Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Методы оценки загрязнения природных вод 9
1.1. Современные представления о факторах и источниках загрязнения рек .9
1.2. Методы химического анализа природных вод 18
1.3. Методы оценки состояния поверхностных вод по гидрохимическим показателям 22
1.3.1. Метод сравнения с нормативами ПДК 23
1.3.2. Методы комплексной оценки качества воды 32
1.4. Статистические методы обработки гидрохимической информации 37
1.5. Методика расчета фоновых концентраций химических веществ 39
1.6. Методика расчета нормативов допустимых сбросов 43
1.7. Методика исследований, принятая в работе 47
Глава 2. Физико-географические и антропогенные факторы формирования гидрологического и гидрохимического режима рек курской области 51
2.1. Геологическое строение 51
2.2. Рельеф 54
2.3. Климатические условия 59
2.4. Подземные воды района исследования 61
2.4.1. Основные водоносные горизонты; химический состав подземных вод 61
2.4.2. Загрязнение подземных вод 64
2.5. Поверхностные воды 68
2.5.1. Особенности гидрографии 68
2.5.2. Гидрологический режим и сток рек 71
2.5.3. Качество поверхностных вод исследуемой территории 74
2.6. Почвенно-растительный покров 76
2.6.1. Почвы 76
2.6.2. Растительность 80
2.7. Влияние промышленности и сельского хозяйства на загрязнение рек 83
Глава 3. Сезонная динамика концентраций растворенныхвеществ органического и биогенного происхождения в реках курской области 88
3.1. Сезонная динамика биогенных веществ 89
3.2. Сезонная динамика органических веществ 102
3.3. Источники загрязнения рек фенолами и сезонная динамика их концентраций 114
Глава 4. Многолетняя динамика содержания растворенных биогенных и органических веществ в реках курской области 123
4.1. Многолетняя динамика содержания растворенных биогенных и органических веществ в реках агроландшафтов 123
4.2. Многолетняя динамика содержания органических и биогенных веществ в реках, испытывающих влияние урбанизированных территорий 133
Глава 5. Рекомендации по мониторингу, рациональной организации системы водопользования и оптимизации расчета фоновых концентраций и нормативов допустимых сбросов (НДС) 142
Заключение 151
Выводы 156
Список литературы 158
Приложения 173
- Методы оценки состояния поверхностных вод по гидрохимическим показателям
- Основные водоносные горизонты; химический состав подземных вод
- Источники загрязнения рек фенолами и сезонная динамика их концентраций
- Многолетняя динамика содержания органических и биогенных веществ в реках, испытывающих влияние урбанизированных территорий
Введение к работе
Актуальность исследования. В связи с осознанным и разносторонним включением России в мировую концепцию устойчивого развития, происходит совершенствование экологического нормирования уровней воздействия на различные компоненты природных комплексов, в том числе на водные ресурсы. Для нормирования воздействия различных водопотребителей, особенно в процессе отведения сточных вод в поверхностные водные объекты, очень важно соблюсти баланс между природоохранными требованиями и сохранением функционирования предприятий. С этой точки зрения многие ученые (Дмитриев В.В., Фрумин Г.Т., 2000, 2004; Волков И.В. с соавт., 1993, 1996) говорят о необходимости использования при нормировании сбросов загрязняющих веществ региональных, или даже бассейновых характеристик гидрохимического режима водных объектов. В то же время существующие ПДК для водоемов хозяйственно-питьевого и рыбохозяйственного назначения едины для всей территории РФ, вне зависимости от условий формирования водных ресурсов и их гидрохимического режима.
В настоящее время в Курской области накоплен огромный объем гидрохимической информации на сети Росгидромета, в организациях Министерства природных ресурсов, у водопользователей, выполняющих предписанный им программой мониторинг. Поэтому крайне необходим глубокий всесторонний анализ всей базы данных вне зависимости от ее ведомственной принадлежности с целью выявления региональных закономерностей формирования гидрохимического режима. Предприятиям-водопользователям необходимо учитывать результаты анализа органического и биогенного загрязнения рек для оптимизации использования водных ресурсов, водоотведения и системы мониторинга поверхностных вод.
Цель работы – оценка гидрохимического режима поверхностных вод при различных уровнях антропогенных воздействий на примере рек Курской области для усовершенствования систем мониторинга и нормирования хозяйственного воздействия на качество вод в целях охраны и рационального использования водных ресурсов территории.
