담수환경수질 파라미터

Freshwater environmental quality parameters

담수 환경 품질 매개변수는 담수체의 특성을 나타내는 데 사용할 수 있는 화학적, 물리적 또는 생물학적 매개변수이다.거의 모든 수역이 그 구성에 있어 동적이기 때문에 관련 품질 매개변수는 일반적으로 예상 농도의 범위로 표현된다.

여기에는 하천, 호수지하수자연인공 화학, 생물학적미생물학적 특성, 측정 방법 및 변화 방법이 포함됩니다.이러한 매개변수에 기인하는 값 또는 농도는 환경의 오염 상태, 생물 상태를 기술하거나 특정 유기체의 존재 가능성 또는 기타 가능성을 예측하는 데 사용될 수 있다.환경 품질 파라미터의 감시는 환경을 관리하고 오염된 환경을 복구하며 환경에 대한 인위적인 변화의 영향을 예상하는 데 있어 중요한 활동입니다.

캐릭터라이제

담수의 화학을 이해하는 첫 번째 단계는 관심 매개변수의 관련 농도를 설정하는 것이다.일반적으로 이것은 실험실에서 후속 분석을 위해 물의 대표 샘플을 채취하는 방식으로 이루어집니다.그러나 휴대용 분석 장비 또는 뱅크 측 측정소를 이용한 현장 모니터링도 사용됩니다.

샘플링

담수는 거의 균질하지 않고 낮과 일 년 동안 수질이 다양하기 때문에 샘플 채취가 놀라울 정도로 어렵습니다.또한 가장 대표적인 표본 추출 위치는 해안이나 둑에서 멀리 떨어져 있어 로지스틱의 복잡성을 증가시키는 경우가 많습니다.

깨끗한 병에 강물을 채우는 것은 매우 간단한 작업이지만, 단일 샘플은 샘플이 채취된 강의 해당 지점과 그 시점에 해당하는 지점만을 나타냅니다.하천 전체 또는 중요한 지류의 화학적 성질을 이해하려면 흐름이 얼마나 균질한지 또는 혼합된지를 이해하고 하루의 과정과 1년의 과정 동안 수질이 변화하는지 판단하기 위해 사전 조사가 필요합니다.거의 모든 자연 하천은 낮과 계절에 걸쳐 매우 중요한 변화 패턴을 보일 것이다.워터 리모트 센싱은 공간적 및 시간적 하천 수질에 대한 이해를 향상시키기 위해 공간적으로 연속적인 도구를 제공합니다.많은 강들은 또한 보이지 않는 매우 큰 흐름을 가지고 있다.이것은 밑에 깔린 자갈과 모래 층을 통과하여 흐르며, 이것을 부전류라고 한다.저압대와 개방 수로의 물 사이에 얼마나 많은 혼합이 존재하는지는 다양한 요인에 의해 결정되며, 그 중 일부는 수년 동안 물을 저장해 온 대수층을 떠나는 흐름과 관련이 있다.

지하수

지하수는 그 성질상 샘플을 채취하기 위해 접근하기가 매우 어렵다.그 결과 지하수 데이터의 대부분은 샘, 우물, 급수 시추공천연 동굴에서 채취한 표본에서 나온다.최근 수십 년 동안 지하수 역학을 이해할 필요성이 높아짐에 따라 대수층에 시추공 또는 감시용 시추공이 점점 더 많이 뚫려 왔다.

호수

'Limnology'도 참조

호수와 연못은 매우 클 수 있으며, 환경 매개변수가 세 가지 물리적 차원 모두에서 시간에 따라 크게 변화하는 복잡한 생태계를 지원한다.온대 지역의 큰 호수는 따뜻한 달에 종종 산소가 풍부한 따뜻한 상층과 낮은 산소 농도의 차가운 하층으로 성층화된다.가을에는 기온이 떨어지고 때때로 강한 바람이 불면서 두 층이 더 균일한 전체로 혼합됩니다.성층화가 발생하면 산소 수준뿐만 아니라 환경의 산화환원 전위 변화에 따라 화학적 형태로 변화하는 철, 인산염망간같은 많은 관련 매개 변수에도 영향을 미칩니다.

