Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Литературный обзор. Эколого-географическое описание бассейна р. Прони 9
1.1. Физико-географическое описание бассейна. Природно-климатические и геологические особенности 9
1.2. Система наблюдений за водными объектами в бассейне Прони 29
1.3. Оценка состояния водных систем при воздействии природных и антропогенных факторов 32
Глава 2. Гидрохимическая характеристика рек бассейна р. Прони 40
2.1. Общая характеристика 40
2.2. Комплексная оценка качества 47
Глава 3. Оценка антропогенных воздействий в бассейне п. Прони 51
3.1. Характеристика основных источников антропогенной нагрузки в бассейне Прони 51
3.2. Водохозяйственное районирование и приоритетные источники загрязнения водных объектов бассейна р. Прони 51
Глава 4. Выбор оптимальной системы водоохранных мероприятий в бассейне 59
4.1. Объекты оптимизации 59
4.2. Выбор системы водоохранных мероприятий с учетом эколого-экономических требований 66
4.3. Исходные данные для оптимизации водоохранных мероприятий в бассейне Прони 75
Выводы 109
Литература 112
- Физико-географическое описание бассейна. Природно-климатические и геологические особенности
- Общая характеристика
- Характеристика основных источников антропогенной нагрузки в бассейне Прони
- Объекты оптимизации
Введение к работе
Водоохрана средних рек является одной из приоритетных проблем водного хозяйства. Общепринятой является следующая классификация рек: малые - до 100 км, средние - 101-500 км, большие - более 500 км [1,2].
Средние реки во многих случаях имеют более высокий уровень удельной антропогенной нагрузки (в отношении к среднему расходу или на единицу площади бассейна), чем крупные реки, и относительно меньший потенциал самоочищения, который обычно пропорционален среднему расходу в наиболее напряженный гидрологический период. Это объясняется тем, что в большинстве регионов России средние реки исторически являлись фактором, консолидирующим территориально-хозяйственный комплекс. Это значение средние реки в настоящее время потеряли, однако хозяйственные комплексы продолжают функционировать, оказывая сильное воздействие на состояние бассейнов. Дополнительные трудности связаны с относительно меньшей изученностью таких водных объектов: как правило, на средних реках располагается небольшое количество створов регулярных наблюдений.
Крупные речные бассейны являются, как правило, объектами «федерального значения»: обычно эти водные объекты расположены на территориях нескольких субъектов Федерации; вследствие комплексного использования крупные реки являются объектом интересов и наблюдений множества ведомств: природоресурных, энергетических, санитарных, рыбохозяйственных и пр.; они являются объектами научных исследований; наконец, к ним приковано внимание общественности. Для большинства бассейнов крупных рек разработаны соответствующие межсубъектные программы.
Средние реки лишены этих преимуществ. Они, как правило, расположены на территории одного субъекта Федерации и поэтому «судьба» средней реки обычно волнует жителей относительно небольшой части России.
В то же время важность таких водных объектов для жизни большой части населения России продолжает оставаться значительной. Они являются источниками водных ресурсов для промышленных, сельскохозяйственных и коммунальных объектов, имеют большой рекреационный потенциал, являются своеобразным «скелетом» гидрографической сети бассейнов больших рек. Наконец, средние реки имеют несомненное культурно-историческое значение. Восстановление средних и малых водных объектов — важная часть возрождения России.
Река Проня - типичный представитель категории средних рек России. Это правый приток р, Оки. Основными притоками р. Прони являются Ранова и Кердь, из притоков р. Рановы - реки Хупта, Мостья, Верда, Полотебня.
Верховье р. Прони расположено на юго-востоке Московской области и востоке Тульской области. Верховье р. Рановы — на севере Липецкой области, остальная часть бассейна р. Прони - на юго-западе Рязанской области, на которую приходится 96% площади бассейна.
Основные проблемы бассейна р. Прони являются типичными для регионов, расположенных на территории Волжского бассейна. Это стабилизация региональной экологической ситуации, а также проблемы, связанные с повышением эффективности всего хозяйства Пронского бассейна, причем улучшение социально-экономического положения должно достигаться экологически приемлемым образом, путем снижения антропогенного воздействия на окружающую природную среду и, в особенности, - на водные экосистемы. Актуальность решения этих вопросов подчеркнута в Федеральной целевой программе «Возрождение Волги» и региональной программе «Бассейновое соглашение о совместном использовании и охране водных ресурсов».
