Введение к работе
sf&ffll
Аігтуаттт.ттпгугт. проблемы Малые И Средние рвКИ, ДреНИруЮЩИв об-
ширные антропогенно измененные территории, относится к числу наибо
лее характерных ландшафтно-экологических единиц Среднего Поволжья.
Имея значительную протяженность, а также развитую сеть боковых
притоков, реки обладают обширной зоной контакта с водосбором. Будучи
открытыми системами, они характеризуются мощным обменом вещест-
| вом и энергией с водосбором. Проточность рек обеспечивается как жид-
. ким, так и твердым стоком в виде минеральных взвесей, растворенных и
: других веществ и элементов, а также транзитом от верховий к устью
фрагментов живых и отмерших животных и растений.
Речная экосистема обладает структурным и функциональным единст
вом не только с ее водосбором, но и с водоемом - реципиентом. Она при
нимает на себя основную нагрузку, обусловленную хозяйственной дея
тельности человека и является наиболее уязвимой в маловодные годы.
Антропогенное воздействие возрастает на реках, протекающих по терри
тории агроландшафтов, промышленных городов, осуществляющих непо
средственный сброс в них бытовых и промышленных сточных вод.
Поэтому проблема оценки качества поверхностных вод и степени воздей
ствия на них антропогенных факторов приобретает особую актуальность.
, Разработка эффективных методов управления качеством речных вод воз-
можна лишь на основе всестороннего исследования процессов и закономерностей функционирования речных вод и происходящих в них процессов его формирования под влиянием природных и антропогенных факторов.
Качество поверхностных вод в значительной степени определяется интенсивностью процессов естественного самоочищения как за счет разбавления, так и за счет активных биохимических и физико-химических процессов в условиях проточной воды и при участии естественных биофильтров - водной растительности.
Другим важнейшим фактором формирования качества природных вод является комплекс природных условий водосбора и антропогенных воздействий на водосборы, влияющих на поступление веществ с поверхностным стоком. В целях снижения антропогенного воздействия первоочередной задачей становится нормирование антропогенной нагрузки на бассейны рек и разработка подходов к научно обоснованному управлению их качеством.
В связи с прогнозируемым ростом температуры воздуха и суммы атмосферных осадков на Европейской территории России (ЕТР) оценка влияния изменений климатических факторов на формирование качества
РОС НАЦИОНАЛЬНА* БИБЛИОТЕКА
TQSflh
речных вод представляет большой интерес. Выявление роли метеорологических величин в формировании качества поверхностных вод может способствовать разработке мер по минимизации стока загрязняющих веществ (ЗВ).
Целью данной работы является оценка влияния метеорологических факторов на качество речных вод, а также разработка подходов к нормированию антропогенных нагрузок на водосбор.
В качестве объектов исследования выбраны реки Казанка (малая), Степной Зай (средняя) и Свияга (крупная) как модельные для территории основных физико-географических районов Республики Татарстан (РТ) (Предкамье, Закамьеи Предволжье, соответственно).
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи;
-
Осуществить сбор и систематизацию многолетней информации о наблюдениях по следующим показателям: содержание ЗВ в фоновых и замыкающих створах исследуемых рек; основные метеорологические величины (температура воздуха, сумма атмосферных осадков, влажность воздуха, расход воды) в бассейне рек; величина и состав сбросов ЗВ промышленных сточных вод по данным государственной статистической отчетности 2-тп (водхоз); виды и количества внесенных минеральных удобрений под сельскохозяйственные культуры и средств защиты растений на водосбор; распаханность и эродированость почв; степень залесенности территорий; поголовье скота и птицы в предприятиях животноводства.
-
Разработать структуру и создать базу данных "Качество речных вод РТ", содержащую многолетнюю информацию, позволяющую проводить обработку данных, расчеты между базами, осуществлять просмотр, ввод, обновление и графическое представление информации, расширять тематику и число объектов базы данных, а также привязывать ее к цифровым электронным картам. Совместимую с современным программным обеспечением.
-
Дать интегральную оценку качества вод pp. Казанки, Свияги, Степной Зай в ретроспективе лет. Выявить приоритетные ЗВ вод, вносящие основной вклад в формирование их качества.
-
Оценить относительный вклад организованных и диффузных источников в общее загрязнение воды рек.
-
Выявить и количественно описать характер взаимосвязи между интегральными показателями качества вод и метеорологическими показателями (температура воздуха, сумма атмосферных осадков, влажность воздуха).
-
Определить и количественно описать роль метеорологических величин в интенсивности процессов физического (сорбционно-
седиментационного) самоочищения вод pp. Казанки, Свияги, Степной Зай. Исследовать интенсивность и факторы биохимического самоочищения вод в течение гидрологического года на примере р. Казанки.
-
Обосновать подход к региональному нормированию доз внесения фосфор - и азотсодержащих минеральных удобрений на водосбор (на примере р. Казанки) с учетом гидрометеорологических величин в целях снижения негативных воздействий на качество поверхностных вод. Рассчитать предельно допустимые нагрузки на водосбор в виде диапазона допустимых доз фосфорных и азотных удобрений, отвечающего экстремальным величинам температуры и суммы атмосферных осадков в речном бассейне.
