ГЛ А ВН О Е У П РА В Л ЕН И Е ГИ Д РО М ЕТЕО РО Л О ГИ Ч ЕС К О Й СЛУЖ БЫ П РИ С О ВЕТЕ М И Н И СТРО В СССР
ГИДРОХИМИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
О. А. АЛЕКИН , А. Д . СЕМ ЕНОВ, Б. А. СКОПИНЦЕВ
РУКОВОДСТВО
ПО ХИМИЧЕСКОМУ АНАЛИЗУ ВОД СУШИ
Ленинградский
Гидрометеорологический ив-т
БИ Б Л И О Т Е К А
Л-д 193198, Малоо; тенский пр., gg
ГИ Д Р О М Е Т Е О И З Д А Т
ЛЕ Н И Н ГР А Д • 1973
556.114
О д о б р е н о
Главным управлением гидрометслужбы
при Совете Министров СССР
29/1II 1973 г.
0296-070
284-72
P 069(02)-73
ПРЕДИСЛОВИЕ КО ВТОРОМУ ИЗДАНИЮ
Изучение химического состава природных вод является в на стоящее время совершенно необходимым для самых различных областей научного знания и техники. Химический состав природ ной воды определяет ее качество и, следовательно, возможность использования с той или иной практической щелью. Гидрохимиче ские сведения нужны прежде всего для оценки пригодности ;воды для бытового и промышленного водоснабжения, для характери стики действия ее на строительные сооружения, пригодности для орошения и многих других практических целей.
Особенно необходимым становится изучение химического со става природных вод сейчас, в связи с массовым преобразова нием водных объектов и использованием водных ресурсов. Прог нозы минерализации воды и режима растворенного в ней ионного и газового комплекса для целей сельского хозяйства и энергетики для вновь создаваемых водохранилищ и каналов, а также рек, озер и морей с изменившимся режимом не могут быть осуществ лены без достаточно полных сведений об . особенностях химиче ского состава воды. Проведение комплекса мероприятий, необхо димых для освоения новых орошаемых и поливных площадей, требует углубления сведений не только о составе природных вод и его режиме, но и о процессах взаимодействия воды с почвами и . грунтами.
Сведения о химическом составе воды также необходимы и для
плодотворного развития |
ряда |
областей-научного знания — есте |
|
ственных и технических |
наук, |
тем или иным |
путем связанных |
с изучением природных вод. Химический состав |
воды играет суще |
||
ственную роль при изучении процессов образования осадочных пород, денудации, формирования изасолонения почв, образования минералов, развития организмов и т. п. В разделах гидрологии, касающихся водоемов и происходящих в них процессов, сведения о химическом составе воды дают представления о различных .чи
сто |
физических |
явлениях, |
как, например, |
о распределении |
струй |
в водотоках и водоемах, о расходе рек, |
о генезисе речных вод, |
||||
об |
условиях |
подземного |
питания и |
стратификации |
: воды |
в озерах. |
|
, |
|
|
|
|
Значение химии природных вод для развития народного хозяй |
||||
1*
ства и науки настолько велико, что возникает необходимость си стематического изучения гидрохимического режима водных объектов.
Изучение химического состава природных вод на территории
СССР началось уже давно,, однако первое время оно нбсило 'бес системный, случайный характерен проводилось, разрозненно от дельными заинтересованными в этом ведомствами. Планомерное и систематическое изучение началось только с 1936 г. на гидроло гической сети Гидрометслужбы СССР, и в настоящее время оно распространено на все крупные, часть средних и некоторые ма лые реки, в результате чего уже сейчас накопился значительный материал, характеризующий особенности химического состава
.многих рек.
