Содержание к диссертации
Введение 4
1. Природные условия формирования водной толщи
Братского водохранилища 10
Общая характеристика района 10
Гидрология 11
Геология 13
Почвенный покров 17
Гидрохимический режим Братского водохранилища 18
Обзор сведений о гидрогеохимическом составе вод 21 1.6.1. Изученность Братского водохранилища 24
2. Методы исследований и интерпретация результатов
выполненных работ 27
Особенности пробоотбора 33
Аналитические работы 34
3. Микроэлементный состав воды Братского водохранилища 38
Распределение микроэлементов по длине водохранилища 39
Временной тренд химических элементов на опорных участках
за период 1999-2005 г.г. 45
Вероятные формы нахождения элементов 56
Микроэлементы в донных отложениях 64
4. Природные и техногенные водные потоки рассеяния микро- и
макроэлементов. Геохимические барьеры по акватории Братского
водохранилища 68
Геохимические потоки элементов 68
Распределение элементов по профилю водохранилища (2003
г.) 71
Геохимические барьеры 87 4.3.1. Природно-техногенные барьеры акватории Братского водохранилища 89
Анализ техногенных потоков в зоне влияния предприятия
ООО «Усольехимпром» - основного источника загрязнения
Братского водохранилища 101
5. Распределение ртути в воде Братского водохранилища 106
Методика работ и особенности аналитического подхода к определению ртути 110
Региональный фон 111
Распределение ртути по акватории водохранилища (за 1998-
2005 г.г.) 112
Распределение ртути по глубине водной толщи Братского водохранилища 127
Формы переноса ртути 129
Анализ природной составляющей поступления ртути и микроэлементов в воды Братского водохранилища 134
Заключение 143
Литература 147
Приложения
Введение к работе
Братское водохранилище является крупнейшим в Ангарском каскаде ГЭС. В
бассейне реки Ангары и на прилегающей территории сосредоточены крупные
городские агломерации, где проживает более 40 % населения Иркутской области, и
основной промышленный потенциал Байкальского региона. Здесь действуют
крупнейшие промышленно-энергетические комплексы, оказывающие
существенное влияние на экологическую обстановку в регионе. Водохранилища
представляют собой геохимические барьеры и, поэтому, являются источниками
экологической опасности для объектов окружающей среды и населения, в связи с
накоплениями в них продуктов загрязнения. В настоящее время с недостаточно
очищенными сточными водами крупнейших предприятий химической,
нефтехимической, металлургической. топливно-энергетической,
машиностроительной отраслей промышленности региона в воды Братского водохранилища поступают разнообразные химические элементы, в большинстве случаев входящие в перечень приоритетных токсикантов (ртуть, кадмий, свинец, таллий, цинк). Особую опасность и сложную экологическую проблему в настоящее время представляет ртутное загрязнение воды и донных отложений Братского водохранилища.
Представленная работа является результатом исследований в рамках целевой программы Президиума РАН «Геохимия окружающей среды Прибайкалья», и составляет часть комплексной оценки изменения химического состава воды и крупномасштабного ртутного загрязнения Братского водохранилища. В работе представлен выполненный долговременный геохимический мониторинг за составом вод Братского водохранилища и р. Ангары, включая сопряженные с ней донные отложения.
Актуальной задачей эколого-геохимических исследований в настоящее время является комплексная оценка микроэлементного состава вод Братского водохранилища, выявление факторов, приводящих к дифференциации химических элементов, степени их подвижности и, как следствие, выявление геохимических барьеров на его акватории. Учитывая малые содержания микроэлементов и низкий
5 предел их обнаружения, применяемых в предыдущие годы методов анализа, ключевое значение приобретает аналитический аспект проводимых исследований.
Проведение гидрогеохимического мониторинга водных объектов является одним из путей к пониманию изменения экосистемы в целом. Его результаты дают возможность составлять прогностические модели с учетом природных и техногенных факторов. Особенно проблематичным представляется вопрос об оценке роли вторичных процессов загрязнения окружающей среды, в том числе и водоемов, в связи с возрастающими масштабами техногенной нагрузки, маскирующей собственно природные источники распределения элементов в водных объектах.
Несмотря на значительное количество научных и прикладных работ по Братскому водохранилищу, данные по микроэлементному составу воды довольно ограничены и получены, преимущественно, для небольшого числа элементов.
В работе обобщены данные семилетних регулярных исследований на мониторинговых станциях всей акватории Братского водохранилища. Большой объем фактического материала и результаты ежегодного профильного опробования вод Братского водохранилища по всей акватории водоема позволили дать целостную и объективную оценку происходящих в нем процессов.
В отличие от предыдущих исследований, в работе значительное место отведено рассмотрению природных факторов (рассолы, подток подземных вод по зонам тектонических нарушении в бортах долины, вклад эндогенной составляющей) поступления микроэлементов и, в том числе, ртути. Установлено, что высокая способность водоема к самоочищению обусловлена наличием выявленных и изученных нами геохимических барьеров, как мест закрепления токсикантов и источников вторичного загрязнения.
На примере главного источника ртутного загрязнения Братского водохранилища - комбината ООО «Усольехимпром» изучены спектры и протяженность техногенных потоков ртути и других микроэлементов. Дана оценка вклада поверхностного стока с территорий, прилегающих к промышленной площадке комбината, в загрязнение воды ртутью.
В работе прослежена величина изменения состояния регионального ртутного загрязнения после прекращения работы цеха ртутного электролиза на предприятии «Усольехимпром» (1998 г.).
Изучение закономерностей поведения в воде расширенного круга, по сравнению с предыдущими исследова гелями, микроэлементов (около 30) и макроэлементов позволяет сформировать новый взгляд на решение целого ряда геохимических задач и, прежде всего, на роль природных факторов в поступлении ртути и других микроэлементов в воды Братского водохранилища.
