CC BY
0ECOLOGY
ПРОГНОЗУВАННЯ ЯКОСТ1 ВОДИ В Р1ЧКАХ ДУНАЙ ТА С1ВЕРСЬКИЙ ДОНЕЦЬ ЗА ДОПОМОГОЮ ГЕО1НФОРМАЦ1ИНИХ ТЕХНОЛОГ1Й
к. б. н. Васенко О. Г., к. т. н. Брук В. В., аспирантка Карлюк А. А., астрант Свиридов Ю. В.
Украг'на, м. Харшв, Украг'нський науково-досл1дний институт еколог1чних проблем DOI: https://doi.org/10.31435/rsglobal_ws/30112019/6766
ARTICLE INFO ABSTRACT
For forecasting of the change of water quality in water object the geographic information system (GIS) of the ecological monitoring had been designed. The geographic information system was applied to analyze the water quality of the Danube and Seversky Donets. With the help of GIS, the main trends of changes in water quality indicators of the Danube Delta were identified. In the Danube River, for the most part, there was a tendency for improvement of water quality during the study period, the tendency for deterioration of water quality was determined only by the indicator of manganese. The tendency for deterioration of water quality was observed in the Siverskyi Donets River by the following indicators: suspended matter and ammonia nitrogen. The main trends of changes in water quality indicators have also been identified in the lakes (Chaika, Lychevoe), which influence the formation of water quality of the Siverskyi Donets River. In Lake Chaika there is a tendency to deteriorate in quality: weighed substances; nitrogen nitrate, chlorides and iron. In this case, the values of some indicators in Lake Chaika (BOD-5 and total iron), in Lake Lichovo (COD, BOD-5, nitrite nitrogen) and in the Siverskyi Donets River (overlying districts, ammonium nitrogen) will be several times higher fishery maximum permissible concentration.
Citation: Васенко О. Г., Брук В. В., Карлюк А. А., Свиридов Ю. В. (2019) Prohnozuvannia Yakosti Vody v Richkakh Dunai ta Siverskyi Donets za Dopomohoiu Heoinformatsiinykh Tekhnolohii. World Science. 11(51), Vol.1. doi: 10.3143 5/rsglobal_ws/30112019/6766
Copyright: © 2019 Васенко О. Г., Брук В. В., Карлюк А. А., Свиридов Ю. В. This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) or licensor are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.
Вступ. Дефщит водних ресурив Украши вимагае особливо1' уваги до стану ïï водних артерш. На сьогодшшнш день сумюна дiя природних та антропогенних чинниюв суттево шдвищуе рiвень екологiчноï небезпеки попршення стану рiчок, що потребуе проведення наукових дослщжень з аналiзy ix якост води та ступеня забрудненость
Для можливостi наочного подання результат аналiзy накопиченоï iнформацiï з вщображенням на картi просторового розподiлy показниюв якостi рiчниx вод була розроблена геошформацшна система екологiчного монiторингy для прогнозування змiни якостi води у водних об'ектах. За допомогою створеноï геоiнформацiйноï теxнологiï були визначенi основш тенденцiï змiни показникiв якостi води украшсько!' частини дельти р. Дунаю (далi Г1С) [1].
Received: 26 September 2019 Accepted: 14 November 2019 Published: 30 November 2019
KEYWORDS
ecological monitoring, geographic information system, water quality parameters, temporal trend, significance, Holt method, maximum available concentration.
Метою дано! роботи е перевiрити створену систему геошформацшних технологiй на iншому водному об'екн, а саме рiчцi Оверський Донець i здiйснити прогноз и якостi води.
Методика дослiджень. Значний вплив на екологiчний стан дельти р. Дунай справляють рiзнi антропогенш фактори, у тому числi роботи з вщновлення та експлуатацн глибоководного суднового ходу Дунай - Чорне море [2, 3]. Для розроблення заходiв щодо зменшення впливу антропогенних факторiв потрiбна об'ективна оцiнка еколопчного стану дельти р. Дунай та виявлення тенденцш його змiни.
