Sladkovodní parametry kvality prostředí - Freshwater environmental quality parameters

Sladkovodní parametry kvality prostředí jsou chemické, fyzikální nebo biologické parametry, které lze použít k charakterizaci sladkovodního útvaru. Protože téměř všechny vodní útvary mají dynamické složení, jsou příslušné kvalitativní parametry obvykle vyjádřeny jako rozmezí očekávaných koncentrací.

Zahrnují přírodní a umělé chemikálie, biologický a mikrobiologické charakteristika řeky, jezera a podzemní vody, způsoby jejich měření a způsoby, kterými se mění. Hodnoty nebo koncentrace jim připisované parametry lze použít k popisu stavu znečištění prostředí, jeho biotického stavu nebo k předpovědi pravděpodobnosti přítomnosti určitých organismů. Monitorování parametrů kvality životního prostředí je klíčovou aktivitou při řízení životního prostředí, obnově znečištěného prostředí a předvídání účinků člověkem způsobených změn na životní prostředí.

Charakterizace

Prvním krokem v porozumění chemii sladké vody je stanovení příslušných koncentrací sledovaných parametrů. Obvykle se to odebírá reprezentativní vzorky vody pro následnou analýzu v laboratoři. Používá se však také monitorování na místě pomocí ručního analytického zařízení nebo pomocí monitorovacích stanic na straně banky.

Vzorkování

Odběr sladké vody je překvapivě obtížný, protože jsou vzácné homogenní a jejich kvalita se mění během dne a během roku. Kromě toho jsou nejreprezentativnější místa vzorkování často ve vzdálenosti od břehu nebo břehu, což zvyšuje logistickou složitost.

Řeky

Naplnění čisté láhve říční vodou je velmi jednoduchý úkol, ale jediný vzorek je pouze reprezentativní pro daný bod podél řeky, ze kterého byl vzorek odebrán, a v daném okamžiku. Pochopení chemie celé řeky nebo dokonce jejího významného přítoku vyžaduje předchozí zkoumání, aby bylo možné pochopit, jak je tok homogenní nebo smíšený, a zjistit, zda se kvalita mění v průběhu dne a v průběhu roku. Téměř všechny přírodní řeky budou mít během dne a ročních období velmi významné vzorce změn. Dálkový průzkum vody nabízí prostorově spojitý nástroj ke zlepšení porozumění prostorové a časové kvalitě říční vody. Mnoho řek má také velmi velký tok, který je neviditelný. To protéká podkladními vrstvami štěrku a písku a nazývá se to hyporheic tok. Kolik je míchání mezi hyporheickou zónou a vodou v otevřeném kanálu, bude záviset na řadě faktorů, z nichž některé se vztahují k odtokům vodonosné vrstvy které možná mnoho let uchovávaly vodu.

Podzemní vody

Podzemní vody jsou ze své podstaty často velmi obtížně přístupné k odebrání vzorku. V důsledku toho většina údajů o podzemních vodách pochází ze vzorků odebraných z pružiny, studny, vodovody a přírodní jeskyně. V posledních desetiletích, kdy se zvýšila potřeba porozumět dynamice podzemní vody, bylo do zvodnělých vrstev vyvrtáno stále větší množství monitorovacích vrtů.

Jezera

viz také Limnologie

Jezera a rybníky mohou být velmi velké a podporují komplexní ekosystém, ve kterém se parametry prostředí velmi liší ve všech třech fyzikálních dimenzích a v čase. Velká jezera v mírném pásmu se v teplejších měsících často stratifikují do teplejších horních vrstev bohatých na kyslík a chladnější spodní vrstvy s nízkou hladinou kyslíku. Na podzim mají klesající teploty a občasný silný vítr za následek smíchání obou vrstev do homogennějšího celku. Když dojde ke stratifikaci, ovlivní to nejen hladinu kyslíku, ale také mnoho souvisejících parametrů, jako je žehlička, fosfát a mangan které se všechny mění ve své chemické formě změnou v redox potenciál životního prostředí.

Jezera také přijímají vody, často z mnoha různých zdrojů s různými vlastnostmi. Pevné látky ze vstupů do proudu se obvykle usazují poblíž ústí proudu a v závislosti na různých faktorech může přicházející voda plavat nad hladinou jezera, klesat pod hladinu nebo se rychle mísit s vodou v jezeře. Všechny tyto jevy mohou zkreslit výsledky jakéhokoli monitorování životního prostředí, pokud proces není dobře pochopen.

