3840

Киндери, Высокогорского, Кульсеитово и Арского. Однако сульфаты содержатся не только в воде бассейна реки Казанка. Так, в артезианской воде, подаваемой жителям Азнакаевского района, также содержатся сернокислые соли. Сульфаты представляют собой кристаллы с острыми концами, которые откладываются в складках желудка и выступают постоянными раздражителями. Если они содержатся в воде в больших количествах, то рано или поздно приводят к развитию гастрита и нарушениям работы органов пищеварительного тракта. Изза сульфатов снижается кислотность желудочного содержимого, нарушается усвоение белков, жиров, углеводов.

При этом, чем больше воды, содержащей сульфаты, пьет человек, тем больше возможности взаимодействия их кристаллов с соляной кислотой, которая вырабатывается в желудке. Опасна такая вода и для поджелудочной железы, в результате нарушаются обменные процессы. При этом на вкус вода с сульфатами очень приятная.

Об опасности агрессивной сульфатной воды писал возглавлявший Водопроводный комитет Казани А. Бутлеров.

Опасны для людей и нитраты, которые преимущественно содержатся в родниковой воде (норма 45 миллиграмм на литр). Нитраты не проходят через кишечные барьеры, преобразуясь в нитриты при взаимодействии с кишечными палочками. Нитриты, в свою очередь, вступают в реакцию с гемоглобином и образуют метгемоглобин – одно из самых опасных соединений. Он не переносит в ткани кислород, в результате у человека развивается гипоксия – кислородное голодание.

Волжской водой сегодня обеспечивается большинство районов города. И негативно на ее качестве могут сказаться только аварии на водопроводных сетях. Однако ситуацию внимательно контролирует Роспотребназдор, поэтому вода отвечает всем требованиям СанПиН.

Предмет обсуждения добротности и кондиции воды у народонаселения обусловлен не удовлетворяющим своим индексом качества по миазмам и привкусу.

По 5-ной шкале оцениваются органолептические показатели питьевой воды и оцениваются вероятностные риски загрязнения. По ГОСТ Р 57164-2016 проводится органолептическая оценка воды (запах, вкус, мутность). Данные показатели оцениваются экспертным путем при температуре 21-22 °С и относительная влажность воздуха в помещении 68-71 %.

Группа экспертов состоит из 7 человек, обладающих профессиональной и квалиметрической компетентностью, деловитостью и объективностью. Степень согласованности мнений экспертов была подтверждена коэффициентом конкордации, который составил 0,9. Данный коэффициент свидетельствует о высокой согласованности оценок экспертов. Данный эксперимент содержит информацию в табл. 1.

Согласно МР 2.1.4.0032-11. 2.1.4, в работе проведена оценка цветности, мутности, рН и солевого состава (табл. 2).

Цветность оценивалась по ГОСТ 31868-2012, регистрировали показание оптической плотности анализируемых проб на спектрофотометре при длине волны 380 нм, а затем фиксировали цветности по хром-кобальтовой шкале (в качестве эталонной).

Мутность диагностировалась по ГОСТ Р 57164-2016. По регламентированной процедуре фиксировали рассеянное излучение во время проследования светового потока в видимой или ближней инфракрасной области спектра сквозь кювету с H2O, включающей в себя ингредиенты во взвешенном пребывании. Переход от формазиновых единиц (ЕМФ) осуществляли исходя из того, что 1 ЕМФ соответствует 0,58 мг/дм по каолину.

260

Таблица 1

Оценка риска по запаху и привкусу

Водородный показатель образцов определяли с помощью лабораторного рН-метра

GMH 3531 Greisinger.

Определен солевой состав, влияющий на органолептические (эстетические) свойства воды (ГОСТ 4245-72 – содержание хлоридов, ГОСТ 31940-2012 – содержание сульфатов и ГОСТ 18309-2014 –содержание фосфатов).

Проведенные органолептический и химический анализы воды позволили рассчитать показатели риска сообразно закона нормального вероятностного распределения по соответствующим формулам (табл. 3).