Для достижения этой цели решались следующие задачи:
– анализ существующих методов оценки загрязнения поверхностных вод;
– определение условий формирования гидрологического и гидрохимического режима рек Курской области;
– сбор, анализ и статистическая обработка данных многолетних наблюдений за гидрологическими и гидрохимическими показателями водных объектов исследуемой территории;
– анализ сезонного режима и многолетней динамики содержания биогенных и органических веществ в реках Курской области;
– выявление источников поступления и накопления органических и биогенных веществ в водных объектах в различных природно-хозяйственных условиях в разные фазы гидрологического режима;
– установление связи многолетней динамики содержания растворенных органических и биогенных веществ в реках с изменениями основных показателей сельскохозяйственного и промышленного производства на водосборной территории;
– разработка рекомендаций по оптимизации системы водопользования, ведения мониторинга гидрохимического состояния водных объектов и качества поверхностных вод.
Объект исследования – реки Курской области.
Предмет исследования – природные факторы, хозяйственная деятельность и внутриводоемные процессы, влияющие на гидрохимический режим рек.
Основные положения работы, выносимые на защиту:
1. Методика исследования органического и биогенного стока рек в условиях антропогенного воздействия на поверхностные воды.
2. Результаты изучения условий формирования органического и биогенного стока веществ и его влияния на качество поверхностных вод.
3. Оценка сезонной динамики содержания растворенных органических и биогенных веществ в реках Курской области.
4. Оценка многолетней динамики содержания растворенных органических и биогенных веществ в реках при разных уровнях сельскохозяйственного и промышленного производства в Курской области.
5. Применение выявленных закономерностей для рациональной организации системы водопользования, мониторинга и оптимизации расчета фоновых концентраций и нормативов допустимых сбросов (НДС).
Теоретическая и методологическая база исследований
Методологической основой исследования является бассейновая концепция. Исследование базируется на разработках ведущих отечественных школ и их представителей в области гидрологии, гидрохимии, бассейноведения, ландшафтоведения, эрозиоведения, геоэкологии, инженерной гидрологии.
Результаты исследований О.А. Алекина, А.М. Никанорова, Ф.Н. Милькова, Н.И. Маккавеева, Н.И. Коронкевича, С.В. Ясинского, Г.Т. Фрумина, В.В. Дмитриева, Н.И. Алексеевского, Л.Ф. Литвина, Р.С. Чалова, В.П. Герасименко, И.А. Шикломанова, В.И Сметанина, Б.И. Кочурова, Н.И. Хрисанова, Г.К. Осипова и других ученых определили выбор методов исследования автора.
При выделении бассейнов рек и оценке их влияния на сток органических и биогенных веществ использованы научные подходы Л.М. Корытного, В.М. Смольянинова, Г.М. Черногаевой и др.
Исходные материалы и методы исследования
В основу работы положены результаты полевых исследований автора (2004-2007 гг.), многолетних наблюдений за состоянием поверхностных вод Федеральной сети наблюдений ГСН Росгидромета, территориального центра «Курскгеомониторинг», многолетних наблюдений за состоянием поверхностных вод, проводимых МУП «Горводоканал» г. Железногорска и МУП «Горводоканал» г. Курчатова и учеными КГУ, а также опубликованные источники по данной теме.
В работе использовались гидрохимические наблюдения за период с 1991 по 2008 годы включительно, проводившиеся в более 50 створах; было проанализировано более 1500 проб по 10 показателям и ингредиентам.
В ходе работы применялись традиционные методы географических исследований: полевых исследований, географо-гидрологический, бассейновый подход, сравнительно-описательный, математико-статистический. При этом были использованы программные средства Статистика (версия 7), MS Excel.
Научная новизна
Впервые для рек Курской области детально исследована сезонная и многолетняя динамика содержания растворенных органических и биогенных веществ при разных уровнях сельскохозяйственного и промышленного производства. Проанализированы взаимосвязи органических и биогенных загрязнителей между собой, выявлены источники их поступления в водные объекты изучаемой территории.
Личный вклад
Автор определяла цели и задачи, методы исследования, использованные в работе, принимала участие в полевых работах, сборе и систематизации фактических данных с применением программных продуктов. Ею выполнен анализ полученных результатов, разработаны рекомендации по ведению мониторинга поверхностных вод, расчетов нормативов допустимых сбросов для предприятий-водопользователей.
Практическое значение работы
Данные, полученные в результате исследований, внедрены при разработке НДС для различных предприятий области, уточнены фоновые характеристики загрязняющих веществ для водоемов – приемников сточных вод (имеется справка о внедрении). Результаты работы были использованы в учебном процессе в Курском государственном университете при разработке практических и лекционных занятий по курсам «Экологическое проектирование и экспертиза», «Геоэкология и рациональное природопользование», «География Курской области» (имеется справка о внедрении).