В помощь развивающимся на сети Гидрометслужбы гидрохи мическим работам в 1938— 1940 гг. было составлено «Руковод ство по химическому анализу вод суши», которое ставило целью унификацию приемов и методов анализа природных вод в системе Гидрометслужбы. За истекшее время произошли существенные изменения в принятой на сети Гидрометслужбы методике анализа воды, которые были дополнительно изложены в ряде «Методиче ских указаний» и «Инструкций» ГГИ ;
Настоящая книга представляет собой переработанное и допол ненное «Руководство по химическому анализу вод суши» и задачей ее является рекомендация наиболее быстрых и достаточно точных методов анализа воды применительно к условиям систематиче ского изучения гидрохимического режима материковых вод. В основном книга предназначена служить в качестве руководства при проведении гидрохимических работ на сети гидрологических станций Гидрометслужбы, однако наряду с этим целесообразно
более широкое применение излагаемых приемов и |
методов |
||
с целью унификации |
подобных |
работ и в других ведомствах. |
|
Опубликование за |
истекшие- |
годы подробно составленных на |
|
ставлений для гидрологических |
станций Гидрометслужбы, |
приня |
|
тых и другими ведомствами [70, 71], дало основание не касаться в данной книге общепрограммных положений и лишь в общих чертах отметить принципиальные вопросы-организации сетевых систематических наблюдений за гидрохимическим режимом вод
ных объектов. |
. . . |
Вышедшие |
в свет за последние годы пособия по изучению основ |
гидрохимии позволили также исключить из книги, разделы, касаю щиеся общих сведений из области гидрохимии относительно каж дого из определяемых ингредиентов, и за счет этого расширить раздел, касающийся методов химического анализа.
При выборе методов анализа основное внимание было, обра щено на точность определения, а затем быстроту его выполнения. Эти требования связаны с характером стационарных работ по изучению гидрохимического режима, при которых необходимо, с одной стороны, уловить незначительные изменения в составеводы, а с другой — выполнить анализ большого количества проб
воды, что необходимо для изучения режима водотоков и во доемов.
. Из анализа исключена кропотливая и .несовершенная методика определения минерализации воды по сухому остатку и определение постоянной жесткости путем кипячения. Введены новые методы определения суммы кальция и магния (общей жесткости) с по мощью трилона, бихроматный метод определения окисляемости,, объемное определение кальция и положения, уточняющие ряд дру гих методов. Развит раздел, касающийся определений, выполняе мых путем расчета, имеющих как поверочное, так и самостоятель ное значение в анализе воды.
При всех количественных расчетах, приводимых в данной книге, использованы рациональные атомные веса, учитывающие реальный вес веществ, взвешенных в воздухе.
Большое внимание обращено :на контроль и проверку анализа,, поскольку в обязанность сети Гидрометслужбы .входит сбор мате риала только высокого качества. Получаемый при стационарных наблюдениях материал используется не только для разрешения вопросов, связанных с практическим применением воды, но и на его основе изучается гидрохимический режим водоемов и устанав ливается ряд зависимостей, позволяющих делать научные обобще ния. Период, в котором преобладающее значение имело •ориенти ровочное ознакомление с химическим составом природных вод ,: уже прошел. Быстро развивающееся народное хозяйство и наука предъявляют .к гидрохимическому материалу более высокие тре бования. Сейчас основной задачей гидрохимии является глубокое изучение закономерностей формирования химического состава природных вод и гидрохимического режима водоемов. Естественно, что только точная аналитическая работа позволит установить те часто незначительные' изменения, которые обусловливают каче ственную и количественную стороны гидрохимических закономер ностей и явлений.
ПРЕДИСЛОВИЕ К ТРЕТЬЕМУ ИЗДАНИЮ
Со времени выхода из печати второго издания книги «Хими ческий анализ вод суши», составленной одним из авторов данной работы, прошло 14 лет. За эти годы аналитической химией при родных вод были достигнуты значительные успехи: предложены' и внедрены в практику новые методы определения макро- и микро компонентов, внесены существенные изменения во многие сущест вующие методы.
Значительно расширилась программа наблюдений химического состава вод в сети Гидрометслужбы, Минводхоза, Министерства здравоохранения, лаборатории сети оснащены более совершенной, современной техникой. Эти изменения авторы стремились учесть при подготовке третьего издания. Опущены некоторые, не исполь
зуемые сейчас, устаревшие методы |
(определение |
суммы кальция |
и магния с пальмитатом, весовые |
определения |
кальция, маг |
ния Ит. д.). Включен ряд новых методов (определение органиче ского углерода, азота, тяжелых металлов и др.), для определения ряда компонентов приведены более совершенные методы. Приве дены также методы определения наиболее распространенных за грязняющих веществ (нефтепродуктов, пестицидов, синтетических поверхностно-активных веществ и др.). В третье издание вклю чены главным образом методы, использующиеся гидрохимическими лабораториями сети .Гидрометслужбы и зарекомендовав шие себя на практике.