호수는 또한 다양한 수질을 가진 많은 다른 수원으로부터 물을 공급받는다.하천의 유입으로 인한 고형물은 일반적으로 하천의 입구 부근에 침하되며 유입되는 물은 호수 표면 위를 떠다니거나 수면 아래로 가라앉거나 호수 물과 빠르게 혼합될 수 있습니다.이러한 모든 현상은 프로세스를 잘 이해하지 못하면 환경 모니터링의 결과를 왜곡시킬 수 있습니다.

믹싱 존

두 강이 합류하는 지점에는 혼합 지대가 존재한다.혼합 구역은 미국미시시피강과 미주리강, 북웨일스Clwyd강과 Elwy강의 경우와 같이 매우 크고 수 마일에 걸쳐 확장될 수 있다.혼합 구역에서 물의 화학은 매우 가변적일 수 있으며 예측하기 어려울 수 있습니다.화학적 상호작용은 단순한 혼합이 아니라 물에 잠긴 대식물의 생물학적 과정과 부생대 또는 대수층을 배출하는 샘의 수로에 합류하는 물에 의해 복잡해질 수 있다.

지질 투입량

강이나 호수의 밑바닥에 깔린 지질은 강이나 호수의 화학 작용에 큰 영향을 미친다.매우 오래된 선캄브리아 분열을 가로질러 흐르는 강은 암석으로부터 거의 녹지 않았을 가능성이 높으며, 아마도 적어도 수돗물에서는 탈이온수와 유사할 것이다.반대로, 분필 언덕을 흐르는 강은, 특히 그 원천이 분필에 있다면, 높은 농도의 칼슘중탄산염마그네슘이 있을 입니다.

강이 진행되면서 다양한 지질 유형을 통과할 수 있으며, 지역 어디에도 지표면에 나타나지 않는 대수층으로부터 유입될 수 있다.

대기 입력

모든 호기성 유기체가 생존을 위해 산소를 필요로 하기 때문에 산소는 지표수 화학에서 가장 중요한 화학 성분일 것이다.그것은 대부분 수공기 계면에서 확산을 통해 물에 들어간다.물 속 산소의 용해도는 물의 온도가 상승함에 따라 감소한다.빠르고 난류인 물줄기는 물의 표면적을 공기에 더 많이 노출시키고, 느린 역류보다 낮은 온도와 더 많은 산소를 가지는 경향이 있습니다.산소는 광합성의 부산물이기 때문에, 수조류와 식물이 풍부한 시스템은 또한 낮 동안 높은 농도의 산소를 가질 수 있습니다.이러한 수치는 일차 생산자가 호흡으로 전환하는 밤에 크게 감소할 수 있습니다.산소는 표면과 깊은 층 사이의 순환이 원활하지 않거나, 동물의 활동이 매우 높거나, 가을 낙엽 이후와 같은 많은 양의 유기적 부패가 발생할 경우 제한될 수 있다.

대부분의 다른 대기 공급원은 인공 또는 인공적인 공급원으로부터 발생하며, 그 중 가장 중요한 것은 [1]산성비를 일으키는 석탄석유와 같은 황이 풍부한 연료를 태워서 생성된 황산화물이다.황산화물의 화학 작용은 대기와 하천 시스템 모두에서 복잡하다.그러나 전체적인 화학작용에 대한 효과는 물의 pH를 감소시켜 물을 더 산성으로 만든다는 점에서 간단하다.pH 변화는 산성 유입의 영향을 완충할 수 없기 때문에 용해 염분 농도가 매우 낮은 강에서 가장 두드러집니다.주요 산업 회의장의 하류 하천 또한 가장 큰 위험에 처해있다.스칸디나비아와 웨스트웨일스, 스코틀랜드의 일부 지역에서는 많은 강이 황산화물로 인해 산성이 되어 대부분의 어류가 파괴되었고, 심각한 기상 [2]조건 동안 pH4만큼 낮은 pHs가 기록되었다.