Апробация работы
Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на всероссийских конференциях молодых учёных «Общие и прикладные вопросы эрозионных и русловых процессов» (Волгоград, 2006 г., Курск, 2008 г.), на VIII Региональной научно-практической конференции РГНФ (Курск, 2006 г.), на Двадцать первом межвузовском координационном совещании по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов (Чебоксары, 2006 г.), на Десятом международном симпозиуме по речным наносам (Москва, 2007 г.), на Международной научно-практической конференции «Геоэкологические исследования и их отражение в географическом образовании» (Курск, 2007 г.), на Международной конференции «Месторождения природного и техногенного сырья: геология, геохимия, геохимические и геофизические методы поиска, экологическая геология» (Воронеж, 2008 г.), на Международной научно-практической конференции «Экологическая геология: научно-практические, медицинские и экономико-правовые аспекты» (Воронеж, 2009 г.) на IX Всероссийской и V Международной конференции «Теория и практика экологического страхования: региональный фактор» (Курск, 2009).
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 11 работ, из которых 3 в изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы
Методы оценки состояния поверхностных вод по гидрохимическим показателям
В результате химического анализа природных вод получают определенные количественные значения того или иного загрязняющего вещества, но значения эти сами по себе ничего не могут сказать о качестве изучаемых вод. Под качеством воды в целом понимается характеристика ее состава и свойств, определяющая ее пригодность для конкретных видов водопользования (ГОСТ 17.1.1.01-77), при этом критерии качества представляют собой признаки, по которым производится оценка качества воды. В гидрохимических методах, с помощью которых оценивается качество поверхностных вод, в зависимости от состава и количества аналитических данных выделяется несколько основных видов оценки: единичные, косвенные и комплексные. Первые два вида используются давно и стали традиционными. Появление комплексных оценок связано с необходимостью иметь четкое представление о степени и характере загрязненности вод, обусловленной антропогенным воздействием. Единичные оценки получают, как правило, путем сопоставления данных по химическому составу вод с существующими нормативами (ПДК). Косвенные оценки объединяют такие характеристики, как степень метаморфизации органического вещества, стойкость органического вещества к окислению, удельная окисляемость и др. Комплексные оценки включают различные коэффициенты, индексы и классификации загрязненности поверхностных вод. В соответствии с природоохранным законодательством Российской Федерации нормирование качества окружающей природной среды производится с целью установления предельно допустимых норм воздействия, гарантирующих экологическую безопасность населения, сохранение генофонда, обеспечивающих рациональное использование и воспроизводство природных ресурсов в условиях устойчивого развития хозяйственной деятельности. При этом под воздействием понимается антропогенная деятельность, связанная с реализацией экономических, рекреационных, культурных интересов и вносящая физические, химические, биологические изменения в природную среду (Петин А.Н., Лебедева М.Г., Крымская О.В., 2006).
Нормативы, ограничивающие вредное воздействие, устанавливаются и утверждаются специально уполномоченными государственными органами в области охраны окружающей природной среды, санитарно-эпидемиологического надзора и совершенствуются по мере развития науки и техники с учетом международных стандартов (Перечень.., 1999; Федеральный закон.., 2002). Под санитарно-гигиеническими показателями качества воды понимаются характеристики ее состава и свойств, определяющие пригодность воды для использования человеком или в качестве среды для обитания некоторых видов фауны (в первую очередь, промысловых рыб) (Шитиков В.К., Розенберг Г.С., Зинченко Т.Д., 2005). В целях контроля за качеством воды российским законодательством, Минздравом и Госкомэпиднадзором Российской Федерации были разработаны и приняты основополагающие документы (Водный кодекс, 1995; СанПин 2.1.4.1074-01; СанПин 2.1.5.980-00), которые устанавливают порядок обоснования нормативов, санитарные требования и значения ПДК для воды с учетом рекомендаций World Health Organization (Всемирной организации здравоохранения — ВОЗ). Вопреки бытующему мнению об отсталости нашей нормативной базы, по большинству параметров российский СанПин 2.1.4.1074-01 удовлетворяет рекомендациям ВОЗ и не уступает зарубежным стандартам, а в некоторых позициях даже превосходит их. К сожалению, утвержденные еще во времена СССР жесткие нормативы редко соблюдались на практике. В основе санитарно-гигиенического нормирования лежит понятие предельно допустимой концентрации.