Для решения проблем экономического роста в условиях неухудшения экологической обстановки в бассейне необходима научно обоснованная стратегия водоохранных мероприятий, которая должна быть реализована следующими этапами:
• по многолетним данным экологического мониторинга дать оценку экологического состояния бассейна Прони с целью выделения участков с наиболее высоким уровнем нагрузки;
• собрать, оценить наиболее существенные факторы нагрузки и приоритетные источники загрязнения водных объектов (как точечные, так и диффузные) в настоящее время, ранжировать их по уровню экологической нагрузки;
• на основе обобщенных данных по эколого-экономической эффективности тех или иных водоохранных мероприятий разработать и оценить наиболее эффективную программу водоохраны в бассейне.
Проблемам водоохраны посвящены работы широкого круга ученых и специалистов: А.Б.Авакяна, И.П.Айдарова, А.Е.Асарина, С.Л.Вендрова, В.И. Данилова-Данил ья на, В.С.Каминского, К.СЛосева, А.П.Нечаева, ДЛ.Ратковича, С.В.Яковлева и многих других [1-15]. В этих работах рассмотрены физико-географические, гидрологические, экологические, технологические проблемы водоохраны. На сегодняшний день нельзя говорить о существовании достаточно обоснованной системы научно-методических подходов по экономической и одновременно экологической оценке программ водоохранных мероприятий.
Существующая система мониторинга в бассейне не дает возможности получить необходимую для принятия управленческих решений надежную и объективную информацию об экологическом состоянии водной системы и о характере воздействия на нее природных и антропогенных факторов.
Экологическое состояние бассейна Прони в конце 80-х - начале 90-х годов оценивалось как напряженное. В 90-х годах вследствие резкого падения промышленного производства и уменьшения интенсивности сельского хозяйства экологическое состояние улучшилось, хотя вследствие общего ухудшения состояния природоохранной деятельности в России снижение антропогенной нагрузки было неадекватным снижению уровня экономики.
Большинство предприятий как в промышленном, так и сельскохозяйственном секторах сохранили производственные мощности и в связи с началом роста экономики в начале XXI века возникла опасность резкого ухудшения экологической обстановки в бассейне.
Эта опасность усугубляется тем, что в условиях общего ослабления мониторинговых и контрольных функций экологических служб в России вообще и в Рязанской области, в частности, экономический рост в последние 2-3 года происходит на фоне определенного отставания уровня и эффективности природоохранных мероприятий, в частности, водоохраны от необходимых затрат.
Существенным является необходимость выработки стратегии водоохраны в условиях начавшегося экономического роста, поскольку без принятия соответствующих мер этот рост может привести к катастрофическому ухудшению экологической ситуации в бассейне.
Совокупность этих основных задач позволяет сформулировать основную цель настоящей работы: разработка методических основ оценки и выбора наиболее эффективных по эколого-экономическим показателям программ снижения антропогенной нагрузки в бассейне реки (на примере бассейна р. Прони).
Для достижения цели необходимо решить следующие основные задачи:
• по многолетним данным экологического мониторинга оценить участки р. Прони и ее притоков с наиболее высоким уровнем экологического риска;
• выявить современные региональные особенности природных и антропогенных факторов формирования состава воды и установить порядок приоритетности в ряду факторов и источников воздействия на водосборе р. Прони;
• разработать подходы к выбору приоритетных показателей, описывающих воздействие источников антропогенной нагрузки и состояние исследуемых водных объектов, а также к их нормированию с учетом особенностей водосбора;
• на основе обобщенных данных по эколого-экономической эффективности тех или иных водоохранных мероприятий разработать методические подходы для выбора наиболее эффективной программы водоохраны в бассейне.
Материалы, положенные в основу работы. При решении выше сформулированных цели и задач автором использованы, проанализированы и обобщены собственные данные, полученные в результате экспедиционных и лабораторных исследований, данные статистической отчетности предприятий и различных служб наблюдения и контроля за экологическим состоянием водных объектов Рязанской области. Проанализированы также имеющиеся по теме литературные источники.
Научная новизна. Впервые дана характеристика современного состояния качества вод и уровня антропогенной нагрузки в бассейне реки Прони. Указаны приоритетные источники загрязнения (промышленность, жилищно-коммунальное хозяйство, неконтролируемый сток с хозяйственно освоенных территорий). Определены приоритетные загрязняющие вещества (нефтепродукты, нитриты, аммонийный азот, фосфаты, БПК, взвешенные вещества).
Обоснованы принципы районирования речного бассейна по состоянию качества вод и уровню антропогенной нагрузки.
На основе анализа основных источников загрязнения рассчитаны необходимые уровни очистки сточных вод для достижения установленных нормативов.
Разработаны методы оптимизации водоохранных программ в бассейне на основе данных о сбросах загрязняющих веществ, эффективности тех или других технологий очистки сточных вод от конкретных загрязняющих компонентов, а также приведенных затрат для тех или иных технологий.
