Здавалка
Главная | Обратная связь

Глава 1. Методика исследований

При исследовании хронологических рядов данных, описывающих химизм атмосферных осадков, применяются информационно-статистические подходы. Необходимо учитывать тот факт, что анализируемые ряды являются статистическими дискретными моделями, обобщающими информацию о статике и динамике по отдельным пунктам наблюдения, годам, ионам.

Изучение химического состава атмосферных осадков осуществляется в 4 этапа:

1 этап. Сбор статистического тематического материала о состоянии химизма атмосферных осадков на исследуемом временном интервале.

Основная цель данной работы заключается в определении пространственно-временных закономерностей и визуализации ионного состава, показателей рН и удельной электропроводности атмосферных осадков и снега на территории Беларуси.

Для выявления пространственно-временной динамики данных показателей в атмосферных осадках на территории Беларуси использованы данные мониторинга химического состава атмосферных осадков, проводимого Республиканским центром радиационного контроля и мониторинга окружающей среды Департамента по гидрометеорологии, ежегодно публикуемые в информационно-аналитическом сборнике «Состояние природной среды Беларуси: экологический бюллетень».

Данные по химическому составу атмосферных осадков в виде дождя анализировались за 5-летний период наблюдений (с 2009 по 2013 гг.) по 20 имеющимся пунктам отбора проб атмосферных осадков: Березино, Березинский заповедник, Бобруйск, Браслав, Брест, Гомель, Гродно, Жлобин, Лида, Минск, Могилев, Мозырь, Мстиславль, Нарочь, Новогрудок, Орша, Пинск, Полоцк, Пружаны, Барановичи (рис. 1).

Данные по химическому составу снежного покрова анализировались по имеющимся данным за 3 зимних сезона (2010-2011, 2011-2012, 2012-2013 гг.) по 22 пунктам отбора снежного покрова: Барановичи, Березинский заповедник, Бобруйск, Витебск, Волковыск, Высокое, Ганцевичи, Гомель, Горки, Гродно, Езерище, Костюковичи, Лида, Минск, Мозырь, Нарочь, Пинск, Полоцк, Пружаны, Славгород, Житковичи, Октябрь (рис. 1).

Наблюдения за состоянием атмосферных осадков проводятся следующим образом:

1. Пространственное размещение стационарных пунктов наблюдений за состоянием атмосферных осадков должно обеспечивать получение первичных данных о химическом составе и интенсивности аэральных выпадений от трансграничных и региональных источников загрязнения.

2. Стационарные пункты наблюдений за состоянием атмосферных осадков размещаются на гидрометеорологических объектах, на которых проводятся приземные метеорологические наблюдения.

3. Стационарные пункты наблюдений за состоянием атмосферных осадков размещаются на открытой ровной площадке, удаленной от деревьев, холмов, зданий, линий электропередач и стоянок транспортных средств на расстояние не менее 50 метров.

4. Пробы атмосферных осадков подразделяются на суточные пробы, которые включают собранные в осадкосборнике суммарные выпадения атмосферных осадков за 24 часа, и месячные пробы, которые составляются из суммы отдельных суточных проб за истекший месяц. На стационарных пунктах наблюдений за состоянием атмосферных осадков, выполняющих наблюдения за региональным переносом загрязняющих воздух веществ, анализируются месячные пробы атмосферных осадков [1].

5. В пробах атмосферных осадков определяются водородный показатель, удельная электропроводность и основной солевой состав (сульфаты, нитраты, хлориды, гидрокарбонаты, азот аммонийный, а также катионы калия, кальция, магния и натрия) и тяжелые металлы в пробах снежного покрова (свинец, кадмий).

6. В срок извлечения суточной пробы атмосферных осадков из осадкосборника измеряются направление и скорость ветра, температура воздуха.

7. Пробы атмосферных осадков собираются с использованием ручных или автоматических осадкосборников, расположенных на высоте 2 м от земной поверхности.

8. При сборе атмосферных осадков необходимо исключить попадание в осадкосборник сухих атмосферных выпадений. Ручные осадкосборники должны быть оснащены крышками, которые следует открывать только на период выпадения осадков.

9. Суточная проба атмосферных осадков извлекается из осадкосборника в 9 часов по местному времени без различия летнего и зимнего времени.

10. В суточной пробе атмосферных осадков с помощью мерного цилиндра определяется количество атмосферных осадков, при наличии в осадкосборнике твердых атмосферных осадков – после их таяния в теплом помещении. После определения количества атмосферных осадков измеряется значение водородного показателя и удельной электропроводности осадков [2].

11. Результаты измерений при отборе проб атмосферных осадков заносятся организациями Минприроды в таблицу по форме согласно приложению 4, и передаются в электронном виде в информационно-аналитический центр не позднее 5 числа месяца, следующего за отчетным. При значении водородного показателя 4,0 и менее, полученные данные передаются в информационно-аналитический центр сразу после их получения.

12. Суточные пробы атмосферных осадков хранятся до их отправки в лабораторию в темном прохладном месте при температуре не выше +5°С.

13. По истечении месяца суточные пробы атмосферных осадков объединяются в месячную пробу атмосферных осадков, которая без предварительной консервации отсылается организациями Минприроды в лабораторию для проведения ее испытания. К отправляемой пробе атмосферных осадков прилагается сопроводительное письмо. Отправка проб в лабораторию осуществляется не позднее 5 числа месяца, следующего за отчетным [9], [10].

На 2 этапе производится комплексная оценка химического состава атмосферных осадков, включая оценку каждого иона, из представленных в работе, а так же их сумму, кислотность и удельную электропроводность.