Предельно допустимые концентрации — нормативы, устанавливающие концентрации вредного вещества в единице объема (воздуха, воды), массы (пищевых продуктов, почвы) или поверхности (кожа работающих), которые при воздействии за определенный промежуток времени практически не влияют на здоровье человека и не вызывают неблагоприятных последствий у его потомства. ПДК являются едиными для всей России, локальные варианты их применения являются исключением. Существует два типа разработанных систем предельно допустимых концентраций для водных объектов: - предельно допустимая концентрация в воде водного объекта хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования (ПДКВ); - предельно допустимая концентрация в воде водного объекта, используемого для рыбохозяйственных целей (ПДКвр). ПДКВ - это концентрация вредного вещества в воде, которая не должна оказывать прямого или косвенного влияния на организм человека в течение всей его жизни и на здоровье последующих поколений и не должна ухудшать гигиенические условия водопользования (СанПин 2.1.5.980-00). ПДКвр - это концентрация вредного вещества в воде, которая не должна оказывать вредного влияния на популяции рыб, в первую очередь промысловых. К хозяйственно-питьевому водопользованию относится использование водных объектов или их участков в качестве источников хозяйственно-питьевого водоснабжения предприятий пищевой промышленности. В соответствии с Санитарными правилами и нормами СанПин 2.1.4.1074-01, питьевая вода должна быть безопасна в эпидемическом и радиационном отношениях, безвредна по химическому составу и должна иметь благоприятные органолептические свойства. К культурно-бытовому водопользованию относится использование водных объектов для купания, занятия спортом и отдыха населения. Требования к качеству воды, установленные для культурно-бытового водопользования, распространяются на все участки водных объектов, находящихся в черте населенных мест, независимо от вида их использования объектами для обитания, размножения и миграции рыб и других гидробионтов.
Основные водоносные горизонты; химический состав подземных вод
По своим гидрогеологическим условиям большая часть Курской области располагается в пределах Днепровско-Донецкого артезианского бассейна, и лишь крайний северо-восток принадлежит к южной окраине Подмосковного артезианского бассейна. Граница между ними проходит восточнее Тимско-Щигровской гряды.
В пределах области выделяются 4 основных водоносных горизонта: верхнемеловой, сеноман-альбский, сеноман-альб-аптский, юрско-девонский. Они являются основными источниками промышленного, коммунального и сельскохозяйственного водоснабжения.
Верхнемеловой водоносный горизонт расположен в южной и западной части области. В районе распространения верхнемелового водоносного горизонта основными рельефообразующими являются мело-мергельные породы, к которым и приурочен основной водоносный горизонт. Район отличается сильным расчленением поверхности долинно-балочной сетью, хорошей разработанностью долин и балок, залеганием с поверхности хорошо водопроницаемых пород. Величина питания атмосферными осадками водоносного горизонта составляет 5-8% (Смольянинов В.М., 2003).
Сеноман-алъбский водоносный горизонт протягивается в виде полосы севернее верхнемелового горизонта и проходит через центральную часть области. Горизонт представлен разнозернистыми песками, коэффициент фильтрации которых изменяются от 0,6 до 5 м/сут, так как в нижней части их разреза имеются прослои глин. Рельефообразующими породами в районе являются мергели сантонского яруса и мела кампан-маастрихта. В долинах рек, где четвертичные аллювиальные пески залегают на песках мелового возраста, водоносный горизонт рассматривается как единый четвертично-нижнемеловой. Мощность его составляет 10-40 м, достигая максимальных значений на юге области (Информационный..., 2002).
Сеноман-алъб-аптский водоносный горизонт выделяется на крайнем северо-востоке области и залегает на участках, где отсутствуют глины в кровле аптских песков. Мощность водовмещающих пород составляет 30-40 м. Коэффициенты фильтрации аптских мелкозернистых глинистых песков колеблется от 0,008 до 0,16 м/сут. Основными рельефообразующими породами являются мела и мергели турон-сантонского яруса, залегающие на абсолютных отметках 170-220 м. На речных водоразделах повсеместно встречаются ледниковые суглинки мощностью до 20 м. Густота балочного расчленения территории распространения горизонта составляет 1,6 км/км2. Величина атмосферного питания подземных вод составляет 8-9 %.