Базуючись на аналiзi результатiв екологiчного мошторингу в украшсьюй частинi дельти р. Дунай за перюд 2004-2017 рр. були визначеш значущi тенденцн часово! змiни наступних показникiв якостi рiчковоl води: завислi речовини, розчинений кисень, БСК-5, ХСК, азот амонiйний, азот штритний, фосфор фосфатiв, хром6+ i марганець. В середньому за зазначений перюд спостережень за показником марганець спостер^алася тенденщя до погiршення якосп оди, а за рештою показниюв - тенденцiя до полiпшення якосп води. Значення усiх показникiв якосп води, крiм марганцю, не перевищували рибогосподарських нормативiв.
Короткострокове прогнозування змш якостi води дельти р. Дунай за методом Хольта показало, що слiд очiкувати погiршення якостi води в дельп р. Дунай за показниками азот амонiйний, БСК-5 i марганець. Концентрацiя марганцю буде перевищувати ГДК приблизно у 3 рази. За рештою показниюв очiкуеться полiпшення якостi води. Тенденцл до попршення якостi води за показниками азот амошйний, БСК-5 i марганець в остант роки обумовлена транскордонним забруднення. Визначенi тенденцл змiни показникiв якосп води за усiма пунктами мошторингу дельти р. Дунай наведено в робот [4]. У таблиц 1 наведет тенденцл часово1 змiни показниюв та !х значущiсть за окремими пунктами спостережень в украшсьюй частит дельти р. Дунай.
Таблиця 1. Тенденцл часово1 змiни показникiв (Ъ, мг/дм3) та !х значущiсть (а) по окремих пунктах спостережень в украшсьюй частинi дельти р. Дунай___
Код ПС Вище Реш Нижче Реш Нижче рук. Туль-чинський 1зма!л (10 км вище) 1зма!л Кшя (4 км вище) Кшя (6 км нижче) Вил-ково
Показники Тенденцп часово! змiни показниюв (b, мг/дм3) та ix значущють (а): — а
БСК-5 -0,06 0,06 -0,05 0,23 -0,06 0,09 -0,08 0,07 -0,03 0,19 -0,08 0,07 -0,07 0,06 -0,02 0,47
Азот амоншний -0,01 0,004 -0,01 0,09 -0,92 0,05 -0,01 0,04 -0,01 0,03 -0,01 0,03 -0,01 0,01 -0,01 0,01
Фосфор фосфапв -0,002 0,02 -0,004 0,02 -0,03 0,04 -0,003 0,04 -0,003 0,02 -0,004 0,03 -0,004 0,02 -0,003 0,06
Фосфор загальний 0,003 0,35 -0,004 0,08 0,001 0,83 -0,003 0,12 -0,004 0,05 -0,003 0,17 -0,004 0,07 0,002 0,47
Зави^ речовини -5,09 0,09 -13,43 0,002 -5,48 0,09 -8,75 0,02 -9,58 0,01 -9,70 0,001 -9,03 0,01 -4,79 0,12
Марганець 2,09 0,10 2,78 0,05 — — 4,37 0,11 — — 2,28 0,16
Перманганатна окиснiсть -0,03 0,54 -0,14 0,004 -0,03 0,54 -0,09 0,01 -0,09 0,02 -0,11 0,003 -0,12 0,003 -0,03 0,56
Азот штритний -0,001 0,21 -0,001 0,06 -0,007 0,04 -0,001 0,19 -0,001 0,11 -0,0004 0,51 -0,001 0,25 -0,002 0,02
ХСК 0,04 0,86 -0,28 0,32 -1,72 0,07 0,33 0,10 0,15 0,47 0,20 0,31 0,40 0,06 -0,0002 0,24
Розчинений кисень 0,07 0,16 0,09 0,07 0,08 0,15 -0,005 0,86 -0,01 0,83 0,01 0,81 0,01 0,74 0,27 0,15
Розроблена геошформацшна технолопя також була застосована для р. Оверський Донець та озер Лимансько1 групи (Чайки та Личове), якi впливають на формування и якостi. Актуальними завданнями е комплексна оцiнка стану дослiджуваних водних об'екпв, прогнозування техногенного впливу Змлвсько1 ТЕС на озера Лимансько1 групи та визначення ролi останнiх на формування якосп води рiчки Сiверський Донець. Забезпечення еколопчно1 безпеки рiчки Оверський Донець е вкрай важливим та актуальним науково-практичним завданням.
