Одним из этапов оценки качества воды в водоеме, в особенности подвергающимся воздействию антропогенных нагрузок, расположенных в зоне действия крупных горно-добывающих, металлургических и т.д. предприятий, является серия лабораторных анализов по определению различных физических свойств, концентрации различных веществ и сравнение их с предельно допустимым уровнем. Развернутый химический анализ дает не достаточно полную картину при исследовании воды, поскольку с течением времени растворимые ионы реагируют между собой и частично вступают в реакцию, образуя нерастворимые или малорастворимые комплексы, которые постепенно образуют донные осадки. Моделирование химических форм нахождения металлов в растворах (в водах исследуемых рек и озер) можно проводить как с помощью лабораторных экспериментов, что представляется достаточно трудоемким и длительным процессом, так и специализированных компьютерных программ. При исследовании состава воды Норильского промышленного района использовалась специальная программа WATEQ4F [Ball, Nordstrom, 1991] база данных которой включает термодинамические константы для трех сотен минералов и четырех сотен компонентов в растворе, и это позволяет надеяться, что фазы, образующиеся в реальных условиях, будут учтены в модели. При расчетах в качестве исходной информации используется химический анализ природных вод, данные о температуре, а также вводится параметр рН.
В работе были представлены данные химического анализа в виде формулы Курлова, дан сравнительный анализ наличия химических веществ и их превышения предельно допустиміх концентраций, а так же построены модели химических форм нахождения металлов с помощью компьютерной программы WATEQ4F для десяти наиболее крупных рек . В качестве примера приводится анализ химического состава и химических форм нахождения металлов для реки Томуллах.
Вода истока реки Томуллах по химическому составу относится к гидрокарбонат-кальций-магниевому типу. Как видно из формулы Курлова, вода имеет слабощелочную реакцию, очень мягкая. Концентрация в данной воде ионов меди, цинка и ионов аммония превышает предельно допустимые концентрации. Наибольшее отклонение от предельно допустимой концентрации наблюдается у ионов меди 10,84 (превышение от 5 до 16,83 раза). Вода устья реки Томуллах по химическому составу относится также к гидрокарбонат-кальций-магниевому типу. Вода имеет слабощелочную реакцию, мягкая. Концентрация в данной воде ионов меди, железа, ионов аммония никеля и ионов цинка превышает предельно допустимые концентрации. Наибольшее отклонение от предельно допустимой концентрации наблюдается у ионов меди (превышение от 2,63 до 28,3 раз).
По течению реки наблюдается увеличение концентрации, как микро, так и макрокомпонентов. Значительное увеличение концентрации ионов кальция (от 12,3 до 22,1) сульфат-ионов (от 18,7 до 35,2), гидрокарбонат-ионов (от 39,2 до 61,7), никеля (от 0,006до 0,013), меди (от 0,0049 до 0,0127), ионов железа (от 0,09 до 0,3). Величина рН также несколько увеличивается (от 7,4 до 7,7).
Моделирование химических форм нахождения металлов в воде р. Томуллах (рисунок) позволяет сделать вывод о том, что кальций магний и цинк находятся в большей степени в форме аква-ионов как в истоке, так и в устье реки, (для Са2+ и Мg2+ — свыше 95 %, для Zn2+ от 66 в устье реки до 80 % в истоке реки), что можно объяснить достаточно высокой растворимостью их соединений и низкой величиной рН (7,4 — 7,6), наличием в воде сульфат-ионов, что в частности повышает растворимость соединений цинка.
Подобный анализ дает более полную картину о химическом составе водоемов, о формах нахождения наиболее токсичных металлов в растворе и позволяет делать прогнозы о химическом составе воды при определенной антропогенной нагрузке на данный водоем.