Разработаны алгоритмы оптимизации на основе линейного программирования и составлены соответствующие программы для ПК для выделенных водохозяйственных участков и источников загрязнения, определены оптимальные программы водоохраны.
В случае выбора оптимальных условий реализации водоохранных программ показан эффект «снижающейся эффективности» водоохраны при увеличении выделенных сумм на очистку сточных вод, что указывает на эффективность объединения предприятий в группы, ведущие совместную очистку сточных вод на общих очистных сооружениях.
Практическая значимость. Для бассейна Прони проведено районирование реки и ее основных притоков по состоянию качества вод. Выделены проблемные участки, где отмечается ухудшение качества вод и необходимость проведения водоохранных мероприятий.
Проведено районирование бассейна по уровню антропогенной нагрузки и для каждого из выделенных 7 водохозяйственных участков указаны 15 приоритетных источников, для которых указаны приоритетные загрязняющие вещества.
На основе разработанных программ оптимизации определены наиболее эффективные по эколого-экономическим показателям технологии очистки сточных вод.
В случае выбора оптимальных условий реализации водоохранных программ показана эффективность объединения предприятий в группы, ведущие совместную очистку сточных вод на общих очистных сооружениях.
Защищаемые положения. Предметом защиты являются:
• анализ экологического состояния основных водных объектов р. Прони, основных источников загрязнения и приоритетных загрязняющих веществ;
• районирование бассейна р. Прони по уровню изученности качества вод имеющимися системами мониторинга;
• водохозяйственное районирование бассейна р. Прони;
• методы оптимизации системы водоохранных мероприятий с учетом экологических и экономических факторов;
• обоснованные программы водоохранных мероприятий для приоритетных источников загрязнения;
• эффект «снижающейся эффективности» водоохраны при увеличении суммарных затрат на очистку сточных вод и необходимость объединения предприятий в группы для совместной очистки сточных вод.
Физико-географическое описание бассейна. Природно-климатические и геологические особенности
Она поступает нэ МОСКОВСКИЙ: облает на расстоянию 781 жн ох устья, течет по Рязанской области на протяжении 489 км (водосборная площадь на территории Рязанской области - 38,3 тыс. км2 (97% от всей территории области) и поступает во Владимирскую область. Все притоки р. Оки можно разделить на два типа. К первому типу относятся правые притоки, берущие начало в лесостепных районах и протекающие по отрогам Среднерусской возвышенности (Проня), Пара-Пронской равнине, Окско-Донской равнине (Мокша). Ко второму относятся левые притоки, начинающиеся в болотах и озерах Мещерской низменности и протекающие по более ровной местности [19,22-27].
Р. Проня берет начало в 2 км южнее д. Лужки Михайловского района Рязанской области, на отрогах Среднерусской возвышенности, на высоте 200 м над уровнем моря. На расстоянии 291 км от устья р. Проня достигает границы Тульской и Рязанской областей. В районе с. Солнечного для нужд сельского хозяйства и промышленности создано Пронское водохранилище, разлившееся на территории Тульской и Рязанской областей. Максимальная ширина водохранилища (от д. Ржевское до Хрущевских выселок) достигает 3 км [23]. Гидроузел водохранилища находится на территории Тульской области, на расстоянии 261 км от устья. В районе д. Толмачевка Михайловского района Рязанской области р. Проня (252 км от устья) поступает из Тульской области в Рязанскую и далее не выходит за пределы Рязанской области [16,18,28].
Слой стока для бассейна р. Прони составляет 108 мм, модуль стока 4 л/сек,км, объем стока — 0,4 км /год. Вода р. Прони относится к гидрокарбонатному классу, к кальциевой группе; имеет среднюю минерализацию, обладает высокой буферностью [16,20].
Водотоки бассейна - типичные равнинные реки с хорошо развитыми поймами. Поверхность пойм - песчано-илистая, илисто-глинистая, на заболоченных участках — торфянистая, в устьевой части - часто изрезанная старицами [18,19,22].
Гидрографическая сеть бассейна р. Прони состоит из 696 водотоков общей длиной 3523 км [18,20,25]. Основная доля приходится на самые малые реки (менее 10 км), количество которых составляет 90% общего числа, их общая длина-44% суммарной длины всех водотоков бассейна [18,20,25]. Наиболее крупными притоками р. Прони являются Ранова и Кердь, из притоков Рановы - pp. Хупта, Мостья, Всрда, Полотебня. Величина среднемноголетнего расхода воды составляет 12,8 м3/с на р. Проне (с. Быково, 86 км от устья) и 13,8м3/с-нар. Ранове (с. Троица) [18,20,25].