На большей части распространения сеноман-альбского и сеноман-альб-аптского горизонтов в их кровле залегает туронский мел, а подошвой горизонта являются аптские и неокомские глины, реже - отложения юры и девона. Воды этих горизонтов напорные; напоры увеличиваются в юго-западном направлении до 200 м, что связано с погружением водоносных отложений. Напоры отсутствуют у северных границ распространения характеризуемых горизонтов и в центральной части Курской области в связи с дренированием их долинно-балочной сетью. В северо-восточных районах области они не являются по этой причине основным источником воды, и для водоснабжения используется юрско-девонский горизонт.
Юрско-девонский водоносный горизонт представлен обводненными песчаными породами батского яруса и нижней частью келловейского, а таюке толщей верхнего девона, сложенной переслаивающимися глинистыми известняками и глинами. В кровле водоносной толщи залегают глины кимеридж-келловейского водозлпора. Мощность водовмещающих пород составляет от 20 до 40 м. Юрско-девонский горизонт — напорный; величина напора колеблется от 15 до 115 м, и на его отдельных участках пьезометрический уровень устанавливается выше земной поверхности. Коэффициенты фильтрации юрских разнозернистых песков изменяются от 0,02 до 19,5 м/сут, коэффициенты фильтрации девонских отложений - от 0,03 до 3,4 м/сут (Смольянинов В.М., 2003). Тесную связь с поверхностными водами имеет четвертичный водоносный горизонт, приуроченный к четвертичным пескам, супесям и суглинкам, залегающим в долинах рек, днищах балок и оврагов (Атлас..., 2000). Уровень залегания вод подвержен сезонным колебаниям: зимой и в засушливое лето он понижается на 1-1,5 м, весной и осенью - повышается. Это говорит о том, что преобладающий источник питания горизонта — атмосферные осадки и талые снеговые воды (Кабанова Р.В., Кудинова М.Р., Соколовский Л.Б., 1997). Четвертичный горизонт практически не используется в области для водоснабжения в связи с его локальным распространением и качеством вод, которые не отвечают требованиям для воды хозяйственно-питьевого назначения.
Большое влияние на формирование химического состава подземных вод оказывают литологические особенности и химические свойства пород зоны аэрации, водосодержащих и подстилающих пород.
Установлено, что в породах зоны аэрации процент содержания таких макроэлементов, как кальция составляет от 0,2 до 13,2%, магния — от 0,03 до 1,0%, углерода (в пересчете на С02) — от 0,1 до 40,0%. Повышенное содержание кальция в породах зоны аэрации наблюдается на севере Курской области, углерода — в ее южной части.
Для основных водоносных горизонтов водосодержащими породами являются пески, трещиноватые мела и мергели, известняки. В водосодержащих породах процент содержания кальция составляет от 0,05 до 13,4%, магния — от 0,1 до 1,0%, углерода (в пересчете на С02) от 0,1 до 42,9%. На юге области отмечается повышенное содержание кальция в водосодержащих породах. В подстилающих породах содержание кальция составляет от 0,1 до 15,0%, магния - от 0,01 до 3,0%, С02 - от 0,2 до 45,9% (Смольянинов В.М., 2003) .
Общая минерализация подземных вод, как известно, определяется количеством шести основных ионов: кальция, магния, натрия и калия, гидрокарбоната, сульфата и хлора (Никаноров A.M., 2001). Химический состав подземных вод региона в условиях слабого антропогенного воздействия формировался преимущественно в результате поступления основных ионов с атмосферными осадками и их выносом речными водами, и до последнего времени вынос основных ионов превышал их поступление. В естественных условиях наиболее важным процессом являлось выщелачивание солей из рельефообразующих пород водами местного стока. Поэтому химический состав подземных вод региона определяется преимущественно местными условиями. Химические анализы подземных вод района исследования показывают, что гидрокарбонат- и кальций-ионы играют главенствующую роль в водах основных горизонтов. Поэтому воды исследуемой территории — гидрокарбонатно-кальциевые, с минерализацией от 100 до 1000 мг/л (Гармонов И.В., 1958).
Источники загрязнения рек фенолами и сезонная динамика их концентраций
Фенолы входят в разработанный странами ООН перечень приоритетных веществ, загрязняющих биосферу, и относятся к широко распространенным ароматическим веществам водной среды и донных отложений. Фенолы отличаются значительным разнообразием — от практически нетоксичных до весьма токсичных. Токсичность фенолов зависит от строения, положения и количества радикалов, от растворимости в воде и жирах. Часть одноатомных фенолов - сильные нейротоксины; однако высшие члены ряда в производственных условиях мало опасны (Петров А.А., Бальян Х.В., Трощенко А.Т., 1973). Особую опасность для человека и гидробионтов представляют хлорфенолы, причем, чем больше атомов хлора содержится в молекуле фенола, тем большей токсичностью он обладает (табл. 3.4). Многоатомные фенолы при длительном поступлении в организм нарушают ферментативные процессы. Одноатомные фенолы способны быстро окисляться, и в результате этого они ухудшают кислородный режим в природных водоемах. Рыбохозяйственная ПДК фенолов составляет 0,001 мг/л, лимитирующий признак вредности - рыбохозяйственный; соединения группы фенолов относятся к 3 классу опасности.
