Monografia dotyczy priorytetowego problemu w zakresie ochrony wód i racjonalnego gospodarowania zasobami wodnymi, związanego z eutrofizacją antropogeniczną. Przedstawiono podstawy naukowe, które dają możliwość sterowania przebiegiem procesów eutrofizacji antropogenicznej w celu zapobiegania jej negatywnym konsekwencjom: pogorszeniu jakości użytkowej wód powierzchniowych i degradacji ekosystemów wodnych.
Proces eutrofizacji antropogenicznej został rozpatrzony jako najbardziej spektakularny przejaw zakłócenia funkcjonowania ekosystemów wodnych, co w konsekwencji prowadzi do pogorszenia ogólnego stanu wód powierzchniowych i ograniczenia możliwości ich użytkowania. Przedstawiono negatywne konsekwencje intensyfikacji procesów eutrofizacji: zdrowotne, ekologiczne, społeczne i ekonomiczne.
Rozpatrzono analizę możliwości sterowania procesem eutrofizacji przez oddziaływanie na czynniki abiotyczne i biotyczne ekosystemów wodnych. Określono podstawowe problemy, które należy rozwiązać w celu opracowania skutecznych sposobów zapobiegania negatywnym skutkom omawianego procesu.
Jednym z podstawowych, ale dotychczas jeszcze nierozwiązanych, problemów w tym zakresie jest brak uniwersalnej metodologii oceny stopnia troficzności wód powierzchniowych oraz prostych i tanich wskaźników liczbowych, które pozwalałyby na adekwatną ocenę statusu troficznego wód i były przydatne do celów aplikacyjnych, w tym zwłaszcza przy rozwiązaniu zadań inżynierskich. W związku z tym w monografii przedstawiono analizę porównawczą istniejących wskaźników eutrofizacji, zakresu ich wartości i metod oceny statusu troficznego wód powierzchniowych.
W monografii przedstawiono autorską propozycję metodologii oceny stanu troficznego wód na podstawie opracowanych przez autorkę liczbowych wskaźników troficzności, mających uniwersalne zastosowanie do różnych typów wód powierzchniowych. Przedstawiono możliwości praktycznego wykorzystania proponowanej metodologii do różnych celów, w tym do monitoringu ekologicznego, oceny i prognozowania dynamiki zmian stanu wód, formułowania modeli matematycznych procesów eutrofizacji, oceny wpływu ścieków na rozwój procesów eutrofizacji i udziału w nim poszczególnych źródeł substancji biogennych, ustalania dopuszczalnych ładunków substancji biogennych odprowadzanych do odbiornika i niezbędnego stopnia oczyszczania ścieków. Opracowana metodologia stanowi zatem podstawę do opracowania ekologicznie uzasadnionych i ekonomicznie rentownych działań na rzecz sterowania procesem eutrofizacji i utrzymania poziomu troficzności w optymalnych przedziałach.
Przedstawiono ekonomiczne aspekty eutrofizacji oraz analizę kosztów usuwania substancji biogennych ze ścieków. Zaproponowano też nowe podejście do kontroli stanu i kształtowania jakości wód powierzchniowych.
- Spis treści
-
Wstęp 5
1. Eutrofizacja jako zaburzenie równowagi ekologicznej 7
2. Troficzność a saprobowość 11
3. Konsekwencje eutrofizacji 14
3.1. Zaburzenie warunków abiotycznych 14
3.2. Zmiana struktury biocenozy wodnej 15
4. Wpływ eutrofizacji na właściwości użytkowe wody 16
4.1. Zmiany jakości wody 16
4.2. Problemy uzdatniania wody 18
5. Koszty środowiskowe i zasobowe eutrofizacji 25
6. Sterowanie procesem eutrofizacji 29
6.1. Oddziaływanie na czynniki abiotyczne 30
6.2. Oddziaływanie na czynniki biotyczne 33
7. Systemy klasyfikacji troficzności wód 35
8. Wskaźniki eutrofizacji 38
8.1. Ładunki substancji biogennych 38
8.2. Stężenia substancji biogennych 39
8.3. Wskaźniki biologiczne 41
8.4. Przezroczystość wody 42
8.5. Warunki tlenowe 42
9. Ocena stanu troficzności na podstawie wskaźników tradycyjnych 43
10. Ocena stanu troficzności na podstawie zespołu wskaźników 50
11. Ocena stanu troficzności w europejskiej polityce wodnej 53
12. Zagregowane wskaźniki eutrofizacji 56
12.1. Wymagania stawiane wskaźnikom eutrofizacji 56
12.2. Indeks Carlsona 58
12.3. Indeks TRIX 61
12.4. Indeks TLI 62
12.5. Indeks TNI 63
12.6. Wskaźnik PT 64
13. Propozycja HELCOM 65
14. Nowe propozycje oceny stanu troficznego wód powierzchniowych 68
14.1. Wskaźniki warunków oksydacyjno-redukcyjnych 68
14.2. Kompleksowa charakterystyka poziomu troficzności LT 70
15. Integralne kryterium troficzności ITS 74
15.1. Teoretyczne uzasadnienie integralnego wskaźnika troficzności 74
15.2. Ustalenie charakteru zależności pH od nasycenia wody tlenem 76
15.3. Weryfikacja możliwości zastosowania wskaźnika ITS do oceny stanu troficzności wód powierzchniowych 78
15.4. Zalety stosowania integralnego wskaźnika troficzności 85
15.5. Możliwości automatycznego pomiaru wskaźnika ITS 85
16. Przykłady praktycznego zastosowania wskaźnika ITS 87
16.1. Ocena dynamiki zmian stanu troficzności 87
16.2. Ocena oddziaływania ścieków na stan troficzny wód 88
16.3. Formułowanie modeli matematycznych procesów eutrofizacji 91
16.3.1. Złożoność procesu modelowania matematycznego ekosystemów wodnych 91
16.3.2. Model matematyczny procesu eutrofizacji Zatoki Newskiej Morza Bałtyckiego 93
17. Wpływ ścieków na procesy eutrofizacji 96
18. Metodologia oceny wpływu ścieków na rozwój procesów eutrofizacji 100
18.1. Równanie bilansu substancji biogennych dostarczanych do odbiornika 100
18.2. Ocena udziału ścieków w procesach eutrofizacji Zatoki Newskiej i wschodniej części Zatoki Fińskiej 100
19. Aspekty ekonomiczne usuwania substancji biogennych ze ścieków 105
20. Nowe podejście do kształtowania jakości wód powierzchniowych 111
21. Podsumowanie i wnioski 115
Literatura 121