Реки - мелководные; характерные глубины - 0,3-1,0 м и 1,0-2,5 м; скорость течения в межень не превышает 0,1-0,5 м/с; русла рек - извилистые, относительно устойчивые. Преобладающий тип руслового процесса - свободное и ограниченное меандрирование [18,20,25].
Русло р. Прони — извилистое, деформирующееся; русло р. Рановы — разветвленное, извилистое. Дно рек песчано-илистое, местами песчаное, иногда каменистое. Летом русла зарастают осокой, водной растительностью. Берега -пологие, на отдельных участках - крутые, обрывистые, обрушающиеся, сложены супесями, покрыты травой, кустарником [18,20,25].
Русло р. Хупты в верховье канализовано, ниже - извилистое, неразветвленное, зарегулировано большим количеством плотин. На устьевом участке - заросли камыша. Берега обрывистые, подмываемые, в верхнем течении -торфянистые, ниже - глинистые, песчаные [18,20,25].
Русло р. Верды - умеренно извилистое, неразветвленное, зарастает водной растительностью. Берега — пологие, на отдельных участках — обрывистые, обрушивающиеся, в основном, заболоченные, заросшие кустарником; сложены песками, суглинками, торфом [18,20,25].
Питание рек, в основном, снеговое (более 50%). Доля подземного питания рек бассейна -около 30%; преобладает в зимнюю и летнюю межень [18,20,25].
Водный режим рек бассейна Прони характеризуется четко выраженным весенним половодьем, низкой летней меженью, прерываемой дождевыми паводками и устойчивой зимней меженью [18,20,25].
Доля весеннего стока рек бассейна Прони в годовом стоке составляет 55-75%, на летне-осеннюю межень приходится 20-30%. Зимний сток меньше летне-осеннего и составляет 10-14% [18,20,25] .
Территория бассейна сложена карбонатными породами, местами выходящими на поверхность или прикрытых водонепроницаемыми отложениями, что определяет развитие карстовых форм в виде воронок, провалов, трещин.
По всей площади бассейна распространены экзогенные процессы, влияющие на формирование химического состава речных вод; отмечается тесная связь подземных вод с поверхностными водами.
Участки карстующихся известняков распространены в центральной части бассейна (pp. Кердь, Молва и др.); выходы известняков на поверхность отмечены в бассейнах pp. Прони, Рановы, Мокрой Полотебни.
Боковые подмывы отмечаются по берегам рек, имеющих субмеридиональное направление (например, Рановы). Заболоченные участки приурочены к поймам рек Рановы, Верды, Хупты, М. Полотебни, Керди и др. [20,22].
Общая характеристика
Исследования проводились в 2000-2002 гг. Использовались фондовые материалы и собственные экспедиционные исследования [18, 20,24, 43, 44,87-98]. Геологические и гидрогеологические условия территории бассейна — основные факторы формирования химического состав поверхностных вод, В Окском водном бассейне, в том числе бассейне Прони, отмечается гидравлическая связь подземных пресных вод с поверхностными водами. Водовмещающими породами бассейна являются трещиноватые известняки, доломиты, с прослойками и включениями гипса и ангидрита, которые залегают непосредственно у поверхности. В составе карбонатных пород в виде примесей содержатся соединения железа, марганца, меди и других микроэлементов, что способствует обогащению речных вод сульфат ионом, соединениями железа, марганца и другими микроэлементами.
Основными гидрохимическими характеристиками поверхностных вод являются минерализация и химический состав. Минерализация речных вод бассейна Прони повышена вследствие непосредственного контакта поверхностных вод с карбонатными породами и питания подземными водами. Наименьшее значение минерализации (суммы ионов) характерно для верховья р. Прони - 245 мг/л- По течению реки к устью минерализация увеличилась до 410 мг/л. При этом электропроводность воды возрастает от 360 до 560 мкСм/см. Повышенная минерализация отмечалась на отдельных участках р, Рановы. В верховье сумма ионов составила 390 мг/л, после впадения р. Верды - 660 мг/л и к устью - 420 мг/л. Соответственно изменялась электропроводность: 570, 820 и 600 мкСм/см соответственно. Минерализация воды р. Хупты по течению реки увеличивалась незначительно от 340 до 370 мг/л, электропроводность составила 0,55 мод/см. По химическому составу вода рек бассейна Прони - гидрокарбонатно Й кальциевая. Следует отметить относительно высокое содержание ионов магния (до 40 мг/л) в воде р, Рановы, В анионном составе преобладают гидрокарбонат щ ионы (НСОзО- По течению рек от верховья к устью концентрация НС03 изменялась в пределах: 208-227 мг/л - в р, Проне, 360-213 мг/л - в р. Ранове, 280-256 мг/л - в р. Хупте.