Считается что фенолы, активно использующиеся в химической, деревообрабатывающей, фармацевтической, кожевенной и т.п. промышленности, поступают в реки извне и являются исключительно техногенными загрязнителями водной среды. Однако в последние годы в Курской (и других областях ЦЧР) наблюдается тенденция увеличения концентраций фенолов в реках, особенно в малых. Если, например, в 80-е годы XX века фенолы в большинстве случаев не обнаруживались в реках области, а в очень редких случаях их концентрации составляли 1 — максимум 2 ПДК, то сейчас фенолы присутствуют практически во всех реках (особенно малых) и их концентрации могут составлять 1,5-15 ПДК в летний период. В результате исследования содержания фенолов в реках Курской области, проводившимся Территориальным центром «Курскгеомониторинг» в 2006 году (пробы отбирались в фоновых и контрольных створах для Курска и на реке Псел ежемесячно, в створах на реках Виногробль (устье), Свапа (Михайловка), Сейм (Льгов, Рыльск, Теткино) - 6 раз в год, Оскол (Баранове, Никольское, Федосеевка), Геросим — 4 раза в год), было выявлено, что в фоновом для г. Курска створе, расположенном на реке Сейм (Лебяжье) фенолы отсутствуют. В фоновом створе на Тускари выше Курска (Щетинка) фенолы не превышают ПДК (составляют 0,0005 мг/л). В сточных водах с очистных сооружений ВКХ г. Курска (сброс этих вод осуществляется в реку в Сейм) ПДК по фенолам превышается в 13 раз. В створе на реке Сейм, расположенном ниже Курска (Анахино), ПДК по фенолам превышается в 3,5 раза. Таким образом, Сейм подвергается фенольному загрязнению на территории г. Курска в результате сбросов с очистных сооружений и стока загрязняющих веществ с урбанизированной территории. Ниже по течению реки происходит значительное разбавление фенолов, их окисление и разложение. Поэтому в створах, расположенных на Сейме ниже Курска (Льгов, Рыльск, Теткино), фенолы уже не обнаруживаются. Практически полное отсутствие фенолов характерно для рек Псёл и Свапа.
Таким образом, большие и средние (по ГОСТ) реки в силу их хорошей аэрации, большой водности, способности к самовосстановлению, справляются с антропогенным фенольным загрязнением (Соловьева Ю.А., 2006). Совсем по-другому складывается ситуация с малыми реками агроландшафтов. В реке Виногробль, впадающей в Тускарь, ПДК по фенолам в устье превышается более чем в 3 раза. В результате отбора проб, произведенного на реках бассейна Дона, обнаружилось, что на реке Оскол в пунктах гидрохимических наблюдений в с. Бараново, с. Никольское (выше Старооскольского водохранилища) и ниже водохранилища в с. Федосеевка, наблюдается превышение ПДК по фенолам (соответственно в 1,7; 2 и 2 раза). Старооскольское водохранилище, которое должно служить барьером для фенолов, усиливая процессы их фотохимического разложения за счёт большой площади поверхности, не справляется с возникшей фенольной нагрузкой (Крыленкова Н.Л., Щербак В.А., 1993). В реке Геросим, впадающей в Оскол, ПДК по фенолам превышается в 15 раз. Данные наблюдений Гидрометфонда и ТЦ «Курскгеомониторинг» за 2002-2008 годы показывают, что в целом реки бассейна Дона на территории Курской области в большей степени подвержены фенольному загрязнению, чем реки бассейна Днепра. В пределах Курской области находятся истоки и верхнее течение рек Тим, Кшень, Олым и Оскол. Эти реки, со своими еще меньшими по длине притоками, не принимают сточных вод предприятий. Таким образом, фенолы не поступают в их воды извне. Участившиеся в последние годы случаи значительного превышения в малых реках Курской области ПДК фенолов при отсутствии точечных источников их поступления, дали почву для исследования водосборов этих рек и установления источника загрязнения. В результате исследования водосборов малых рек, испытывающих фенольное загрязнение, было выяснено, что доля пашни на их водосборах составляет значительный процент (60-80%), а в поймах происходит выпас скота.