Стан р. Оверський Донець та озер Лимансько! групи зумовлюються наступними чинниками: природними властивостями, характером водозбiрно! територп та впливом стiчних вод. Формування техногенного об'еднаного стоку озера Чайки вщбуваеться за рахунок: госппобутових та промливневих стiчних вод, переливних вод, що вiдводяться скидним каналом золовiдвалу Змпвсько! ТЕС, та грунтових вод [5, 6]. Озеро Чайка зазнае найбшьшого техногенного навантаження, бо приймае госппобутов^ промливневi стiчних води та переливт води, що вщводяться скидним каналом золовщвалу Змпвсько! ТЕС. Озеро Личове в процесi водообмiну зазнае впливу загально! забрудненостi попереднiх водоймищ i е останнiм - буферним водоймищем стiчних вод Змпвсько! ТЕС та смт. Слобожанське перед !х потраплянням до р. Сiверський Донець.
Яюсть води озер Лимансько! групи та д^нки р. Сiверський Донець (вщ с. Черкаський Бишкин вниз за течiею до смт. Донець) анашзувалася вiдповiдно до вимог рибогосподарського водокористування. Матерiалом для аналiзу стали результати власних дослiджень 2016-2018 рр. та фондовi данi рiзних служб мониторингу й наукових органiзацiй з 1995 по 2018 роки. Для виконання прогнозних розрахунюв формування якостi дослщжуваних поверхневих вод використано Метод Хольта. Паралельно розрахунки прогнозування проводили за допомогою системи Statistica 10. Отримаш результати повнiстю спiвпали з розрахунками отриманими за допомогою Г1С [7, 8].
Вибiр станцiй проводився з урахуванням морфометричних характеристик водоймищ з метою охопити еколопчно рiзнорiднi дшянки. Точки вiдбору розташованi таким чином, щоб охопити та послщовно простежити за змiнами гiдрохiмiчного режиму вщ озера Чайки до р. Оверський Донець [9]. Для проведення мошторингових спостережень на озерах Лимансько! групи було вибрано наступш станцн: точка № 1 - розташована в пiвденнiй частинi озера Чайка в протощ (мiсце надходження с^чних вод Змпвсько! ТЕС, с. Слобажанське та вод золовiдвалу); точка № 2 - у мющ приймального ковша насосно! станцн, звiдки перекачуеться вода до озера Личового; точка № 3 - розташована в верхнш, швденнш частинi озера Личове. Для проведення мошторингових спостережень р. Оверський Донець було вибрано наступш станцн: точка № 4 -дшянка р. Оверський Донець (с. Черкаський Бишкин) та точка № 5 - д^нка р. ^верський Донець (смт. Донець).
Результати перевищення ГДК у водi 2017-2018 рр. вщповщно до нормативiв рибогосподарського водокористування для озер Лимансько! групи та р. ^верський Донець наводяться у таблиц 2.