Среднее содержание сульфат-ионов увеличивалось по течению реки от верховья к устью в пределах: от 23 до 80 мг/л - р. Проня (при максимуме 107 мг/л); от 36 до 100 мг/л - р. Ранова (на участках ниже притока Верды - 188-145 мг/л); от 44 до 70 мг/л - р. Хупта. Отметим, что ПДК по сульфат-иону составляет л 100 мг/л. Содержание хлорид-ионов по течению реки возрастало: на р. Проне в пределах от 9 до 26 мг/л, на р. Ранове - от 12 до 22 мг/л, нар. Хупте от 15 до 21 мг/л, что значительно меньше ПДК (300 мг/л). Высокие значения жесткости (содержание ионов кальция и магния) воды исследуемых рек также связаны с дренированием реками минерализованных вод каменноугольных отложений. Наибольшая жесткость отмечалась в водах р. Рановы ниже устья р. Верды 10,6 мг-экв/л. По течению рек от верховья к устью величина жесткости изменялась в І0 пределах: от 4,4 до 6,1 мг-экв/л —р, Проня, от 7Д до 7,8 мг-экв/л - р. Ранова, от 5,6 до 6,1 мг-экв/л-р, Хупта,
Показатели концентрации водородных ионов (рН) указывают на слабощелочную реакцию среды. Величина рН колебалась от 7,0 до 8,35. Наименьшее значение отмечалось в истоке р. Пропи (заболоченный участок). В период летне-осенней межени величина рН возрастает благодаря потреблению С02 в процессе фотосинтеза фитопланктоном и водной растительностью, при этом накапливается растворенный кислород.
Кислородный режим обследованных рек благоприятный. Средняя концентрация кислорода близка к насыщению (82-99 %) и колебалась в пределах от 8,3 до 12,0 мг/л. Только в одном створе (исток р, Прони) наблюдался дефицит кислорода: средняя концентрация составила 4,1 мг/л, минимальная 2,8 мг/л Отмечались случаи пересыщения кислородом от 107 до 136 %, что обусловлено процессами фотосинтеза.
Содержание органических веществ в поверхностных водах косвенно характеризуется величинами ХПК, БПК5 и цветностью, происхождение которой связано главным образом с видом почвы и толщей ее гумусовых образований.
Цветность исследуемых вод невысока и изменялась в пределах от 14 до 26 (по платиново кобальтовой шкале), что характерно для воды рек лесостепных .А районов. Наибольшие значения цветности отмечались для верховьев рек Прони и Рановы и составили 66 и 44 соответственно (допустимая цветность воды для питьевых целей 20). Средние величины ХПК воды рек не превысили ПДК воды для питьевых целей и изменялись в пределах 10-15 мг/л. Максимальное значение ХПК - 28 мг/л, превышающее ПДК, отмечалось для верховья р. Прони, что объясняется болотным характером питания. Содержание легкоокисляющейся органики (по ЕПКО изменялось в пределах 0,5-1,8 ПДК (норма ПДК для рыбохозяйственных водоемов - 2 мг/л). Превышение уровня ПДК по БПК5 указывает на свежее загрязнение водоема, fa Величина БПК5 превысила уровень ПДК (2 мг/л) в 13 % створов. Максимальная величина 4 ПДК отмечалась в р. Проня (г. Михайлов), Нитриты - промежуточная форма окисления азота при минерализации органического вещества. Присутствие нитритов в поверхностных водах также свидетельствует о свежем загрязнении водоема сточными водами. В 25 % створов содержание нитритного азота было выше ПДК, при этом средняя концентрация не превышала 1,5 ПДК, а максимальная достигала 3 ПДК, (р. Проня - г, Михайлов), Среднее содержание азота нитратов колебались в пределах от 0,15 до 2,3 мг/л, что значительно ниже ПДК (9,1 мг/л). Средняя концентрация аммонийного азота в обследованных створах рек, кроме участка Рязанской ГРЭС» не превысила уровень ПДК (0,4 мг/л). ч Максимальная концентрация - 4 ПДК отмечалась в верховье р. Проня и, по видимому, объясняется зарастанием участка реки высшей водной растительностью (ВВР) и вторичным загрязнением воды в результате отмирания ВВР. Соединения фосфора поступают в водоемы с промышленными и бытовыми сточными водами и в результате смыва удобрений с сельхозугодий» Содержание фосфатов в речных водах колебалось от 0,02 до 0,08 мг/л, что значительно ниже ПДК (0,2 мг/л), и указывает, как и в случае с нитратами, на невысокую сельскохозяйственную нагрузку на водосбор в период обследования водных объектов. Содержание нефтепродуктов изменялось в пределах от 0,02 до 0,09 мг/л. Уровень загрязнения нефтепродуктами превышал ПДК (0,05 мг/л) в 62 % створов. Уровень загрязнения биогенными и органическими веществами, нефтепродуктами, поступающими в реки с промбытовыми стоками, сохранялся на уровне 1995-1999 п\
Содержание поверхностно-активных веществ (анионных) в речных водах было значительно ниже ПДК (0,1 мг/л), присутствие фенолов не обнаружено.