При этом отсутствуют точечные источники техногенных сбросов. Реки перенасыщены органическими и биогенными соединениями. Как следствие, в вегетационный период в них интенсивно развивается водная растительность. Вышеперечисленные характеристики малых рек агроландшафтов указывают на их значительное антропогенное эвтрофирование. Таким образом, фенолы в этих реках могут образовываться в результате внутриводоемных биохимических процессов (Крыленкова Н.Л., 2002). Такая картина характерна для верховий практически всех рек Центрального Черноземья: они перенасыщены органикой, которая при разложении загрязняет водоемы и водотоки фенолами. Как следствие, отдельные элементы водных экосистем находятся в состоянии, несоответствующим «региональной норме», они трансформированы под воздействием этих загрязнений (Кумани М.В., Соловьева Ю.А., 2006). Фенольные соединения, образующиеся из различных предшественников природного и антропогенного происхождения, могут служить индикаторами интенсивности вторичного загрязнения водных экосистем. Поэтому проблема загрязнения природных вод фенолами приобретает все большую актуальность. Сезонная динамика концентраций фенолов рассматривалась как в пунктах и створах рек, испытывающих влияние урбанизированных территорий и очистных сооружений, так и в пунктах и створах рек агроландшафтов. В результате было выявлено, что в створах рек, испытывающих влияние урбанизированных территорий и очистных сооружений, сезонный ход содержания фенолов не обнаружен. Пики концентраций фенолов наблюдались в разные гидрологические сезоны года и были обусловлены внешними источниками — сбросами с очистных сооружений и стоком загрязняющих веществ с урбанизированных территорий. В результате исследований автора, проводившихся в 2005-2007 годах в верховьях малых реках агроландшафтов (пробы отбирались на реках Виногробль, Оскол, Кшень, Геросим ежемесячно), выявлена сезонная динамикахода концентраций соединений фенольного ряда (рис. 3.18). Причем в летний и зимний период часто наблюдалось превышение их ПДК. Исследуемые на предмет фенольного загрязнения реки агроландшафтов подвержены интенсивному сельскохозяйственному воздействию: до 60-80% их водосбора занимает пашня. Одна из проблем исследуемого региона - это эрозия почв, в том числе на сельскохозяйственных угодьях, в результате которой в реки попадают частицы почвы с большим количеством гумуса, органических и биогенных веществ. Эти частицы вызывают заиливание малых рек; биогенные вещества приводят к бурному росту высших растений и водорослей, что в свою очередь влияет на гидравлику русел - уменьшается транспортирующая способность потока, что приводит к ещё большему заиливанию рек. В результате отмирания растений в реке накапливается большое количество органики, в процессе разложения которой образуются фенолы (Соловьева Ю.А., 2006).
Многолетняя динамика содержания органических и биогенных веществ в реках, испытывающих влияние урбанизированных территорий
Водные объекты, пересекающие урбанизированные территории, в большей степени подвержены загрязнению по сравнению с водными объектами, находящимися в естественных условиях или в агроландшафтах. Это связано с тем, что на урбанизированных водосборах многие загрязняющие вещества присутствуют в более значительных количествах, чем на водосборах рек агроландшафтов. Также в пределах урбанизированных территорий функционируют очистные сооружения, создавая дополнительную, прежде всего биогенную, нагрузку на реки, принимающие их сточные воды.
В качестве объекта исследования многолетней динамики содержания веществ биогенного и органического происхождения была выбрана река Сейм с площадью водосбора 2750 км2 (в пределах города около 160 км2). В нее осуществляется сброс сточных вод с очистных сооружений ВКХ г. Курска. На Сейме находится фоновый для города створ (с. Лебяжье) и контрольный (ниже очистных сооружений г. Курска) (приложение 5). Многолетние наблюдения за гидрохимическим составом вод в этих створах, которые проводятся ГУ «Курский ЦГМС - Р», позволяют оценить влияние урбанизированных водосборов и сбросов сточных вод на содержание биогенных и органических веществ.