Míchací zóny

Tam, kde se dvě řeky setkávají na soutoku, existuje směšovací zóna. Míchací zóna může být velmi velká a může se rozprostírat po mnoho mil, jako v případě Mississippi a Missouri řeky v Spojené státy a Řeka Clwyd a Řeka Elwy v Severní Wales. Ve směšovací zóně může být chemie vody velmi proměnlivá a může být obtížné ji předvídat. Chemické interakce nejsou jen jednoduchým mícháním, ale mohou být komplikovány biologickými procesy ponořenými makrofyty a připojením vody ke kanálu z hyporheic zóna nebo z pramenů odvádějících vodonosnou vrstvu.

Geologické vstupy

Geologie, která je základem řeky nebo jezera, má zásadní vliv na její chemii. Řeka protékající velmi starodávnou prekambria břidlice je pravděpodobné, že se rozpuštělo velmi málo z hornin a možná je podobné deionizované vodě alespoň v horních tocích. Naopak řeka protéká křída kopce, a zvláště pokud je jeho zdroj v křídě, budou mít vysokou koncentraci uhličitany a hydrogenuhličitany z Vápník a možná Hořčík.

Jak řeka postupuje podél svého toku, může procházet různými geologickými typy a může mít vstupy z vodonosných vrstev, které se na lokalitě nikde v dané lokalitě neobjevují.

Atmosférické vstupy

Kyslík je pravděpodobně nejdůležitější chemickou složkou chemie povrchových vod aerobní organismy vyžadovat to k přežití. Do vody vstupuje většinou difúzí na rozhraní voda-vzduch. Rozpustnost kyslíku ve vodě klesá s rostoucí teplotou vody. Rychlé, turbulentní proudy vystavují vzduchu větší část povrchu vody a mají tendenci mít nízké teploty, a tedy více kyslíku než pomalé stojaté vody. Kyslík je vedlejším produktem fotosyntézy, takže systémy s vysokým množstvím vodních řas a rostlin mohou mít také vysoké koncentrace kyslíku během dne. Tyto úrovně se mohou během noci, kdy primární producenti přejdou na dýchání, výrazně snížit. Kyslík může být omezující, pokud je špatná cirkulace mezi povrchem a hlubšími vrstvami, pokud je aktivita zvířat velmi vysoká, nebo pokud dochází k velkému množství organického rozpadu, jako je následující podzimní listí.

Většina ostatních atmosférických vstupů pochází z umělých nebo antropogenní zdroje, z nichž nejvýznamnější jsou oxidy síry produkované spalováním paliv bohatých na síru, jako např uhlí a olej které vedou k kyselý déšť.^[1] Chemie oxidy síry je komplexní jak v atmosféra a v říčních systémech. Účinek na celkovou chemii je však jednoduchý v tom, že snižuje pH vody a zvyšuje její kyselost. Změna pH je nejvýraznější v řekách s velmi nízkými koncentracemi rozpuštěných solí, protože tyto nemohou nárazník účinky vstupu kyseliny. Nejvýznamnějším rizikem jsou také řeky pod hlavními průmyslovými aglomeracemi. V některých částech Skandinávie a Západní Wales a Skotsko mnoho řek zkyslilo oxidy síry, že většina ryb byla zničena a během kritických povětrnostních podmínek byla zaznamenána hodnota pH až 4.^[2]

Antropogenní vstupy

Většina řek na planetě a mnoho jezer dostávala nebo přijímá vstupy z činností lidského druhu. V industrializovaném světě bylo mnoho řek velmi vážně znečištěno, přinejmenším v průběhu 19. a první poloviny 20. století. Ačkoli obecně došlo v rozvinutém světě k výraznému zlepšení, na planetě je stále patrné velké znečištění řek.

Toxicita

Ve většině environmentálních situací je přítomnost nebo nepřítomnost organismu určena složitou sítí interakcí, z nichž pouze některé budou souviset s měřitelnými chemickými nebo biologickými parametry. Průtok, turbulence, inter a intra specifická konkurence, chování při krmení, choroba, parazitismus, komenzalismus a symbióza jsou jen některé z tlaků a příležitostí, kterým čelí jakýkoli organismus nebo populace. Většina chemických složek upřednostňuje některé organismy a pro ostatní je méně příznivá. Existují však případy, kdy chemická složka má toxický účinek. tj. kde koncentrace může zabít nebo silně inhibovat normální fungování organismu. Pokud byl prokázán toxický účinek, lze to zaznamenat v následujících částech zabývajících se jednotlivými parametry.