Таблиця 2. Порушення нормативiв води дшянки р. Оверський Донець та озер
С/ГДКр-г рж pH ХСК бск5 NO2 NO3 NH4 PO4 Cl SO4 Сухий залишок Fe Mg Zn
р.Оверський Донець (с.Черкаський Бишкин) 2017 0,91 0,85 0,40 11,13 0,10 0,60 2,73 0,21 1,34 0,71 2,00 4,00 1,00
2018 0,92 1,75 1,17 16,38 0,19 1,78 3,09 0,20 1,13 0,69 0,70 6,00 2,00
р.Сiверський Донець (смт. Донець) 2017 0,91 0,45 0,57 10,08 0,10 0,72 2,77 0,21 1,33 0,73 2,10 2,00 2,00
2018 0,89 0,43 0,87 10,13 0,16 0,86 3,04 0,20 1,21 0,72 0,60 6,00 1,00
Чайка (об'еднаний стж) 2017 0,91 0,80 0,62 1,00 0,09 0,54 2,91 0,32 2,08 0,79 3,00 4,00 1,00
2018 0,99 1,45 2,48 1,42 0,08 0,56 3,04 0,32 1,46 0,72 2,30 9,00 2,00
Чайка (насосна станцiя) 2017 1,05 1,79 2,80 0,46 0,07 1,66 0,39 0,35 2,69 0,82 2,70 2,00 3,00
2018 1,06 1,78 4,71 1,54 0,10 1,46 0,67 0,44 2,50 0,99 1,20 7,00 1,00
Личове 2017 1,00 2,07 3,30 1,42 0,07 2,38 0,44 0,32 2,81 0,88 3,80 4,00 5,00
2018 1,02 1,65 4,45 0,96 0,08 2,00 2,29 0,25 1,57 0,74 0,60 9,00 2,00
Виявлено, що за рядом хiмiчних показникiв вода р. Сiверський Донець (щлянки с.— Черкаський Бишкин, смт. Донець) не вщповщае нормативам якост води (рибогосподарським). Перевищення ГДК вщповщно до нормативiв рибогосподарського водокористування для р. Оверський Донець (с. Черкаський Бишкин) спостерналось за такими показниками хiмiчного
складу, як ХСК -1,75 рази, азот амошйний в 1,78 рази, азот штритний 16,4 рази, фосфати - 3,09 рази, залiзо - 2,00 рази, марганець - 6,00 разiв та цинк у 2,00 рази; у мющ смт. Донець: азот штритний -10,13 разiв, фосфати - 3,04 рази, залiзо - 2,10 рази, марганець - 6,00 разiв та цинк - 2,00 рази.
Перевищення ГДК вщповщно до нормативiв рибогосподарського водокористування для озер Лимансько! групи спостерiгалось за 10 показниками хiмiчного складу (БСК5, ХСК, азот амоншний, фосфати, хлориди, сульфати, сухий залишок, марганець, залiзо, цинк). Спостертаеться порушення якостi води в озерi Чайка (об'еднаний стiк): за ХСК -1,45 рази, БСК5- 2,48 рази, сульфати - 2,08 рази, цинк - в 2,00 рази, фосфати - 3,04 рази, зашзо - 3,00 рази, марганець -9,00 разiв, цинк - в 2,00 рази; Чайка (насосна станщя): ХСК -1,79 рази, азот амоншний - 1,66 рази, азот штритний - в 1,54 рази, БСК5 - 4,71 рази, сульфати - 2,69 рази, марганець -7,00 разiв, цинк - 3,00 рази; Личове: за ХСК в 2,07 рази, БСК5-4,45 рази, азот амоншний-2,28 рази, фосфати - 2,29 рази, цинк - 5 разiв, сульфати - 2,81 рази, зашзо - 3,80 рази, марганець - 9,00 разiв.
Визначено, що вплив озера Чайка та Личове на режим р. Оверський Донець може проявлятись за рахунок прямого скиду в рiчку забруднено! води з озера (техногенний стш) [10], а також за рахунок фшьтрацшних втрат при безпосереднш шфшьтраци спчних вод з озера Чайка в шдземш води та далi - в рiчку.
В данш робой наведене прогнозування якост води в р. Оверський Донець та озерах Лимансько! групи. Усереднеш за ушма пунктами вихщш данi для аналiзу наявностi часових тенденцiй змiни показниюв якостi води наведенi у табл. 3.