В работе были использованы данные по содержанию нефтепродуктов, БПК5, аммонийного и нитритного азота (как наиболее значимых по степени концентраций и классу опасности), фосфора ортофосфатов за период 2002-2008 годы в изучаемых створах (пробы отбирались 13 раз в год). На графиках многолетней динамики концентраций показаны значения средних годовых концентраций веществ. На графиках сезонного содержания веществ, значения их концентраций за период 2002-2008 года объединены по датам, и общая тенденция сезонного хода концентраций показана полиномиальными трендами 3 степени. Известно, что источники и механизмы возникновения загрязнения рек органическими и биогенными веществами на урбанизированных территориях отличаются от таковых на реках агроландшафтов.
Было выяснено, что в период половодья и ливневых паводков с поверхностным стоком с урбанизированных территорий значительная часть загрязняющих веществ переносится не в растворенном, а в адсорбированном виде на частицах наносов, поступающих с талыми и дождевыми водами временных водотоков. Сток взвешенных веществ с урбанизированных территорий достигает значительных величин, их концентрация в среднем колеблется от 3000 до 5000 мг/л. На взвешенных веществах происходит сорбирование нерастворимых соединений тяжелых металлов, органических веществ, нефтепродуктов, концентрации которых в ливнестоках могут достигать 5 г/кг взвесей.
Загрязняющие вещества, накопившиеся на водосборе, с урбанизированных территорий поступают в реки с талыми водами. Во время формирования весеннего талого стока с урбанизированных территорий, который начинается раньше половодья в створах транзитных рек, транспортирующая способность русловых потоков невелика. Поэтому значительная часть наносов, вынесенных с урбанизированных частей водосборов, откладывается на пойме, в руслах рек и на поверхности ледяного покрова русел. (Кумани М.В., Борзенков А.А., Соловьева Ю.А., 2006).
Позднее, когда наступает период прохождения максимальных расходов в реках и происходит взмучивание донных и пойменных отложений, значительная часть загрязняющих веществ, адсорбированных на частицах донных и пойменных отложений, переходит в растворенную форму, что приводит ко вторичному загрязнению в период максимальных расходов весеннего половодья. В результате этого резко увеличиваются концентрации загрязняющих веществ, несмотря на большое разбавление талыми водами (Алексеевский Н.И., 1998).
Доказательством тому, что многие загрязняющие вещества с урбанизированных территорий поступают со взвешенными веществами в период половодья и паводков, является практически идентичная сезонная динамика содержания нефтепродуктов и взвешенных веществ в контрольном для г. Курска створе на реке Сейм (рис. 4.3; 4.4).
Для многолетнего содержания нефтепродуктов характерна тенденция увеличения их концентраций, как в фоновом, так и в контрольном створе (рис. 4.5). Это объясняется тем, что в последние годы для Курска (как и в целом для области) характерно увеличение содержания нефтепродуктов на водосборной территории в результате увеличения количества автотранспорта, автозаправочных станций. В фоновом створе ПДК нефтепродуктов стабильно превышается с 2005 года, в контрольном — в течение всего исследуемого периода. Так как основное количество нефтепродуктов в г. Курске поступает в реки со взвешенными веществами преимущественно в период половодья (рис. 4.3; 4.4), то пик их содержания в 2006 году на графике многолетней динамики объясняется интенсивным половодьем, в результате которого в реки поступило большое количество нефтепродуктов с водосборной территории.
В маловодные 2007 и 2008 годы половодье было слабое, практически незаметное, и концентрации нефтепродуктов в период половодья (а в результате и среднегодовые) оказались значительно ниже, чем в предыдущие годы. Этим объясняется снижение среднегодовых концентраций нефтепродуктов, особенно в фоновом створе.
Динамика содержания органических веществ по БПК5 в фоновом и контрольном для г. Курска створах за 2002-2008 годы в целом имеет тенденцию к увеличению этого показателя (рис. 4.6), причем ПДК в контрольном створе превышается в течение всего исследуемого периода, в фоновом - с 2006 года. В фоновом створе в 2006 году также наблюдается пик значений БПК5, и как в случае с нефтепродуктами, он связан с интенсивным половодьем, в результате которого в реки поступило большое количество органики с водосборной территории. В контрольном створе повышение значений БПК в 2007 году связано, вероятно, с большим сбросом органических веществ с очистных сооружений.
Сезонная динамика аммонийного и нитритного азота в контрольном створе на реке Сейм имеет такие же особенности, как и во многих других рассматриваемых реках (пункт 1 главы 3), но концентрации аммонийного азота в период весеннего половодья, по сравнению с реками агроландшафтов, повышаются. Это говорит о том, что аммонийный азот, образующийся в результате разложения органических веществ, в значительных количествах присутствующих на урбанизированных территориях, в период половодья поступает в реки, протекающие через г. Курск.
