсивним рухом автотранспорту і акумуляцією нафтопродуктів в сніговому покриві в період, що передує сніготаненню. Якісний склад поверхневого стоку, що формується на цих територіях, також залежить від стану дорожнього полотна та інтенсивності руху автотранспорту.

Найбільший внесок у збільшення кількості зважених часток в поверхневих водах вносить сучасне ведення житлово-комунального господарства. У зв’язку з нестачею матеріальних коштів часто піщана основа протиожеледних сумішей вчасно не прибирається. Тому з першими відлигами в річках зростає каламутність, а на льоду в місцях спуску поверхневого стоку утворюються своєрідні конуси виносу [34].

Другий пік збільшення концентрації забруднюючих речовин, що надходять з поверхневим стоком з урбанізованих територій міста припадає на період формування дощового зливового стоку в теплий період року (табл. 1.3).

Таблиця 1.3 Середня концентрація забруднюючих речовин в дощовому стоці в літній період, мг/л

Найбільшої небезпеки для водних джерел привносить випадіння короткочасних, але інтенсивних зливових дощів. У результаті зростає концентрація забруднюючих речовин в порівнянні з річковими та підземними водами. Особливо високі концентрації сполук фосфору, азоту, нафтопродуктів, які перевищують ГДК [15].

Для “вимивання” забруднюючих речовин із ґрунту, дорожнього полотна, з дахів будівель і змиву з газонів достатньо 10-15 хвилин інтенсивного випадіння атмосферних опадів.

Вміст розчинених речовин у літньому зливовому стоці з урбанізованих територій поступається змістом талому сніговому стоку. Пояснюється це тим, що в зимовий період відбувається накопичення хімічних елементів протягом більш тривалого часу. Влітку ж, під час випадання злив, відбувається періодичний змив забруднення з водозбору. Чим частіше спостерігаються інтенсивні зливи, тим менше концентрації розчинених та завислих речовин у зливових стоків.

У зливові стоки з міської території, так само як і у весняному, азот міститься в трьох формах. Однак, якщо у весняний період на території міста переважає процес накопичення амонійного азоту, що є кінцевим продуктом розпаду білкових сполук, які утворюються при спалюванні вугілля і нафтопродуктів, то в теплий період відбувається накопичення нітратного азоту, що є кінцевим продуктом процесу нітрифікації.

Зливові стоки, що утворилися на території з переважанням індивідуальної міської забудови, вміст розчиненого фосфору є більшим, ніж з території, де переважає багатоповерхова забудова [34].

В органічному комплексі зливового стоку переважає легко окислювальна органічна речовина. Збільшення органіки в поверхневому стоці у поєднанні з підвищенням температури повітря в районі міської багатоповерхової забудови і асфальтованої частини негативно позначається на його кисневий режим. Тут відзначений дефіцит розчиненого у воді кисню.

У літній період вміст нафтопродуктів у зливових стоках з території зон багатоповерхової та індивідуальної міських забудов помітно знижується в порівнянні з періодом весняної повені. Винятком є території, де переважають зони багатоповерхової забудови з асфальтованими вулицями та інтенсивним транспортним навантаженням.

Кількість завислих речовин у зливовому стоці з міських територій нижча, ніж у весняному. Це пов’язано з тим, що на водозбір не надходить пісок, який поступає в зимовий період в складі протиожиледних сумішей, та більшим захистом ґрунту трав’янистою рослинністю в порівнянні з весняним періодом [33].

Метеорологічні фактори визначають умови вимивання та перетворення шкідливих речовин в атмосферних опадах. Аналіз метеорологічних факторів дасть змогу краще зрозуміти причини формування забруднювачів й особливості їх розподілення в районах міста.

Характеристики вітрового режиму належать до метеорологічних чинників, що найбільше впливають на концентрацію домішок в приземному шарі атмосфери і визначають умови їх приземного вимивання атмосферними опадами.

Оскільки вітровий режим зазнає певних сезонних коливань, а тому сезонно можуть змінюватися і умови перенесення забруднень.

Характер розсіювання та вимивання домішок також суттєво залежить від швидкості вітру. При цьому швидкість вітру по-різному впливає на розсіювання домішок від різних типів джерел викидів.