Концентрация железа и марганца значительно превышали уровень ПДК для воды водных объектов, имеющих рыбохозяйствешюе назначение (051 и 0,01 мг/л соответственно). Загрязнение марганцем в 100% створах было выше ПДК (0,01 мг/л), а в 43% створов превышало уровень высокого загрязнения (10 ПДК), Отмечалось 19 случаев высокого загрязнения поверхностных вод марганцем.
Содержание железа превышало допустимую норму в 94% створов. Железо, марганец, медь, цинк поступают в речные воды в составе подземных вод, частично с промбытовыми стоками, так как в водные объекты сбрасывается использованная подземная вода с высоким содержанием микроэлементов, не удаляемых в процессе очистки.
Содержание меди в речных водах колебалось в пределах от 2 до 5 мкг/л, и в 100% створов было выше ПДК (1 мкг/л). Максимальная концентрация 7 ПДК отмечалась в створах рек Рановы и Хупты.
Характеристика основных источников антропогенной нагрузки в бассейне Прони
Выше (гл. 1) было отмечено, что основными факторами антропогенного воздействия являются электроэнергетика, приборостроение и машиностроение, промышленность строительных материалов, ЖКХ, сельское хозяйство. Полный кадастр основных источников антропогенной нагрузки на водные объекты бассейна включает: 50 промышленных предприятий, 4 предприятия энергетики, 23 предприятия коммунально-бытового хозяйства, 154 сельскохозяйственных предприятия, 7 предприятий транспорта и связи, 7 строительных предприятий. Данные о водопотреблении, объеме сточных вод, составе и массе загрязняющих веществ, технологиях очистки СВ и состоянии водоочистных сооружений представлены в отдельном томе «Кадастр субъектов хозяйствования, оказывающих воздействие на водные объекты бассейна Прони».
Сельское хозяйство. В экономике Рязанской области ведущая роль принадлежит сельскому хозяйству, в котором используется 2/3 земельного фонда. В среднем по территории бассейна распаханность земель составляет 75-90 %.
Шесть районов, расположенных в бассейне Прони (Захаровский, Михайловский, Пронский, Кораблинский, Милославский, Ряжский), характеризуются наиболее высокими показателями интенсивности сельскохозяйственного производства (распаханность территории, внесение удобрений на 1 га пашни, плотность сельского населения). В этих районах преобразованность ландшафтов близка к 100%, так что естественные ландшафты и соответственно природные экосистемы на территориях этих районов практически отсутствуют. Михайловский и Пронский районы также характеризуются повышенной плотностью населения и высоким уровнем промышленного производства [27,45]. Основными направлениями сельского хозяйства являются выращивание зерна, картофеля, сахарной свеклы и молочно-мясное животноводство.
За период 1990-2001 гг. общая площадь сельскохозяйственных угодий сократилась незначительно: с 2525,8 до 2423,9 тыс. га. Изменилась структура производства: почти вдвое снизилась продукция животноводства, овощей. Практически не изменилось производство зерна, свеклы.