261

Пересчет значений Prob к значениям риска (Risk) проводился согласно приложению 5 к

инструкции 2.1.4.10-11-2-2005.

Необходимо отметить, что ольфакторно-рефлекторный эффект дает возможность отобрать наивысшее показание измерения из серии фиксированных параметров. Реализованный прием базируется на специфических индивидуальностях рецепторов человека и реакций, отображенных законом Вебера-Фехнера. В табл. 4 проиллюстрированы финальные показания измерений органолептического риска.

Таблица 4

Органолептический риск

На основании полученных данных следует, что суммарная оценка риска ольфакторнорефлекторных реакций для всех образцов дифференциальная и находится в интервале 0,001- 0,476, при этом приоритетными факторами оценки можно выделить запах и привкус для образца 1; рН для образца 4; цветность для образцов 5 и 9; мутность и солевой состав для

образца.

Модель оценки суммарного органолептического риска питьевой воды в различных районах г. Казани показала, что приоритетные загрязняющие вещества, в результате

262

перорального поступления питьевой воды могут являться причиной превышения суммарного индекса опасности и привести к потенциальному риску заболевания системы кроветворения, органов пищеварения и кожных покровов жителей.

Выводы.

В соответствии с вышеизложенным материалом публикации, необходимо уделять особое внимание техническому состоянию существующих водопроводных сетей некоторых районов г. Казани, а также осуществлять усовершенствование технологических процессов и внедрение новых современных способов очистки.

Литература

1. МР 2.1.4.0032-11. 2.1.4. Интегральная оценка питьевой воды централизованных систем водоснабжения по показателям химической безвредности. Питьевая вода и водоснабжение населенных мест. Методические рекомендации. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.consultant.ru (дата обращения 18.03.2019).

2. Муравьева Е.В. Снижение экологических рисков при эксплуатации гидротехнических сооружений с использованием оптико-электронных средств мониторинга / Е.В. Муравьева, Д.Ш. Сибгатулина, А.А.Чабанова // Качество и жизнь. 2016. №3 (11). С.76-79.

3. Provision of ecological safety of water supplying system of industrial enterprises. Proceedings of the Six International Environmental Congress (Eighth International Scientific – Technical Conference) «Ecology and Life Protection of Industrial-Transport Complex» ELPIT 2017 20-24 September, 2017 Samara-Togliatti, Russia: Edition in Publishing House of Samara Scientific Centre, 2017. P. 401 / E.V. Muraveva, O. A. Stepuschenco, D.Sh. Sibgatulina.

5.Муравьева Е.В., Сибгатулина Д. Ш., Галимова А. И. Риски функционирования ГТС

–хранилищ производственных отходов: проблемы и решения // Безопасность

жизнедеятельности. Москва: Изд-во: Новые технологии. 2017. № 5. С. 52-58.

6.СанПиН 2.1.4.1110-02 Питьевая вода и водоснабжение населенных мест. Зоны санитарной охраны источников водоснабжения и водопроводов питьевого назначения / М.: Минздрав России. 2002. С. 12.

7.ГОСТ Р 57164-2016. Вода питьевая. Методы определения запаха, вкуса и мутности / М.: Стандартинформ. 2016. С. 18.

8.ГОСТ 31868-2012.Методыопределенияцветности/М.:Стандартинформ.2014. С.8.

9.ГОСТ Р 57164-2016. Вода питьевая. Методы определения запаха, вкуса и мутности /

М.: Стандартинформ. 2016. С. 18

10.ГОСТ 4245-72. Вода питьевая. Методы определения содержания хлоридов / М.: Стандартинформ. 2014. C. 487-492 с.

11.ГОСТ 31940-2012. Вода питьевая. Методы определения содержания сульфатов /

М.: Стандартинформ. 2012. С. 16.

12. ГОСТ 18309-2014. Вода. Методы определения фосфорсодержащих веществ / М.: Стандартинформ. 2014. С. 22.