인위적 투입물

지구상의 대부분의 강과 많은 호수들은 인간 종류의 활동으로부터 입력을 받았거나 받고 있다.산업화된 세계에서는 적어도 19세기에서 20세기 전반에는 많은 강들이 매우 심각하게 오염되었다.일반적으로 선진국에서 많은 발전이 있었지만, 지구상에는 여전히 많은 하천 오염이 분명히 존재한다.

독성

대부분의 환경 상황에서 유기체의 존재 여부는 측정 가능한 화학적 또는 생물학적 매개변수와 관련된 일부만 상호작용의 복잡한 거미줄에 의해 결정됩니다.유속, 난기류, 내부 특정 경쟁, 섭식 행동, 질병, 기생, 공생은 유기체나 개체군이 직면하는 압력과 기회의 일부일 뿐이다.대부분의 화학성분은 일부 유기체를 선호하고 다른 유기체에게는 덜 선호한다.그러나 화학 성분이 독성 효과를 발휘하는 경우가 있다. 즉, 농도가 생물의 정상적인 기능을 죽이거나 심각하게 저해할 수 있다.독성 효과가 입증되면 개별 매개변수를 다루는 아래 절에서 이를 언급할 수 있다.

화학 성분

색상 및 탁도

종종 담수의 색깔이나 물이 얼마나 맑고 흐릿한지가 가장 명백한 시각적 특징입니다.불행하게도 색깔도 탁도도도 물의 전체적인 화학적 조성을 나타내는 강력한 지표는 아니다.그러나 색상과 혼탁도 모두 물을 투과하는 빛의 양을 줄이고 조류와 대식물에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다.특히 일부 해조류는 색이 적고 탁한 물에 많이 의존합니다.

이탄으로 뒤덮인 높은 황무지를 흐르는 많은 강은 녹은 후민산으로 인해 매우 짙은 황갈색을 띤다.

유기 성분

유기 화학 성분의 농도가 높아지는 주요 원인 중 하나는 처리 오수이다.

용해된 유기 물질은 가장 일반적으로 생화학 산소 요구량(BOD) 테스트 또는 화학적 산소 요구량(COD) 테스트를 사용하여 측정됩니다.유기 성분은 용존 산소 농도에 미치는 영향과 개별 유기종이 수생 생물군에 직접적으로 미치는 영향 때문에 하천 화학에서 중요하다.

유기물과 분해 가능한 물질은 분해하면서 산소를 소비합니다.유기 농도가 상당히 높아지면 산소 농도에 미치는 영향이 클 수 있으며, 상황이 극단적으로 악화되면 강바닥이 무독성이 될 수 있다.

합성호르몬, 살충제, 프탈레이트와 같은 일부 유기성분은 수생생물학자와 심지어 강에서 물을 마시는 사람에게 직접적인 대사작용을 한다.이러한 성분과 성분의 식별 및 정량화 방법을 이해하는 것은 담수 화학의 이해에 있어 점점 더 중요해지고 있다.

금속

강이 흐르는 암석이나 강으로 물을 공급하는 대수층에 금속 광석이 존재하는 천연 근원의 강에서 광범위한 금속이 발견될 수 있습니다.그러나 많은 강은 채굴과 채석, 금속의 가공과 사용을 포함한 산업 활동 때문에 금속의 부하가 증가한다.

철분, 보통 Fe는+++ 매우 낮은 수위에 있는 강물의 공통 성분입니다.산성 스프링 또는 무산소성 저산소 구역의 철분 농도가 높을 경우 강바닥을 덮고 있는 고밀도 주황색 철분 세균 플록의 가시적인 오렌지색/갈색 얼룩 또는 반젤라틴성 침전이 발생할 수 있습니다.그러한 조건은 대부분의 생물에게 매우 해롭고 하천 시스템에 심각한 손상을 입힐 수 있다.