Chemické složky

Barva a zákal

Nejviditelnější vizuální vlastností je často barva sladké vody nebo jak čistá nebo mlhavá je voda. Bohužel ani barva ani zákal nejsou silnými ukazateli celkového chemického složení vody. Barva i zákal však snižují množství světla pronikajícího do vody a mohou mít významný dopad na řasy a makrofyty. Některé řasy jsou zvláště vysoce závislé na vodě s nízkou barvou a zákalem

Mnoho řek odvádějících vysoké vřesoviště překrývající se rašelina mají velmi sytě žlutohnědou barvu způsobenou rozpuštěním huminové kyseliny.

Organické složky

Jedním z hlavních zdrojů zvýšených koncentrací organických chemických složek je z čistíren odpadních vod.

Rozpuštěný organický materiál se nejčastěji měří pomocí buď Biochemická spotřeba kyslíku (BOD) test nebo Chemická spotřeba kyslíku (COD) test. Organické složky jsou významné v chemii řek z hlediska jejich vlivu na koncentraci rozpuštěného kyslíku a pro dopad, který mohou mít jednotlivé organické druhy přímo na vodní biotu.

Jakýkoli organický a rozložitelný materiál spotřebovává při jeho rozkladu kyslík. Tam, kde jsou organické koncentrace významně zvýšené, mohou být účinky na koncentrace kyslíku významné a při extrémních podmínkách může dojít k ústí řeky anoxický.

Některé organické složky, například syntetické hormony, pesticidy, ftaláty mají přímý metabolický účinek na vodní biotu a dokonce i na člověka pitnou vodu z řeky. Pochopení těchto složek a způsobu, jak je lze identifikovat a kvantifikovat, nabývá na významu pro porozumění sladkovodní chemii.

Kovy

V řekách z přírodních zdrojů lze nalézt širokou škálu kovů, kde jsou kovové rudy přítomny ve skalách, přes které protéká řeka, nebo v kolektorech přivádějících vodu do řeky. Mnoho řek však má zvýšenou zátěž kovů kvůli průmyslovým činnostem, které zahrnují těžbu a dobývání a zpracování a použití kovů.

Žehlička

Železo, obvykle jako Fe⁺⁺⁺ je běžnou složkou říčních vod na velmi nízkých úrovních. Vyšší koncentrace železa v kyselých pramenech nebo anoxické hyporheic zóně může způsobit viditelné oranžové / hnědé zbarvení nebo položelatinové sraženiny husté oranžové bakteriální železo floc koberce koryta řeky. Takové podmínky jsou pro většinu organismů velmi škodlivé a mohou způsobit vážné škody v říčním systému.

Těžba uhlí je také velmi významným zdrojem železa jak v důlních vodách, tak v hlubinných skladech uhlí a při zpracování uhlí. Dlouho opuštěné doly mohou být vysoce neřešitelným zdrojem vysokých koncentrací železa. Nízká hladina železa je běžná v pramenitých vodách pocházejících z hluboce uložených vodonosných vrstev, které lze považovat za zdraví prospěšné prameny. Takové pružiny se běžně nazývají Chalybeate prameny a způsobily řadu Lázně měst v Evropě a ve Spojených státech.

Zinek

Zinek je obvykle spojován s těžbou kovů, zejména těžbou olova a stříbra, ale je také složkou znečišťující látkou spojenou s řadou dalších činností těžby kovů as Těžba uhlí. Zinek je toxický v relativně nízkých koncentracích pro mnoho vodních organismů. Mikroregma začíná projevovat toxickou reakci již při koncentracích 0,33 mg / l ^[3]

Těžké kovy

Olovo a stříbro v říčních vodách se běžně vyskytují společně a jsou spojeny s těžbou olova. Dopady velmi starých dolů mohou mít velmi dlouhou životnost. V Řeka Ystwyth v Wales například účinky těžby stříbra a olova v 17. a 18. století v horních tocích stále způsobují nepřijatelně vysokou hladinu zinku a Vést ve vodě řeky až k jejímu soutoku s mořem. stříbrný je velmi toxický i při velmi nízkých koncentracích, ale nezanechává žádné viditelné důkazy o jeho kontaminaci.