ФГБОУ ВО «Казанский национальный исследовательский технический университет имени В.Н. Туполева», «КНИТУ-КАИ», Казань, Россия

K.E. Tumurzina, T.Yu. Gumerov

ON THE QUALITY OF DRINKING WATER IN KAZAN

The quality of drinking water is currently a pressing issue, which plays a special role in the initiative of environmental protection, ecology and hygienic. When any sector of modern industry is developing, its activities are associated with a possible risk of contamination of water used by the population as drinking water, and with generation of industrial wastewater polluted with chemically aggressive agents, which are dangerous to human health. The authors of this paper produce an assessment of risks with respect to the indicators of the olfactory-reflex effect of drinking water samples obtained in Kazan. The research results allow for an assessment of the level of health risk, which the city residents would face because of drinking water ingestion, and for a spe cification of polluting substances through sensory evaluation.

Keywords: drinking water, risk, olfactory-reflex assessment.

Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «Kazan National Research Technical University named after A.N. Tupolev–KAI», Kazan, Russia

263

СЕКЦИЯ 4

ВОПРОСЫ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ ФИЗИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ, СПЕЦИАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И НАНОТЕХНОЛОГИЙ. ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ И АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

264

УДК 550.380; 551.508; 551.501

A.V. Tertyshnikov

POSITION OF THE SOUTH MAGNETIC POLE ACCORDING TO MEASUREMENTS

OF MAGNETIC DECLINATIONS 6-9. 04. 2020 IN THE SOUTHERN OCEAN

Based on data on the registration of magnetic declinations in the southern ocean on April 6-9, 2020, the position of the Earth's South Magnetic Pole was calculated by solving the inverse problem of comparing measurements with data from The International Geomagnetic Reference Field (IGRF) model. The obtained estimates of the position of the Earth's South Magnetic Pole correspond to the 2000s era.

Keywords: GLONASS, GPS, positioning, compass, magnetometry, pole, experiment, magnetic storm, disturbance.

Introduction

In recent decades, the Earth's magnetic poles have been rapidly shifting. This causes errors in calculating isogons used in navigation, in validating models of the Earth's magnetic field, and in ballistic and topogeodesic support [1-17]. Prompt results of monitoring the position of the Earth's magnetic poles (EMP) are required.

The Earth's magnetic field is formed by the main magnetic field (contribution up to 95%), the anomalous field due to the magnetization of crustal rocks (contribution up to 30%), and the external field (contribution up to 20%) formed by currents in the ionosphere and magnetosphere. Errors in modeling the Earth's magnetic field and the position of the EMP are particularly noticeable when compared with the EMP estimates calculated from high-precision observations of the network of magnetic observatories and satellite measurements. The latest calculations for the South Magnetic Pole (SMP), for example, based on the International Geomagnetic Reference Field model IGRF (International Geomagnetic Reference Field), refer to 2000. As in previous estimates, there was a discrepancy between the position of the SMP and the results of modeling.

Over the past 20 years, estimates of the South Magnetic Pole have shifted westward [4]. And the position of the North Magnetic Pole model estimates is located near the Geographic North Pole [4], which makes it difficult to calculate the magnetic declination field of the region, since there are uncertainties in determining the direction in the zone of geographical poles (fig. 1).

A quick and affordable way to determine the position of the Earth's magnetic poles (EMPs) is based, for example, on the model of a magnetic dipole in the center of the Earth. The dipole axis in the World Magnetic Model (WDM [4]) is tilted approximately 9.41° to the Earth's axis rotation and crosses the Earth's surface at two opposite points, called geomagnetic poles. The position of the actual magnetic pole zones, where the magnetic field on the Earth's surface is quasi-vertical, does not coincide with the geomagnetic pole zones.

The world magnetic model WMM [5] and the IGRF model [6], which can be used to obtain estimates of the EMP position, are regularly updated. The coordinates of the EMP are also included in the British Global Geomagnetic Model BGGM (British Global Geomagnetic Model, [7]) of the British Geological Survey, which is updated annually and is actively used by oil and gas companies beyond the Arctic Circle.