석탄 채굴은 또한 광산 수역, 석탄 저장장 및 석탄 가공에서 철의 매우 중요한 원천입니다.오랫동안 버려진 광산은 매우 다루기 어려운 고농도 철의 원천이 될 수 있습니다.철분 함량이 낮은 것은 깊은 곳의 대수층에서 나오는 샘물에서 흔히 볼 수 있으며 아마도 건강을 주는 샘으로 여겨질 것이다.이러한 샘은 보통 칼리비테 샘이라고 불리며 유럽과 미국에서 많은 스파 타운을 만들어냈다.

아연

아연은 보통 금속 채굴, 특히 납과 은 채굴과 관련이 있지만, 다양한 금속 채굴 활동 및 석탄 채굴과 관련된 성분 오염 물질이기도 합니다.아연은 많은 수생 생물에게 상대적으로 낮은 농도로 독성이 있다.micro regma는 0.33 mg/l의 [3]낮은 농도에서 독성 반응을 보이기 시작한다.

중금속

강물의 납과 은은 일반적으로 함께 발견되며 납 채굴과 관련이 있습니다.아주 오래된 광산의 충격은 매우 오래갈 수 있다.예를 들어, 웨일스Ystwyth 강에서는, 17세기와 18세기 원류에서 은과 납 채광의 영향이 여전히 허용할 수 없을 정도로 높은 수준의 아연과 납을 바다와의 합류 지점까지 강물에 발생시킵니다.은은 매우 낮은 농도에서도 매우 독성이 강하지만, 눈에 보이는 오염 흔적을 남기지 않습니다.

납은 또한 물을 식수로 사용할 경우 민물 유기체와 사람에게 매우 독성이 강하다.은과 마찬가지로 납 오염은 육안으로 볼 수 없습니다.웨일즈 서부의 레이돌 강에는 19세기 말까지 원류에서 납 광산이 다수 존재했으며 광산의 방류와 폐기물은 오늘날까지 남아 있다.1919 - 1921년에는 납 농도가 0.2ppm에서 0.5ppm 사이일 때 레이돌 하류에서 14종의 무척추동물만 발견되었다.1932년에는 채굴 포기로 납 농도가 0.02ppm~0.1ppm으로 낮아졌고, 그 농도로 바닥동물은 [4]거머리 3마리를 포함해 103종으로 안정됐다.

석탄 채굴은 금속, 특히 철, 아연 니켈의 매우 중요한 원천이기도 합니다. 특히 석탄은 공기와의 접촉으로 산화되어 석탄에서 금속을 녹일 수 있는 매우 산성 침출수를 생성한다면 석탄이 풍부합니다.

상당한 양의 구리는 강에서 흔치 않으며, 구리가 발생하는 곳은 광업, 석탄 저장 또는 양돈 농사일 가능성이 높습니다.드물게 높은 수위는 지질학적 기원이 될 수 있다.구리는 매우 낮은 농도로 많은 민물 생물, 특히 조류에 심각한 독성을 가지고 있으며 강물에 상당한 농도가 있으면 지역 생태계에 심각한 악영향을 미칠 수 있습니다.

질소

질소화합물은 대기 중 질소산화물의 유출, 지질학적 투입 및 대식세포 및 조류질소 고정에 의한 유입을 포함한 다양한 공급원을 가지고 있다.하지만, 인간과 가까운 많은 강에서, 가장 큰 투입물은 처리되거나 처리되지 않은 하수에서 나온다.질소는 소변과 대변에서 발견되는 단백질의 분해 생성물에서 유래한다.이 제품들은 매우 용해성이 높기 때문에 종종 하수 처리 과정을 거쳐 하수 처리 폐수의 성분으로 강으로 배출된다.질소는 질산염, 아질산염, 암모니아 또는 암모늄 염 또는 알부미노이드 질소 또는 유기 단백질 분자 내에 아직 존재하는 질소의 형태일 수 있다.