Olovo je také vysoce toxické pro sladkovodní organismy a pro člověka, pokud se voda používá jako pitná voda. Stejně jako u stříbra není znečištění olovem viditelné pouhým okem. The Řeka Rheidol v západním Walesu měl až do konce 19. století ve svých horních tocích hlavní sérii olověných dolů a jeho vypouštění a výsypky zůstávají dodnes. V letech 1919 - 1921 bylo v dolním Rheidolu nalezeno pouze 14 druhů bezobratlých, když koncentrace olova byly mezi 0,2 ppm a 0,5 ppm. Do roku 1932 se koncentrace olova snížila na 0,02 ppm za 0,1 ppm kvůli ukončení těžby a při těchto koncentracích se spodní fauna stabilizovala na 103 druhů, včetně tří pijavice.^[4]

Těžba uhlí je také velmi významným zdrojem kovů, zejména železa, zinku a Nikl zejména tam, kde je uhlí bohaté, pokud pyrity který při kontaktu se vzduchem oxiduje a vytváří velmi kyselý výluh který je schopen rozpouštět kovy z uhlí.

Významné množství mědi je v řekách neobvyklé a tam, kde se vyskytuje, je nejpravděpodobnějším zdrojem těžební činnost, skladování uhlí nebo prase zemědělství. Zřídka mohou být zvýšené hladiny geologického původu. Měď je akutně toxická pro mnoho sladkovodních organismů, zejména řas, při velmi nízkých koncentracích a významná koncentrace v říční vodě může mít vážné nepříznivé účinky na místní ekologii.

Dusík

Dusíkaté sloučeniny mají řadu zdrojů, včetně vymývání oxidů dusíku z atmosféry, některé geologické vstupy a některé z makrofytů a řasa fixace dusíkem. Pro mnoho řek v blízkosti lidí je však největším přínosem odpadní voda, ať už ošetřená nebo neošetřená. Dusík pochází z produktů rozkladu bílkoviny nalezen v moč a fekálie. Tyto produkty, které jsou velmi rozpustné, často procházejí procesem čištění odpadních vod a jsou vypouštěny do řek jako složka čištění odpadních vod odpadní voda. Dusík může být ve formě dusičnan, dusitany, amoniak nebo amonné soli nebo to, co se nazývá albuminoidový dusík nebo dusík stále v molekule organického proteinoidu.

Odlišné formy dusíku jsou ve většině říčních systémů relativně stabilní, přičemž dusitany se v dobře okysličených řekách pomalu transformují na dusičnany a amoniak se mění na dusitany / dusičnany. Proces je však v chladných řekách pomalý a snížení koncentrace lze častěji připsat jednoduchému ředění. Všechny formy dusíku jsou přijímány makrofyty a řasami a zvýšené hladiny dusíku jsou často spojeny s přemnožení rostlin nebo eutrofizace. Mohou mít účinek blokování kanálů a inhibici navigace. Ekologicky je však významnější účinek na koncentrace rozpuštěného kyslíku, které se mohou během dne díky rostlině stát super nasycenými fotosyntéza ale poté během tmy poklesne na velmi nízkou úroveň, protože dýchání rostlin spotřebuje rozpuštěný kyslík. Ve spojení s uvolňováním kyslíku ve fotosyntéze je tvorba hydrogenuhličitanových iontů, které způsobují strmý vzestup pH a to se shoduje ve tmě oxid uhličitý se uvolňuje dýcháním, které podstatně snižuje pH. Vysoké hladiny dusíkatých sloučenin tedy vedou k eutrofizaci s extrémními odchylkami v parametrech, které zase mohou podstatně degradovat ekologickou hodnotu vodního toku.

Amonné ionty mají také toxický účinek, zejména na Ryba. Toxicita amoniaku závisí na pH i teplotě a přidanou složitostí je pufrovací účinek rozhraní krev / voda přes žábry membrána který maskuje jakoukoli další toxicitu nad přibližně 8,0. Řízení říční chemie, aby se zabránilo ekologickým škodám, je obzvláště obtížné v případě amoniaku, protože je třeba vzít v úvahu širokou škálu možných scénářů koncentrace, pH a teploty a zohlednit denní kolísání pH způsobené fotosyntézou. V teplých letních dnech s vysokými koncentracemi hydrogenuhličitanu mohou být vytvořeny neočekávaně toxické podmínky.