Таблиця 3. Значення прогнозованих показниюв якостi води в р. Оверський Донець та озерах Лимансько! групи_
Пункти спостережень piK Зв. р-ни, мг/дм3 ХСК, мг/ дм3 NO3, мг/ дм3 NO2, мг/ дм3 NH4, мг/ дм3 PO4, мг/ дм3 Fe, мг/ дм3 SO4, мг/ дм3 Сухий залишок Нафто-продукти
оз. Чайка 2021 26,99 40,62 6,02 0,08 0,65 1,89 0,16 318 782 0,05
2022 30,84 43,65 6,31 0,08 0,64 1,85 0,16 299 767 0,04
2023 34,70 40,77 6,59 0,08 0,63 1,81 0,17 280 751 0,04
2024 38,55 43,22 6,87 0,08 0,62 1,76 0,18 260 735 0,04
оз. Личове 2021 13,98 40,72 3,99 0,05 0,69 0,96 0,06 168 654 0,05
2022 14,23 40,47 3,56 0,05 0,73 0,83 0,05 154 629 0,05
2023 14,58 40,23 3,12 0,04 0,77 0,69 0,04 141 605 0,05
2024 14,92 39,98 2,68 0,04 0,82 0,56 0,03 128 580 0,05
р. Оверський Донець (смт. Донець) 2021 13,89 40,72 3,99 0,05 0,69 0,96 0,06 168 654 0,05
2022 14,23 40,47 3,56 0,05 0,73 0,83 0,05 154 629 0,05
2023 14,58 40,23 3,12 0,04 0,77 0,69 0,04 141 605 0,05
2024 14,92 39,98 2,68 0,04 0,82 0,56 0,03 128 850 0,05
Таким чином в оз. Чайка до 2024 року очшуеться тенденщя до попршення якост за показниками: зв. р-ни - з 23,14 мг/дм3 до 38,55 мг/дм3; БСК5 - з 8,20 мг/дм3 до 9,67 мг/дм3 (ГДКк.п-4,5 мг/дм3, ГДКр.г-2,00 мг/дм3); NO3 - з 5,73 мг/дм3 до 6,87 мг/дм3 (ГДКр.г-40 мг/дм3); Cl - з 90 мг/дм3 до 91 мг/дм3 (ГДКк.п-350 мг/дм3, ГДКр.г-300 мг/дм3); Fe - з 0,23 мг/дм3 до 0,18 мг/дм3 (ГДКр.г-0,010 мг/дм3).
За результатами прогнозування, значення хiмiчних показниюв в оз. Личове на 2023 рш передбачаеться тенденцiя до погiршення за такими показниками: БСК5 - з 5,14 мг/дм3 до 5,49 мг/дм3 (ГДКк.п-4,5 мг/дм3, гДкр.г-2,00 мг/дм3); ХСК - з 38,52 мг/дм3 до 40,56 мг/дм3 (ГДКк.п-15-30 мг/дм3, ГДКр.г-50 мг/дм3); NO2 - з 0,19 мг/дм3 до 0,26 мг/дм3 (ГДКр.г-0,08 мг/дм3); NH - з 0,32 мг/дм3 до 0,34 мг/дм3 (ГДКр.г-0,39 мг/дм3); PO4 - з 1,81 мг/дм3 до 3,04 мг/дм3.
В pi4^ Оверський Донець на 2024 piK передбачаеться тенденцiя до погiршення якост води за такими показниками: Зв. р-ни - з 13,55 мг/дм3 до 14,92 мг/дм3; NH4 - з 0,65 мг/дм3 до
0.82 мг/дм3 (ГДКр.г-0,39 мг/дм3).
Висновки. Для прогнозування змши якостi води у водних об'ектах була створена геошформацшна система (Г1С) екологiчного монiтоpингу з додатковими функщями аналiзу часових pядiв pезультатiв спостережень. Створена геоiнфоpмацiйна технолопя була застосована для аналiзу якост води piчок Дунай та Оверський Донець.
За допомогою створено! Г1С були визначенi основнi тенденцii змши показниюв якостi води дельти piчки Дунай. В piчцi Дунай за бшьшютю показникiв спостеpiгалися тенденцii до полшшення якостi води за дослщжуваний пеpiод, тенденцiя до погipшення якост води була визначена тiльки за показником марганець.