Промышленное производство. К началу 90-х гг. XX века преимущественную роль в экономике Рязанской области играли машиностроение, электроэнергетика, топливная, легкая, пищевая промышленность и цветная металлургия. Самый низкий уровень промышленного производства в Рязанской области, начиная с 1960 г., отмечен в 1996 г-? когда уровень промышленного производства составил примерно 30% от уровня 1990 года. В последующие годы отмечался небольшой рост промышленного производства, однако и в 2001 г. оно в целом составило 42% от уровня промышленного производства 1990 г. [34-40]. За период реформ, с 1990 по 2001 гг., менялась также структура производства [34-40],
По уровню развития промышленности три района бассейна (Пронский, Скопинский и Шиловский) относятся к наиболее развитым районам области. Наиболее значимой отраслью промышленности в Пронском бассейне» как и в Рязанской области в целом, является электроэнергетика, представленная Рязанской ГРЭС и ГРЭС-24 общей установленной мощностью, соответственно, 2800 МВт и 310 МВт, Они расположены в промышленной зоне города Повомичуринска [20]. В настоящее время на территории Пронского бассейна осуществляется хозяйственная деятельность по следующим отраслям экономики: электроэнергетика - 4 предприятия РАО ЕЭС; промышленность - 49 предприятий; сельское хозяйство - 155 предприятий; жилкоммунхоз - 22 предприятия; строительство-7 предприятий; транспорт и связь - 9 предприятий. Структура промышленного производства выглядит следующим образом: машиностроение — 7 предприятий; цветная металлургия- 1 предприятие; промышленность стройматериалов - 9 предприятий; легкая промышленность - 2 предприятия; пищевая промышленность - 27 предприятий; прочие — 3 предприятия. Одним из наиболее потенциально опасных объектов является не работающий в настоящее время Скопинский гидрометаллургический завод, который специализировался на производстве полуфабрикатов; вольфрамового, молибденового и кобальтового концентратов, Хвостохранилище завода находится в водоохранной зоне р. Ст. Келец. Дренажные вод хвостохранилища оказывают значительное влияние на качество воды этой реки. По данным Госкомэкологии Рязанской области апреля 1998 г, в воде р. Ст. Келец в 100 м ниже хвостохранилища содержались следущие ЗВ: азот аммонийный-до 14,66 мг/л (37,6 ПДК); молибден - до 0,0012 мг/л (9 ПДК); нефтепродукты - до 0,15 мг/л (3 ПДК); железо - до 0,72мг/л (7,2 ПДК).
Источниками диффузного загрязнения являются сельскохозяйственные предприятия, хвостохранилища, поверхностный сток с промплощадок, селитебных территорий и дорог. Однако в настоящее время вклад этих субъектов хозяйствования в суммарное загрязнение водных объектов бассейна относительно невелик и носит локальный характер. Обоснованием этого тезиса является характеристика качества вод, данная в гл, 2.
Признаками сельскохозяйственных загрязнений являются фосфаты, аммоний и нитраты. Повышенное содержание отмечается только локально по фосфатам - в верховьях р. Рановы.
Водоотведение сточных вод в водные объекты на территории Пронского бассейна осуществляли 64 водопользователя (1993 г.) 58 (1997 г,)» 60 (1998 г.), 52 (1999 г.), 59 (2000 г,), 58 (2001 г.), 58 (2002 г.) [3,4, 5, 7, 10, 13, 28-31, 33]. В табл. 2 представлены показатели водопотребления и водоотведения. Структура сброса сточных вод в поверхностные водные объекты представлена в табл. 3 Л и на рис, ЗЛ. Водоотведение по отраслям представлено в табл» 3.2 и на рис. 3-2.
В Рязанской области 105 из 149 очистных сооружений не обеспечивают нормативную очистку сточных вод. Это связано, в основном, с износом оборудования, перегрузкой очистных сооружений, а также с плохой их эксплуатацией: большая часть биологических очистных сооружений работает только в режиме механической очистки [26, 27,46].
Характеристика хозяйства Рязанской области связана с процессами, происходящими в экономике страны в последние годы: спад промышленного производства, низкая конкурентоспособность предприятий, сокращение объемов инвестиций в основной капитал, взаимные неплатежи, долги, сокращение объемов производства - в 90-е годы [35]. Наблюдающийся в последние 4,5 года рост промышленного производства, происходивший под влиянием расширения внутреннего и внешнего спроса, был обеспечен, в основном, загрузкой незадействованных мощностей, некоторым увеличением объемов инвестиций в основной капитал. Этот показатель в 2001-2002 гг. достиг самого высокого уровня за последние 12 лет [30],
Анализ данных этих таблиц показывает, что большая часть воды забирается из подземных источников, которые характеризуются повышенным содержанием марганца, железа и меди. Доля очищенных вод составляет в 2002 г. лишь 18%, что указывает на необходимость серьезных вложений в водное хозяйство предприятий по очистке сточных вод.
Объекты оптимизации
Был оценен вклад 36 значимых источников загрязнения вод в суммарный сброс ЗВ и их влияние на качество воды водоприёмника ниже выпусков производственных и хозяйственно-бытовых сточных вод (СВ). Были выделены 15 приоритетных предприятий (данные по сбросам ЗВ относились к 2000 г.), для которых далее рассмотрены необходимые водоохранные мероприятия и проведена их оптимизация. Ниже приведен перечень этих предприятий и характеристика сбросов (объем СВ, масса сбросов ЗВ, т/год, приведенная масса сброса, т/год, которая равна физической массе сброса, умноженной на коэффициент, равный отношению ПДКЕр по БПКП к ГТДК конкретного ЗВ, а также необходимая масса очистки, которая равна той приведенной массе ЗВ, которая должна быть изъята из СВ, для достижения нормативного качества в СВ данного ЗВ). 1. I участок: п. Октябрьский, Михайловский район, МУМП ЖКХ, 222 км от устья Прони. Годовая нагрузка на водный объект: объем СВ 411 тыс- м3/год.