Fosfor

Fosfor sloučeniny se obvykle nacházejí jako relativně nerozpustné fosfáty v říční vodě a až na některé výjimečné okolnosti je jejich původ zemědělství nebo lidské splašky. Fosfor může podporovat nadměrný růst rostlin a řas a přispívat k nim eutrofizace. Pokud se řeka vypouští do jezera nebo nádrže, může být fosfát rok co rok mobilizován přírodními procesy. V letním období se jezera rozvrstvují tak, aby nad vodou studenou na kyslík plávala voda bohatá na kyslík. V teplých horních vrstvách - epilimnion - rostliny konzumují dostupný fosfát. Když rostliny zemřou koncem léta, padají do chladných vodních vrstev pod nimi - hypolimnion - a rozložit se. Během zimního obratu, kdy se jezero plně promíchá působením větrů na chladicí vodní těleso - se fosfáty znovu šíří po celém jezeře a živí novou generaci rostlin. Tento proces je jednou z hlavních příčin trvalé květy řas u některých jezer.

Arsen

Geologická ložiska arsenu mohou být uvolňována do řek, kde jsou využívány hluboké podzemní vody jako v některých částech Pákistán. Mnoho metaloidních rud, jako je olovo, zlato a měď obsahovat stopy arsenu a špatně skladovaná hlušina může mít za následek vstup arsenu do hydrologický cyklus.

Pevné látky

Inertní pevné látky se vyrábějí ve všech horských řekách, protože energie vody pomáhá drtit kameny na štěrk, písek a jemnější materiál. Hodně z toho se usazuje velmi rychle a poskytuje důležitý substrát pro mnoho vodních organismů. Mnoho lososovitý ryby vyžadují lože ze štěrku a písku, do kterých by mohla snášet vajíčka^[5]Mnoho dalších druhů pevných látek ze zemědělství, těžby, dobývání, odtoku měst a splašků může blokovat sluneční světlo z řeky a může blokovat mezery ve štěrkových lůžkách, což je činí zbytečnými pro tření a podporu života hmyzu.

Bakteriální, virové a parazitické vstupy

Zemědělství i čištění odpadních vod produkují vstupy do řek s velmi vysokými koncentracemi bakterie a viry včetně široké škály patogenní organismy. I v oblastech s malou lidskou aktivitou lze detekovat významnou hladinu bakterií a virů pocházejících z ryb a vodních savců a ze zvířat pasoucích se poblíž řek, jako jsou Jelen Polní vody odtokové oblasti navštěvované ovce, kozy nebo jeleni mohou také chovat řadu oportunistických lidských parazitů, jako jsou jaterní náhoda. V důsledku toho existuje jen velmi málo řek, ze kterých je voda bezpečná k pití bez jakékoli formy sterilizace nebo dezinfekce. V řekách používaných ke kontaktní rekreaci, jako je plavání, lze na základě posouzení rizik stanovit bezpečnou hladinu bakterií a virů.

Za určitých podmínek mohou bakterie kolonizovat sladké vody příležitostně a vytvářet velké rafty vláknitých rohoží známých jako splašková houba - obvykle Sphaerotilus natans. Přítomnost těchto organismů je téměř vždy indikátorem extrému organické znečištění a dalo by se očekávat, že bude spojeno s nízkými koncentracemi rozpuštěného kyslíku a vysokými hodnotami BOD.

E-coli bakterie se běžně vyskytují v rekreačních vodách a jejich přítomnost se používá k označení přítomnosti nedávné kontaminace stolicí, ale přítomnost E. coli nemusí svědčit o lidském odpadu. E-coli se nacházejí u všech teplokrevných zvířat. E-coli byly také nalezeny u ryb a želv.^[6] Enterobakterie mohou také přetrvávat v životním prostředí v bahně, sedimentech, písku a půdě po značně dlouhou dobu.^[7]

pH

pH v řekách je ovlivněno geologií vodního zdroje, atmosférickými vstupy a řadou dalších chemických kontaminantů. Je pravděpodobné, že se pH stane problémem pouze u velmi špatně pufrovaných horských řek, kde atmosférická síra a oxidy dusíku může velmi významně snižovat pH až na pH 4 nebo v eutrofních alkalických řekách, kde produkce fotosyntetických bikarbonátových iontů ve fotosyntéze může zvýšit pH nad pH 10

Viz také

• Normy kvality pitné vody
• Harmonizovaný systém monitorování

Reference