Виявлено, що за рядом хiмiчних показникiв вода piчки Сiвеpський Донець (вiд с. Черкаський Бишкин до смт. Донець) та озер Лимансько! групи не вщповщае рибогосподарським нормативам якостi води. Найбшьш часто спостеpiгаеться порушення якостi води в озеpi Чайка та Личове, за такими показниками як ХСК, БСК5, N-NH+, N-NO2+ PO43-, SO42-, Fe3+. За допомогою геоiнфоpмацiйноi технологи виконано прогнозування значень показниюв piчки Сiвеpський Донець (смт. Донець), озер Чайки та Личове на 2021-2024 рр. Можна вважати достатньо iмовipними попршення якостi води в оз. Чайка за такими хiмiчними показниками, як зважеш речовини, ХСК, БСК5, NO3", Cl-, Fe, в оз. Личове - БСК5, NH+, NO2", PO43" та р. Сiвеpський Донець - NH4+, завислi речовини.
Л1ТЕРАТУРА
1. Васенко А.Г., Брук В.В., Свиридов Ю.В. Геоинформационная система для анализа данных экологического мониторинга украинской части дельты Дуная // Peer-Reviewed Journal. - 2019. - № 4 (21). RS Global Sp. z O.O., Scientific Educational Center, Warsaw - C. 202. Васенко О. Г., Юрченко Л. Л. Дослвдження впливу змш пдролопчного режиму на основш
гiдpохiмiчнi показники стану поверхневих вод дельти Дунаю. Проблеми охорони навколишнього природного середовища та еколопчно! безпеки. Зб. наук. праць УКРНД1ЕП. Хаpкiв: Райдер, 2016. Вип. XXXVIII. - C. 89-98.
3. Результата комплексного еколопчного мониторингу довшлля пiд час експлуатацii глибоководного судового ходу р. Дунай-Чорне море у 2017 рощ / О. Г. Васенко та ш. Еколопчна безпека: проблеми i шляхи виршення. Зб. наук. ст. XIV Мтжнародно! науково-практично! конфеpенцii' (м. Хаpкiв, 10-14 вересня 2018 р). Хаpкiв: Райдер, 2018. - C. 87-91.
4. Васенко А.Г. О мониторинге состояния окружающей среды в раене размещения Змиевской ТЭС / А.Г. Васенко, Н.В. Старко, Л.Ф. Глущенко и др.// Материалы II Международной научно-практической конференции "Экология: образование, наука, промышленность и здоровье". - (Белгород, 2004 г.). - Сб. науч. ст. в 2-х т. - Белгород: НИ "Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова", 2004. - Ч. III. - с. 39-41.
5. Васенко О.Г., Карлюк А. А. Доочищення об'еднаного стоку Змпвсько! тепловоi' електростанцп за допомогою створення пдроспорудження як елемента штенсифшацп процесу самоочищення озера // Еколопчш науки. - К. : ДЕа, 2018. - № 3(22). С. 25-30
6. Карлюк А.А. Особливосп формування гiдpохiмiчного складу вод оз. Камишувате та оз. Чайки тд впливом дгяльносп Змпвсько! ТЕС Еколопчна безпека: сучасш проблеми та пропозицп. Збipник наукових праць Всеукрашсько1 науково-практично1 конференци (м. Харшв, 21 квiт. 2017р.). Том II/ГО «Регюнал. Центр наук.-техшч.розвитку», Харшв.держ.наук.б-ка iм. В.Г. Короленка; [укладач: 1.В. Бондаренко].-Кшв: «1нтерсервю», 2017.- С 64-68
7. Грешилов А. А., Стакун В. А., Стакун А. А. Математические методы построения прогнозов. — М.: Радио и связь, 1997. - 112 с.
8. Лукашин Ю. П. Адаптивные методы краткосрочного прогнозирования временных рядов. — М.: Финансы и статистика, 2003. 416 с.
9. О мониторинге состояния окружающей среды в районе размещения Змиевской ТЭС / А.Г. Васенко, В.А. Ермоленко, В.Т. Лысенков, Н.В. та шш. // Вестник БГТУ. - №8 ч. III. - 2004 г. - с. 41-43.
10. Karluk A.A. Scientific journal "The scientific heritage" 14 (14) (2017). Sanitary-bacteriological and hydrochemical characteristics of the lakes of inundative group, located in the zone of the Zmiivska TPP influence. Karluk A.A. // The scientific heritage. (Budapest,. Hungary) - 2017. - No 14 (14). - Р 66-71.