Как отмечено выше (п. 4.2), оптимизацию водоохранных мероприятий можно проводить тремя вариантами, Выбор приемлемого варианта принадлежит ЛПР - «лицу, принимающему решению», т.е. в рамках научных исследований следует предложить варианты возможных решений проблемы оптимизации водоохраны.
Далее рассмотрим последовательно оба варианта оптимизации. Детальный анализ и обоснование принимаемых решений выполнены для I водохозяйственного участка. I водохозяйственный участок, I вариант оптимизации (минимизация затрат при определенном уровне очистки сточных вод по группе приоритетных загрязняющих веществ). Как был указано в п. 4Л, приоритетными веществами, подлежащими очистке, являются: легкоокисляемые вещества по БПКЛ (далее БГЖ), взвешенные вещества (ВВ), аммонийный азот (NH4), фосфаты (РМИн) и нитриты (N02) I) Выбор дополнительных технологий очистки СВ. Перечень предприятий на 1 водохозяйственном участке: 1. пос- Октябрьский, Михайловский район, МУМП ЖКХ, 222 км от устья Прони. Очистные сооружения: биологическая очистка. 2. АООТ «Михайловский КСМ»? 213 км от устья. Очистные сооружения: биологическая очистка, доочистка на биофильтрах. 3. ММПЖКХ г, Михайлова, 205 км от устья- Очистные сооружения: биологическая очистка; сооружения не работают.
При проведении экономических оценок необходимо иметь данные по стоимости и эффективности очистки. Опубликованные в советское время данные о стоимости очистки в настоящее время потеряли значимость, так как изменился масштаб и соотношение цен. В русскоязычной литературе имеются очень квалифицированные издания, в которых предлагаются те или иные схемы очистки природных и сточных вод, содержащие те или иные загрязняющие вещества (ЗВ) в различных диапазонах концентраций [100,101], Однако ни в одном издании не содержатся экономических оценок тех или иных технологических схем очистки. Сами предприятия данные о стоимости очистки, как правило, включают в общий перечень затрат и не ведут расчетов удельной стоимости, капитальных и эксплуатационных затрат. Это сильно затрудняет использование экономических методов оптимизации.
Опубликованы данные о средней удельной стоимости различных технологий очистки сточных вод в странах ЕС [102, 103], которые могут являться определенным «репером» при расчетах затрат на очистку сточных вод. Эти данные приведены в табл. 4,8.
Минимальная масса очистки рассчитана, исходя из предположения, что снижение уровня сброса на N % вызовет соответствующее снижение уровня загрязненности воды в реке- Разумеется, это предположение является весьма приближенным, поскольку существует большое количество факторов, влияющих на содержание ЗВ в природных водах, основными из которых являются следующие: неконтролируемые сбросы ЗВ (поверхностный и подземный сток с загрязненных территорий (сельскохозяйственный поля, селитебные территории, промышленные площадки, дороги и пр,); процессы самоочищения и трансформации веществ в природных водных объектов (седиментация, окисление органических веществ, переход одних форм компонентов в другие, например, поглощение биогенных веществ биотой). Существуют методы оценки неконтролируемых поступлений ЗВ в водные объекты [104], а также некоторые водоохранные мероприятия, которые снижают эти поступления: снижение уровня применения удобрений и других химических средств; строительство очистных сооружений и канализационной сети для сбора и очистки поверхностного стока с застроенных территорий; строительство водоотвода с территорий предприятий и очистка этого стока; проведений водоохранных мероприятий на предприятиях, предотвращающих потери материалов и сырья при производстве и хранении; строительство дренажа, систем водоотвода и очистка стока на дорогах идр. Если имеется оценка эффективности и стоимости этих мероприятий, то применение рассмотренных ниже методов оптимизации вполне допустимо и не требует изменения методов расчета и соответствующих программ.
Что же касается процессов самоочищения и трансформации веществ в водных объеетах, то существуют модели и методы расчета для оценки этих процессов. Однако следует подчеркнуть, что надежных и общепринятых методов таких оценок пока не существует. Чтобы избежать необходимости учитывать эти процессы, нами в качестве контрольных створов приняты створы» расположенные непосредственно на выходе из крупных населенных пунктов, и расстояние от створов сброса СВ до контрольных створов сравнительно невелико (несколько км). Благодаря этому принципу водохозяйственного районирования принятые нами уровни снижения нагрузки на предприятиях обеспечат снижение уровня загрязненности по этим источникам с гарантией.