-
Оценить уровень антропогенной нагрузки на речные воды Предка-мья, Закамья и Предволжья РТ в зависимости от основных факторов (организованный сброс ЗВ в составе промышленных сточных вод; внесение минеральных удобрений под сельскохозяйственные культуры и средств защиты растений на водосбор; распаханность и эродированость почв; степень залесенности территорий; поголовье скота и птицы в предприятиях животноводства) и создать тематические цифровые электронные карты-схемы по-факторной и интегральной антропогенной нагрузки на речные воды. . .
Научная новизна работы. Впервые для территории РТ выявлена и количественно описана взаимосвязь между интегральными показателями качества вод и гидрометеорологическими величинами (температура воздуха, сумма атмосферных осадков, расход воды) за период с 1982 по 2002 гг.
Найдена зависимость между количеством взвешенных частиц в речной воде и обобщенным показателем степени ее загрязнения либо основными метеорологическими величинами (температура, сумма осадков) в период с 1982 по 2002 гг., а также показателями мощности биохимического самоочищения воды р. Казанки в годовом цикле и общим уровнем ее загрязнения.
Показан преобладающий вклад диффузных источников (88- 93%) в химическое загрязнение исследуемых речных вод. Установлена соизмеримость концентрации приоритетных ЗВ для рек, протекающих в различных физико-географических зонах и испытывающих различную антропогенную нагрузку от организованных сбросов.
В дополнение к существующим подходам к оценке влияния на агро-ландшафты и качество вод агрохимических мероприятий развит новый подход к нормированию биогенных элементов на водосбор, основанный на учете гидрометеорологических величин.
Созданы тематические цифровые электронные карты-схемы по-факторной и интегральной антропогенной нагрузки на речные воды Предкамья, Закамья и Предволжья РТ, на основе которых возможно принятие управленческих решений по регулированию качества речных вод.
Практическая значимость работы.
Результаты данной работы использованы при составлении эколого-водохозяйственной карты Куйбышевского водохранилища по заданию Министерства природных ресурсов России (2002 г.). Отдельные разделы диссертационной работы используются при чтении общепрофессиональных курсов "Геохимия биосферы" и "Химия окружающей среды" для студентов экологического факультета Казанского государственного университета по специальности 013100 - экология. Разработанная на основе систематизированной и обобщенной многолетней информации база данных "Качество речных вод РТ" и тематические электронные карты-схемы по -факторной и интегральной антропогенной нагрузки на поверхностные воды РТ передана в Министерство экологии и природных ресурсов РТ для использования в природоохранной практике. Результаты исследования использованы специалистами Министерства экологии и природных ресурсов РТ при составлении отдельных разделов Государственных докладов "О состоянии окружающей природной среды в РТ" за 1997-2003 гг. '
Основные положения, выносимые на зашиту:
Интегральные показатели качества вод исследуемых рек линейно связаны с метеорологическими величинами (температура воздуха, сумма атмосферных осадков).
Количество взвешенных частиц (КВЧ) в воде всех исследуемых рек линейно связано с обобщенным показателем степени загрязнения воды, а также с основными метеорологическими величинами (температура, сумма осадков).
Параметры биохимического самоочищения речных вод связаны обратно пропорциональной зависимостью с интегральным показателем качества вод -индексом загрязнения вод (ИЗВб).
Вклад диффузных источников в загрязнение воды исследуемых рек значительно выше оцененного для организованных сбросов;
-Региональное нормирование антропогенной нагрузки на агроланд-шафты в целях предотвращения негативных воздействий на качество речных вод должно проводиться с учетом гидрометеорологических величин. Региональный норматив доз внесения фосфорных и азотных минеральных удобрений под сельскохозяйственные культуры на водосборе р. Казанки представляет собой диапазоны значений (150-220 и 150-420 кг/га, соответственно), отвечающих прогнозируемым максимальным и минималь-
ным значениям средней годовой температуры воздуха и атмосферных осадков в речном бассейне.
Апробация работы. Основные результаты выполненных исследований докладывались на международных конференциях "Экологическая геология и рациональное недропользование." (Санкт - Петербург, 1997) и "Циклы природы и общества" (Ставрополь, 1999), международной научно-практической конференции "Проблемы управления качеством окружающей среды" (Москва, 2001), Всероссийской научной конференции "Климат, мониторинг окружающей среды, гидрометеорологическое прогнозирование и обслуживание" (Казань, 2000), Всероссийской научно-практической конференции "Экология, труд, здоровье. Взгляд в XXI век" (Уфа, 1999), Всероссийском конгрессе работников водного хозяйства. (Москва, 2003), Республиканских научных конференциях "Актуальные экологические проблемы Республики Татарстан" (Казань, 1997, 2002, 2003), "Динамика и взаимодействие природных и социальных сфер земли" (Казань, 1998), научно-практической конференции Поволжского региона "Окружающая среда и здоровье населения" (Казань, 1999), Итоговой научной конференции КГУ (2001), Итоговой научной конференции, посвященной Республиканскому конкурсу научных работ среди студентов и аспирантов на соискание премии им. Н.И. Лобачевского (Казань, 2002), Всероссийском конгрессе работников водного хозяйства (Москва, 2003), Шестом международном конгрессе «Вода: экология и технология» (Москва, 2004).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 работ, из них 1 коллективная монография, 3 статьи и 14 тезисов докладов.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, включающего 171 наименование. Объем работы 140 страниц, 28 рисунков и 31 таблица.