Для определения вышеперечисленных показателей в атмосферных осадках используют следующие методики:

Для определения удельной электропроводности в пробах атмосферных осадков используют кондуктометрический метод. Метод заключается в измерении сопротивления пробы атмосферных осадков в термостатированной ячейке с гладкими платиновыми электродами с поверхностью 1 см2 и расстоянием между электродами 1 см; константу ячейки определяют предварительно по растворам хлорида калия.

Определение рН. Метод основан на измерении разности потенциалов, возникающих на границах между внешней поверхностью стеклянной мембраны электрода и исследуемым раствором относительно другого электрода, например, хлорсеребряного, называемого электродом сравнения, потенциал которого практически не зависит от активности ионов водорода (рН) в исследуемом растворе.

Определение общей кислотности. Метод определения массовой концентрации иона водорода, обусловленный присутствием сильных и слабых неорганических и органических кислот основан на прямом титровании пробы осадков раствором гидроксида натрия в две ступени с потенциометрической индикацией точки эквивалентности.

Определение сульфат-иона (SO42-). Для определения концентрации сульфат-иона в пробах атмосферных осадков используют нефелометрический метод. Метод основан на взаимодействии сульфат-ионов и ионов бария с образованием труднорастворимого соединения сульфата бария в виде суспензии. Для стабилизации суспензии применяют смесь этилового спирта с этиленгликолем в соотношении 1:1.

Определение нитрат-иона (NO-3). Метод основан на восстановлении нитрат-ионов металлическим кадмием и последующем определении образующихся нитрат-ионов с реактивом Грисса-Илосвая. Нитрат-ион взаимодействует с сульфаниловой кислотой (первичный ароматический амин), образуя соль диазония. Соль диазония реагирует с 1-нафтиламином с образованием сильно окрашенного азотсоединения. По интенсивности окраски образующегося азотсоединения определяют фотометрическим методом содержание нитрит-ионов.

Определение иона аммония (NH+4). Метод основан на взаимодействии аммонийных солей и аммиака со щелочным раствором ртутноиодистоводородного калия (реактивом Несслера). По интенсивности окрасов образующегося соединения определяют фотометрическим методом содержание ионов аммония.

Определение хлорид-иона (Сl-). Метод основан на взаимодействии хлорид-ионов с ионом ртути (II) при прямом титровании проб атмосферных осадков раствором нитрата ртути (II) с образованием растворимого но малодиссоциируемого соединения ртути – хлорида ртути (II) в присутствии смешанного индикатора (дифенилкарбазона и бромфенолового синего). Избыток ртути (II) вступает в реакцию с дифенилкарбазоном, образуя комплексное соединение фиолетового цвета.

Определение гидрокарбонат-иона (HCO3-). Концентрация гидрокарбонат-иона в пробах атмосферных осадков определяется методом обратного титрования. Метод основан на связывании избытка соляной кислоты раствором тетрабората натрия в присутствии смешанного индикатора (метилового красного и метилового синего) при продувании через раствор воздуха, не содержащего СО2. область перехода смешанного индикатора от 5,4 до 5,6 рН.

Определение натрия и калия (Na+, K+). Метод основан на измерении интенсивности излучения атомов натрия или калия, возбуждаемых в бутан-пропановом пламени (метод пламенной фотометрии).

Определение кальция и магния (Ca2+, Mg2+). Метод основан на измерении селективного поглощения в пламени атомами кальция, магния излучения резонансных линий атомов этих элементов от внешнего источника света (метод атомно-абсорбционной спектрофотометрии) [12], [13].

На 3 этапе проводится анализ динамики содержания ионов, кислотности и удельной электропроводности атмосферных осадков в виде дождя и снега за исследуемые периоды.

Анализ динамики химического состава атмосферных осадков базируется на системе математических моделей, информационном и математическом обеспечении расчетов. При выполнении работ подобного рода широко применяются многочисленные математическо-статистические методы, основными из которых является: тренд-анализ (собранные данные обрабатывают и представляют в графической форме разными способами) и оценка осадков Беларуси по количественному и качественному составу.

На заключительном 4 этапе выполняется реализация графических изображений исследуемых показателей, дающих наглядное представление о пространственном и количественном распределении исследуемых ионов, кислотности и удельной электропроводности жидких и твердых атмосферных осадков.

Методика построения карт показана на примере распространения кислотности (рН) атмосферных осадков.

 
 

Пространственные закономерности распространения кислотности жидких атмосферных осадков и снежного покрова выполнялись при помощи ГИС-технологий (версия ArcGIS 9.3) в программе ArcMap. Для этого в проект были загружены и визуализированы необходимым образом следующие слои: Города (точечный слой) и Районы (полигональный слой) и Граница (линейный слой).

 

Далее в атрибутивной таблице shape-файла Города были выбраны те населенные пункты, в которых расположены метеостанции. С помощью команды Выборка – Создать слой из выбранных объектов был добавлен слой Метеостанции.

Визуализация показателей кислотности жидких атмосферных осадков и снега была выполнена с помощью дополнительного модуля Spatial Analyst, который предоставляет возможность пространственного анализа показателей на метеостанциях, а также прогнозирование значений по всем остальным местоположениям с помощью интерполяции.

Чтобы интерполированная поверхность была построена в границах районов заранее устанавливаем экстент анализа: панель инструментов Spatial Analyst – Опции – Экстент – Экстент анализа – слой Районы.

Для построения интерполированной поверхности выбираем на панели инструментов Spatial Analyst – опцию Интерполировать в растр. Выбираем метод Сплайн. Этот метод оценивает значения, сводя к минимуму общую кривизну поверхности, которая проходит точно через входные точки.

Полученную интерполируемую поверхность классифицируем и символизируем необходимым образом.

 

 


 





©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.