EMP zones remain difficult to measure directly due to complex hydrometeorological conditions that make it difficult to conduct magnetic surveys with high-precision and expensive equipment. Actual definition of the SMP position was carried out in 1983 by ships of the USSR Navy, in 2000 magnetic surveys in the SMP area were carried out by the Australian geological survey on aboard «Sir Hubert Wilkins», in 2020 the SMP area was again visited by ships of the Russian Navy [8].

265

Fig. 1. Pole movement according to the IGRF model 12

Practical possibilities for determining the position of the EMP are implemented in satellite measurements of the Earth's magnetic field, in technology for deep-hole drilling on magnetic beacon orientation [9]. For drilling wells, magnetic range-metry instruments, such as a magnetic field guidance tool («MGT») and a rotating auxiliary magnetic ranging device («RMRS»), have been created. The borehole magnetometer is a part of the telemetry monitoring system (Measurements While Drilling, MWD) and is widely used in all geographical areas [10, 11]. Magnetic dipoles are implemented, for example, by loop antennas, solenoids, fluxgate magnetometers, and other devices that can measure magnetic fields.

The coordinates of the Earth’s natural «beacon» and the position of the EMP are approximate, given the scale of potential natural hypothetical magnetic dipoles that theoretically form the main magnetic field of the Earth.

Experiment scheme

Historically, the search for the EMP attempted to identify extended (several tens of kilometers) areas with the quasi-vertical magnetic field of the Earth. The research used the results of analytical modeling of the Earth's magnetic field and data from long-term observations of magnetic observatories. Modern models of the geomagnetic field make it possible to determine the position of the EMP based on the solution of the inverse sensing problem. At the same time, it is advantageous to measure the characteristics of the magnetic field at a considerable distance from the EMP, where the isogons are flat. This was the basis of the experiment to determine the approximate position of the SMP zone near Antarctica. The main magnetic field model IGRF 13 was chosen as the experiment foundation [4, 6].

A navigation receiver of GNSS signals along with gyrocompass oriented to the Geographic South Pole and magnetic compass were used in the experiment. The accuracy of the gyrocompass and magnetic compass at a significant distance from the SMP zone was quite sufficient for the experiment and was comparable to the accuracy of magnetic declination maps using the IGRF

266

model. The measurement resolution was 1 hour. To assess and compensate for the anomalous magnetic field, it was planned to use observations of the highest quality INTERMAGNET magnetic observatories closest to the route [12, 13] (GNANGARA in South-Western Australia and CANBERRA).

For the observation segment from 5pm 04.06.2020 to 13 pm 04.09.2020 Moscow time, the measurement route is shown in a rectangular coordinate projection in fig. 1.

The results of modeling the isogon fan (for magnetic declinations) using the IGRF model for 01.01.2020 under calm geomagnetic conditions [4] are shown in fig. 2. The blue lines are isogons with a deviation to the North, the red lines are isogons with a deviation to the South, and the green line is zero deviations. The red arrow in the continuation of the measurement route is oriented to the expected position of the SMP. Yellow squares with the dates are the calculated position of the SMP according to high-precision measurements of magnetic observatories. The orange curve is the results of modeling the SMP displacement.

The difference between the readings of the magnetic compass and the gyrocompass at the measurement point, adjusted for an abnormal magnetic field, was used to estimate the magnetic pseudo-inclination and compare it with the one mapped using the model of the Earth's main magnetic field. By minimizing the discrepancy between the compared declinations, the approximate position of the SMP was determined.