В В Е Д Е Н И Е
Результаты химического анализа отдельной пробы воды дают лишь самое поверхностное представление о гидрохимических осо бенностях изучаемого водного объекта. Такие данные не могут характеризовать те весьма сложные изменения, которые происхо дят в химическом составе воды водотоков и водоемов в течение года и даже в более короткое время. Может ли, например, анализ пробы воды, взятой из р. Урал у г. Гурьева, характеризовать, гид рохимические особенности этой реки, если в мае общее содержа ние главных ионов равно 250 мг/л, в то время как летом 900 мг/л.
Гидрохимический режим, т. е. наблюдающиеся закономерности в изменении состава воды, весьма своеобразен и специфичен не только для разных типов водных объектов (рек, озер, подземных вод, каналов и пр.), но и для одних и тех же объектов в различ ных условиях. Условия, определяющиеся всем комплексом физикогеографической'среды, весьма существенно влияют на состав воды и на характер его изменений в течение года.
Изучение гидрохимического режима того или иного водного объекта позволяет определить экстремные значения содержания отдельных" компонентов" ионного и газового состава, а также установить его генетические зависимости и связь с водным режи мом. Все это позволяет глубже изучить процесс формирования химического состава воды и в дальнейшем на основе установлен ных закономерностей быстрее решать поставленные практикой гидрохимические вопросы.
Изучение гидрохимического режима возможно только путем' организации стационарных наблюдений над химическим составом воды того или иного водного объекта. Наиболее обширные и систе матические работы по изучению гидрохимического режима водо токов и водоемов всей территории СССР проводятся на сети гид рологических станций Гидрометслужбы. В настоящее время эти исследования проводятся на всех основных речных бассейнах, ча стично на озерах и морях. Постановка таких широких плановых гидрохимических работ, разумеется, возможна только при плано вой социалистической системе, в то время как в капиталистиче ских странах подобные работы подчинены узким, большей частью местным интересам. .
7
Организация наблюдений над химическим составом вод всех водных объектов территории СССР,, учитывая, что рек длиной более Ю км насчитывается свыше 40 000, затруднительна, да и вряд ли необходима. Характерность и в определенных границах некоторая общность физико-географических условий, опреде ляющих формирование химического состава речной воды, позво ляют экстраполировать сведения, имеющиеся для соседних рай онов, а . значит, и дать с известным приближением удовлётвори-
. тельную гидрохимическую характеристику значительной части рек. 1 То же самое следует отметить и для озер. Группируя озера по физико-географическим условиям их водосборов (рельеф, строение водосбора, почво-грунты, породы, слагающие бассейн, гидрогео логические условия), а также ло характеру водного питания,усло виям водообмена, морфологии (площадь,, глубина) и развитию жизненных процессов, можно выделить наиболее типичные, кото рые послужат основой для региональной характеристики. Так, например, общими принципами для размещения пунктов наблю дения над химическим составом речной воды могут быть сле дующие:
1)народнохозяйственное значение данной реки в отношении как водоиспользования, так и опасности ее загрязнения;
2)характеристики объекта, позволяющие на основе данного изучения дать обобщающую гидрохимическую характеристику
реки, бассейна или района; |
, |
3) возможность совмещения |
гидрохимических наблюдений- |
сгидрологическими на существующих речных станциях;
4)степень изученности данного объекта в гидрохимическом отношении.;
5)близость пункта гидрохимических наблюдений к путям со общения, обеспечивающим быструю и бесперебойную доставку проб воды в лабораторию.
Сроки взятия проб воды на химический анализ на реках опре деляются целькх исследования и техническими возможностями; желательно, чтобы пробы воды отбирались примерно в следующие сроки:
1) две пробы в период наименьших расходов воды зимой;
2)три пробы в период весеннего половодья: на подъеме, пике
испаде;
3)одна-две пробы во время, прохождения наиболее высоких дождевых паводков;
4)две пробы в период наименьших летних расходов воды. Минимальное количество проб воды при изучении гидрохими
ческого режима рек может быть следующим: 1) одна проба в пе риод наименьшего расхода воды зимой; 2) одна проба на пике весеннего половодья; 3) одна проба в период наименьших летних расходов воды. Эти данные .дают представление только о край них значениях гидрохимических характеристик в течение года.