다양한 형태의 질소는 대부분의 하천에서 비교적 안정적이며, 아질산염은 산소가 잘 함유된 하천에서 서서히 질산염으로 바뀌고 암모니아는 아질산염/질산염으로 변화한다.그러나 차가운 강에서는 프로세스가 느리고 단순 희석 때문에 농도가 저하되는 경우가 더 많습니다.모든 형태의 질소는 대식물과 조류에 의해 흡수되며, 질소 수치가 높아지는 것은 종종 식물의 과잉 성장이나 부영양화와 관련이 있다.이는 채널을 차단하고 탐색을 방해하는 효과가 있을 수 있습니다.하지만, 생태학적으로, 더 중요한 영향은 식물 광합성에 의해 낮에는 과포화 될 수 있지만, 식물 호흡이 용해된 산소를 다 써버리기 때문에 어두운 동안에는 매우 낮은 수준으로 떨어지는 용해 산소 농도에 있다.광합성의 산소 방출과 함께 pH의 급격한 상승을 일으키는 바이카보네이트 이온이 생성되며, 이는 호흡을 통해 이산화탄소가 방출되어 pH를 상당히 낮춘다.따라서 질소화합물의 높은 수준은 매개변수의 극단적인 변화로 부영양화를 초래하는 경향이 있으며, 이는 다시 수로의 생태학적 가치를 상당히 저하시킬 수 있다.

암모늄 이온은 특히 물고기에 독성이 있다.암모니아의 독성은 pH와 온도에 따라 달라지며, 추가적인 복잡성은 약 pH 8.0 이상의 추가 독성을 가리는 아가미 막을 가로지르는 혈액/수분 계면의 완충 효과이다.다양한 잠재적 농도, pH 및 온도 시나리오와 광합성에 의한 일일 pH 변동을 고려해야 하기 때문에 생태학적 피해를 방지하기 위한 하천 화학 관리는 암모니아의 경우 특히 어렵다.따뜻한 여름날, 고농도의 탄산수소 농도로 인해 예상치 못한 독성 조건이 발생할 수 있습니다.

인화합물은 보통 하천수에서 비교적 불용성 인산염으로 발견되며, 일부 예외적인 경우를 제외하고는 농업이나 인간의 하수에서 유래한다.인은 식물과 조류의 과도한 성장을 촉진하고 부영양화에 기여할 수 있다.강이 호수나 저수지로 흘러들어가면 매년 자연 과정을 통해 인산염이 동원될 수 있다.여름에는 따뜻한 산소가 풍부한 물이 차가운 산소가 부족한 물 위에 떠오르도록 호수가 층화된다.따뜻한 상층인 에피림니온에서 식물은 이용 가능한 인산염을 소비한다.늦여름에 식물들이 죽어가면서, 그들은 아래쪽의 시원한 물층인 하이포림니온으로 떨어져 부패한다.겨울 뒤집기 동안, 물의 냉각체에 부는 바람의 작용으로 호수가 완전히 섞일 때, 인산염은 새로운 세대의 식물을 먹이기 위해 호수 전체에 다시 퍼집니다.이 과정은 일부 호수에서 지속적인 녹조의 주요 원인 중 하나이다.

비소

비소의 지질학적 퇴적물은 파키스탄의 일부처럼 깊은 지하수가 이용되는 강으로 방출될 수 있다.납, 금, 구리와 같은 많은 금속성 광석에는 비소의 흔적이 포함되어 있으며, 저장 상태가 좋지 않아 비소가 수문 사이클로 유입될 수 있습니다.

솔리드

불활성 고형물은 물의 에너지가 바위를 자갈, 모래, 미세한 물질로 분쇄하는 것을 도와주기 때문에 모든 산지 강에서 생산됩니다.이것의 대부분은 매우 빨리 가라앉고 많은 수생 생물들에게 중요한 기질을 제공한다.많은 연어과 물고기들은 알을 [5]낳기 위해 자갈과 모래의 바닥을 필요로 한다.농업, 광업, 채석업, 도시 유수 및 하수에서 나오는 많은 다른 종류의 고형물은 강에서 나오는 햇빛을 차단하고 자갈 바닥의 틈새를 막아 산란과 곤충 생활을 지탱하는 데 무용지물이 될 수 있다.