Fig. 2. Segment of the experiment route

Measurement results

Models of the main magnetic field are statistic. Measurement data from ground-based magnetic observatories and special magnetic satellite observations are used in it. Thus, the IGRF model combines a set of mathematical models of the Earth's Main magnetic field and its rate of change, and is based on the method of spherical harmonic analysis [6]. The coefficients in the next version of the IGRF model are updated every 5 years and are approved by the International Association of Geomagnetism and Aeronomy (IAGA). In 2019 IAGA released the 13th version of the IGRF in advance, increasing to N=13 the set of coefficients used to calculate the scalar potential V of the main magnetic field on the Earth's surface and above in a spherical coordinate system using the equation [4, 6]:

267

a = 6371,2 км.

The coefficients of the equation are calculated by members of the IAGA V-MOD working group who support the model. The software implementation of the model is available, as well as the results of modeling, including the position of the EMP.

The results of modeling the characteristics of the magnetic field are refined based on measurement data and validation of calculations of the main magnetic field. At the same time, it is difficult to estimate modeling errors, and to predict the displacement of the EMP, the envelope of the previous coordinates is selected and extrapolated. Model estimates of the EMP are presented, for example, in [14, 15].

The solution of inverse problems for smooth functions raises no problems for the experiment to determine the position of the SMP.

There was no need to adjust the magnetic compass according to the data of Australian magnetic observatories nearby the ship's route. The anomalous magnetic field along the experiment route was calm and insignificant, which is also confirmed by data from the WDMAM (World Digital Magnetic Anomaly Map [16]) model. It was created as a part of an international scientific project under the auspices of IAGA (International Association of Geomagnetism and Aeronomy) and CGMW (Commission for the Geological Map of the World) to generalize and map the characteristics of magnetic anomalies caused by the Earth's lithosphere in continental and oceanic territories around the world. Variations of the anomalous magnetic field along the ship's route according to the model ranged from -150 to +150 nanotesla (nT).

The horizontal components were insignificant against the backdrop of the internal magnetic field of the Earth in the full vector magnetic induction (B) observed on the earth's surface (more than 95% of the total) near the magnetic poles where the field vector is oriented perpendicular to the earth's surface, 60,000 NT, and near the equator, where the vector is directed horizontally – about 30,000 NT. At the latitude of the Norwegian Sea (~65° N), the total field vector is approximately 52,000 NT, and the horizontal (mainly azimuthal) component of this vector is about 11,000 NT. In Alaska (~70° N), the total vector is 53,000 nT, and the azimuthal component is approximately 8000 nT [10]).

The results of route measurement decoding are shown as graphs in fig. 3.

Time, UT

Fig. 3. Measurement Results: 1-purple curve-estimate of magnetic declination (degrees from North); 2-dashed curve - approximation of curve 1;

3-blue curve - estimates of compass speed (km / h)

268

In determining the speed of the compass from navigation measurements, there were observer errors in difficult hydrometeorological conditions – bursts of 04.06.2020.

For the obtained magnetic declination measurements, an approximating polynomial of degree 4 with a high level of confidence R2= 0.9822 was selected in the form: y= - 9E-06x4 + 0, 0013x3 - 0, 0596x2 + 1.1546 x + 16.35, where x is the numberща the hour from the beginning of the experiment. Against this background, anomalous changes in the magnetic declination of 04.08.2020 were quite obvious.

Small variations in the residuals of 04.7-8. 2020 are caused by perturbations of the geomagnetic field during a weak magnetic storm and complex hydrometeorological conditions. A sharp increase in the discrepancy at the end of the day on 04.08.2020 was an unusual event. It does not fit into the dynamics of estimates of k-idex calculated from magnetic measurements at the French Antarctic station DuPont-Derville, which is located on the coast of Antarctica and is closest to the SMP zone. These estimates are presented according to the calculations of AII in table .

Table

Estimates of K-index based on measurement dataof the DuPont-Derville station

A weak perturbation of the magnetic field was recorded at night on 04.08.2020. Data on K- index for the Moscow station are shown in fig. 4.

Fig. 4. Change in K-index of magnetic activity atthe Moscow station.

The geomagnetic conditions on April 12 and 14 were almost calm: the average daily k-index = 1.5++, and on April 13, the average daily k-index = 1+ [9, 10]. Slightly increased on April 12 was

269