На озерах сроки гидрохимических наблюдений устанавли ваются в зависимости от уровенного режима и термической страти-
фикации водной массы. Можно наметить примерно следующие важнейшие периоды, в течение которых следует обязательно брать пробы воды:
1) незадолго до вскрытия озера, т. е. при наименьшем уровне (период обратной стратификации температуры воды); для уме ренных широт в феврале—марте;
2)весной в период гомотермии; в проточных же озерах с боль шими колебаниями уровня — при возможно наивысшем уровне . (обычно май);
3)в период, летней стагнации, т. е. во время наибольшего про
грева воды и наинизшего уровня (июль—август); 4) осенью, незадолго до ледостава (октябрь—ноябрь).
В зависимости от целей исследования могут потребоваться до полнительные пробы воды между этими сроками.
Организация и проведение гидрохимических наблюдений на озерах рассматриваются более подробно в специальных настав лениях. -
Выбор пунктов наблюдений за химическим составом воды и его режимом является весьма ответственным моментом. Он будет зависеть от целей исследования. Надо стремиться к тому, чтобы взятые пробы воды отобразили наиболее существенные черты водоема в целом или данной его части, а не случайные явления чисто местного характера. Поэтому не следует брать пробы воды на химический анализ в следующих пунктах:
1) подверженных непосредственному влиянию вод притоков,
2)вблизи населенных пунктов, если около них в данный во доем выводятся сточные воды или берега загрязняются отбросами;
3)около предприятий, загрязняющих воду отходами производ ства, около пристаней, бань и т. п.;
4)в участках слабого Еодообмена, т. е. в застойных участках:
взатонах, на мелководье и в рукавах у самого берега.
Пробы воды на химический анализ следует брать на стрежне потока с поверхности (0,2—0,5 м). При глубоком русле и очень " слабом течении целесообразно брать пробы на разных глубинах. Часто возникает необходимость специально выяснить влияние загрязнений от промышленных объектов и населенных пунктов. Руководящим приемом в этом случае должно быть сравнение состава воды проб, взятых выше и ниже места выпуска сточных вод. Количество же проб будет зависеть от необходимой детализа ции влияния загрязнений на нижерасположенный участок реки, в частности от установления увеличения концентрации компонен тов загрязнений, от распределения струй сточных вод в потоке,
хода процесса самоочищения и пр.
Взятие проб воды в озерах обычно производится одновременно с гидрологическими работами, поэтому этот вопрос подробно рас сматривается в соответствующих наставлениях. Здесь можно
. лишь отметить, что пробы берут на станциях или на серии стан ций (разрезы, полуразрезы) в участках озера, наиболее характер ных в смысле общих черт озера или определенных его районов.
9
Поэтому без особых на то оснований не следует |
брать |
пробу |
|
||||
воды вблизи устья крупных притоков, в обособленных участках |
|
||||||
мелководья, заливах, бухтах и тому |
подобных местах. |
Пробы |
|
||||
воды в озере берут на разных горизонтах и как минимум на двух: |
|
||||||
у поверхности |
(0,2—0,5 м) и у дна (0,5 м от дна). |
На промежу |
| |
||||
точных горизонтах пробы воды берут в зависимости от суще- |
|||||||
ствующего в это |
время распределения слоев |
воды |
с различной |
: |
|||
температурой. В таких случаях пробы воды следует брать в зави1 |
|
||||||
симости от положения температурного скачка: одну пробу выше |
! |
||||||
слоя скачка, одну пробу в слое скачка и одну ниже. |
В последнем |
||||||
слое в зависимости от глубины озера |
иногда следует брать не |
|
|||||
сколько проб (для глубоких озер). В целях сравнимости резуль |
|
||||||
татов химического анализа проб воды следует установить стан |
|
||||||
дартные горизонты:. 0,5, 2, 5, 10, 20, 30, 50 и 100 м, сообразуясь |
|
||||||
при этом с термической стратификацией. |
|
|
|
|
|||
Таким образом, организация систематических наблюдений над |
|
||||||
гидрохимическим |
режимом, водоема |
любого |
типа |
заключается |
; |
||
в проведении работ на самом объекте |
(в полевых условиях), кото- |
||||||
рые следует совмещать с гидрологическими работами, и в химиче |
|
||||||
ской лаборатории, в которой проводится основная часть химиче |
|
||||||
ских определений. Полевые гидрохимические работы выполняются |
|
||||||
гидрохимиком или хорошо обученным работником другой спе |
|
||||||
циальности, химический же анализ воды в лаборатории может |
|
||||||
быть поручен |
только достаточно опытному гидрохимику. |
|
|
||||