Цель работы и задачи исследования.
Целью работы является получение количественной и качественной характеристики микроэлементного состава вод на основе изучения уровня и источников загрязнения Братского водохранилища, исследования геохимических особенностей распределения ряда макро- и микроэлементов.
Для достижения поставленной цели в работе были решены следующие задачи:
Сформировать базу данных по микро- и макроэлементному составу вод Братского водохранилища за период с 1999 по 2005 год для уточнение базовых параметров распределения, определение временного тренда наблюдений, сопоставления с региональными и глобальными данными. Определить круг наиболее вероятных элементов загрязнения воды с учетом состава сточных вод предприятия «Усольехимпром».
Выявить региональные геохимические характеристики и определить закономерности профильной дифференциации химических элементов по акватории водохранилища и по глубине.
Установить протяженность потоков химических элементов, поступающих со сточными водами предприятия «Усольехимпром», как наиболее значимого источника техногенного влияния на объекты окружающей среды в районе Братского водохранилища.
Выявить геохимические барьеры по акватории водохранилища, зоны накопления токсикантов и основные факторы самоочищения водоема.
Провести анализ распределения макро- и микроэлементов для разграничения природных и техногенных факторов воздействия на состав воды Братского водохранилища.
Обобщить данные мониторинга по содержанию ртути в воде водохранилища и проследить взаимосвязь приоритетного токсиканта с поведением других элементов (Cd, Ag, Zn, Pb), а также элементами, образующими летучие формы.
На основе экспериментальных данных дать предварительную оценку формам переноса микроэлементов, в том числе, ртути.
Научная новизна работы заключается в следующем:
Применен обобщенный геохимический подход к решаемым задачам, основанный на определении большого круга микроэлементов и общности их поведения.
Выявлен техногенный спектр и протяженность водных потоков рассеяния элементов основного источника загрязнения - предприятия «Усольехимпром».
Проведена оценка вклада природной и техногенной составляющей потоков химических элементов.
Выделены геохимические барьеры, как факторы самоочищения воды водоема.
Установлено, что в междуречье р. Оса - р. Унга и ряда других участков существуют природные источники микроэлементов. На основании экспериментальных данных определены вероятные формы нахождения ртути и других микроэлементов в воде Братского водохранилища.
Практическая значимость работы.
Проведена оценка загрязнения вод Братского водохранилища по комплексу микроэлементов, в том числе и элементов высокой токсичности: Hg, Pb, Cd, ТІ.
На основании полученных результатов исследования определена достаточная степень самоочищаемости водоема и установлены места скопления основных загрязнителей - южная оконечность о. Конный и «отстойники» - плотина Братской ГЭС, Заярское и Долоновское расширения Братского водохранилища.
Выполненные исследования представляют практический интерес для специалистов, занимающихся проблемами рационального использования водных ресурсов.
Защищаемы положения.
Микроэлементный состав воды Братского водохранилища в основном отвечает требованиям нормативно-чистых вод. Повышенные содержания отдельных элементов отмечены в районе влияния основного источника загрязнения - предприятия «Усольехимпром». Выделены участки, устойчивого проявления аномально высоких содержаний элементов, не связанных с антропогенным воздействием.
Способность к самоочищению водохранилища достаточно высока и обусловлена существованием геохимических барьеров, где выводятся из водной среды природные и техногенные компоненты загрязнения.
Наряду с техногенными потоками загрязнения, выявлены природные источники токсикантов (зона Жигаловского тектонического нарушения), где происходит поступление ртути и других микроэлементов с подземными металлоносными солеными водами и рассолами по зонам трсщиноватости в бортах долины ложа водохранилища.
Выявленные «захороненные» запасы ртути в районе о. Конный, несмотря на закрытие цеха ртутного электролиза на предприятии «Усольехимпром», представляют серьезную экологическую угрозу.
Апробация работы.
Материалы диссертационного исследования представлены на конференции молодых ученых «Современные проблемы геохимии», (Иркутск, 2000 г.); Молодежной научной конференции, посвященной 50-летию Института геохимии им. А.П. Виноградова и 50-летию Сибирского отделения Российской Академии Наук (Иркутск, 2007 г); Международной научной конференции «Проблемы экологической геохимии в XXI веке», посвященной 70-летию со дня рождения члена-корреспондента НАН Беларусии В. К. Лукашёва (Минск. 2008 г.); на VIII научной конференции «Аналитика Сибири и Дальнего Востока» (Томск. 2008 г.); Объединенной III Всероссийской конференции по водной токсикологии, посвященная памяти Б.А. Флерова «Антропогенное влияние на водные организмы
9 и экосистемы» и конференции по гидроэкологии «Критерии оценки качества вод и методы нормирования антропогенных нагрузок». (Борок, 2008 г.).
.Объем и структура работы.
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка цитируемой литературы (138 ссылок) и четырех приложений. Материалы исследований изложены на 158 страницах машинописного текста и включают 21 рисунок и 29 таблиц.
Благодарности.
Автор выражает искреннюю благодарность за поддержку в организации и выполнении диссертационного исследования научным руководителям - д.г.-м.н.
Ломоносову И.С. и д.г.-м.н. [Ковалю П.В.|; за ознакомление с работой, высказанные пожелания, конструктивную критику д.т.н. Е.А. Руш. к.г.-м.н. Белоголовой Г.А., к.г.-м.н. Скляровой О.А.; за участие в полевых работах Пастухова М.В., к.б.н. Азовского М.Г., Бутакова Е.В.; за проведение аналитических исследований Андрулайтис Л.Д., Черниговой С.Е., Пахомовой Н.Н., к.х.н. Смирновой Е.В.