세균, 바이러스 및 기생충 입력

농업과 하수 처리 모두 광범위한 병원성 유기체를 포함한 매우 높은 농도의 박테리아바이러스를 가진 강에 투입물을 생산한다.인간의 활동이 적은 지역에서도 상당한 수준의 박테리아와 바이러스가 어류와 수생 포유류, 그리고 사슴과 같은 강 근처에서 풀을 뜯고 있는 동물에서 발견될 수 있다.양, 염소 또는 사슴이 자주 드나드는 고지대의 배수 지역에도 간 요행과 같은 다양한 기회주의적 인간 기생충이 서식하고 있을 수 있다.그 결과, 살균이나 소독 없이 물이 안전하게 마실 수 있는 강은 거의 없다.수영 등 접촉 레크리에이션에 사용되는 하천에서는 위험도 평가를 통해 안전한 수준의 박테리아와 바이러스를 파악할 수 있습니다.

특정 조건 하에서 박테리아는 때때로 하수 곰팡이로 알려진 큰 뗏목의 필라멘트 매트를 만들기도 합니다 – 보통 Sphaerotilus natans.이러한 유기체의 존재는 거의 항상 극단적인 유기 오염의 지표이며 낮은 용존 산소 농도와 높은 BOD 값과 일치할 것으로 예상된다.

대장균은 일반적으로 휴양수에서 발견되며, 그 존재는 최근의 분변 오염의 존재를 나타내기 위해 사용되지만, 대장균의 존재는 인간의 배설물을 나타내지 않을 수 있다.대장균은 모든 온혈 동물에서 발견됩니다.대장균은 물고기와 [6]거북이에서도 발견되었다.장내 세균은 진흙, 퇴적물, 모래, 토양에서도 상당 [7]기간 동안 지속될 수 있다.

pH

하천의 pH는 상수원, 대기 투입물 및 기타 화학 오염물질의 범위에 의해 영향을 받는다. pH는 대기 중 황과 질소산화물이 pH4만큼 낮은 pH를 상당히 낮출 수 있는 매우 완충되지 않은 고지대 강이나 광합성을 하는 부영양 알칼리 강에서만 문제가 될 수 있다.광합성을 통한 2탄산 이온 생성은 pH를 pH10 이상으로 끌어올릴 수 있다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ 리켄스, G. E., W. C. 킨, J. M. 밀러, J. N. 갤러웨이 1987년호주의 멀리 떨어진 육지로부터의 강수량 화학.J. Geophys.규정 92(D11): 13,299-13,314.
  2. ^ 대기 오염, 산성비, 그리고 환경.1988년 스프링거 와트 에너지 위원회, Kenneth Mellanby씨 ISBN1-85166-222-7, ISBN978-1-85166-222-7
  3. ^ Bringmann G. and Kuhn R., 1959, 수생 박테리아, 조류 및 작은 갑각류에 대한 폐수의 독성 영향, Gesund Ing 80, 115
  4. ^ 로리, R.D. and Jones, J.R.E., 1938, 웨일즈, 카디건셔 북부에 있는 납 오염 강의 J. Anim.Ecol, 7, 272 - 286
  5. ^ "Salmon Life Cycle Stream Explorers". www.streamexplorers.org. Retrieved 2020-09-15.
  6. ^ John J. Clark; Satoshi Ishii; Michael J. Sadowsky; Randall E. Hicks (2008). "Sources and Sinks of Escherichia coli in Benthic and Pelagic Fish" (PDF). Internat. Assoc. Great Lakes Res. Retrieved 7 July 2017.
  7. ^ "Presence and Sources of Faecal Coliform Bacteria in Epilithic Periphyton Communities of Lake Superior" (PDF). American Society for Microbiology. 2007. Retrieved 7 July 2017.