Значительный вклад в загрязнения рек вносят водотоки, расположенные в водосборном бассейне реки. Нельзя однозначно сказать, что размер загрязнения зависит только от протяженности и полноводности водного объекта, большее значение оказывает антропогенная деятельность. Наличие полноводности рек приводит к разбавлению загрязняющих компонентов, поступающих в водные объекты, при этом наиболее сложная экологическая ситуация складывается на территории, где протекающий водоток, испытывает значительную антропогенную нагрузку.
Так по данным Управления Росприроднадзора по Республике Хакасия в 2010 году в водоохраной зоне ручья Карлов было проведено складирование поврежденных узлов агрегатов и металла, извлеченных из места аварии на Саяно-Шушенской ГЭС им. П.С. Непорожнего. В ходе инспекторской проверки было выявлено, что площадка временного хранения металлолома, строительного мусора и отходов производства расположена в водоохраной пятидесятиметровой зоне ручья Карлов, при этом некоторые отдельные металлические конструкции находятся в нескольких сантиметрах от уреза воды. Площадь, на которой расположен полигон временного хранения металлолома, является водосборной площадью ручья Карлов, который в свою очередь впадает в водный объект федерального значения реку Енисей [3]. Таким образом, стало актуальным оценить вклад загрязнения береговой линии ручья Карлов, в загрязнение его поверхностных вод.
Цель исследования - проанализировать состояние компонентов окружающей среды (почвы, подземные воды) в водоохраной зоне ручья Карлов и оценить их вклад в загрязнение поверхностных вод данного водотока.
Район исследования располагается на высоте 333,09 м над уровнем моря между двумя хребтами: Джойским и Джебашским [1], в Карловом логу вдоль Карлова ручья.
Сведения о гидрологической и рыбохозяйственной характеристиках ручья Карлов в федеральной службе по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды ГУ «Хакасский ЦГМС» и ФГУ «Хакасрыбвод» отсутствуют. Однако согласно натурным исследованиям установлено, что ручей имеет длину около 7,65 км. В месте впадения его в реку Енисей ручей зарегулирован железобетонной трубой, на которой имеется железная решетка для предотвращения попадания крупного мусора при весенних паводках. Зимой в русле ручья и по его берегам толщина снежного покрова достигает 1-0,7 м, в логу слой снега составляет 0,7 и более метров [4].
Материалы и методы исследования
В ходе исследования проведен сбор и анализ: литературных данных и отчетов о научно-исследовательских работах по изучению природных условий территории и состояния компонентов природной среды; проанализированы графические материалы (гидрогеологические, почвенные, климатические и другие карты и схемы) и пояснительные записки к ним.
Геоэкологическое опробование почв, подземных вод на площадке исследования осуществлялось согласно действующим нормативам. Размещение точек отбора проб проводилось в зависимости от ожидаемой структуры полей загрязнений, преобладающих направлений движения воздушных масс, особенностей подземного стока, геологического строения территории.
Анализ почв, подземных и поверхностных вод района исследования с целью установления химического загрязнения осуществлялся Центром лабораторного анализа и технических измерений по Республике Хакасия современными химическими методами, согласно ГОСТов.
Отбор проб почв осуществлялся с глубин 0-20 см и 20-40 см в 10 точках. Отбор фоновой пробы проводился против розы ветров. Химический анализ проб почвы проводился по 12 компонентам, в том числе определялось наличие тяжелых металлов и нефтепродуктов.
Забор подземной воды осуществлялся ОАО «ХакасТИСИз» из четырех скважин с учетом уклонов поверхности, направлений воздушных потоков, поверхностного и подземных стоков, таким образом откачка вод и процедура пробоподготовки проводилась согласно ГОСТ Р 51592-2000, МВИ [5].
Химический анализ состава грунтовых вод проводился по 17 компонентам на базе Центром лабораторного анализа и технических измерений по Республике Хакасия.
В поверхностных водах Карлова ручья было определенно 27 компонентов. Отбор проб проводился в 3 точках согласно ГОСТ 17.1.5.05-85 «Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к отбору проб поверхностных и морских вод, льда и атмосферных осадков» на всю глубину ручья (0,15 - 0,3 м) как в естественном русле (проба № 1), так и в канале (пробы № 2 и 3). За фоновый створ была взята точка № 1, расположенная выше 1,05 км по течению от площадки исследования. Расстояние от устья ручья до пробы № 1 - 1,70 км до пробы № 2 - 650 м, до пробы № 3 - в месте впадения ручья Карлов в реку Енисей.
Результаты исследования и их обсуждения
Проведенный анализ проб почвы по 12 компонентам показал, что содержание подвижных форм тяжелых металлов, таких как свинец, никель, медь, цинк, хром, кобальт, не превышало 20 мг/кг. Содержание ртути колебалось от 1,04±0,52 до 2,17±1,09 мг/кг. Ртуть обнаружена как на глубине от 0 до 20 см, так и на глубине от 20 до 40 см, причем с глубиной в одной и той же точки содержание ртути уменьшается. Её содержание не превышает ПДК во всех точках, за исключением одной пробы, в которой превышение ПДК составило 0,007 мг/кг. Суммарный показатель химического загрязнения (Zc) по ртути на глубине отбора почв от 0 до 20 см составляет 10,1, на глубине отбора проб от 20 до 40 см - 4,9, что является удовлетворительным даже для селетебной зоны (Zc не более 16).
Содержание подвижного марганца не превышало ПДК во всех пробах. Содержание подвижного марганца было различно во всех точках и колебалось в пределах от 20,40±3,67 до75,5±12,87 мг/кг. Показатели в фоновой пробе составили 75,40 ± 13,57 мг/кг.
Содержание нефтепродуктов на участке района исследования также различно. Максимальное их содержание на глубине 0-5см было отмечено в пробе 3, что превышает ПДК в 9,45 раза. Кроме того, наблюдалось превышение ПДК еще в пяти пробах: в пробе 1 (глубина 20-40 см) в 2,7раза; в пробе 3 (глубина 0-5 см) в 6,1 раза; в пробе 5 (глубина 0-20 см) в 5,27 раза; в пробе 7 (глубина 0-20 см) в 8,05 раза; в пробе 4 (глубина 20-40 см) в 1,47 раза.
Фоновое загрязнение нефтепродуктами в пределах площадки составляет 12,21 - 13,62 мг/кг. Суммарный показатель химического загрязнения нефтепродуктами на площадке на глубине отбора проб от 0 до 20 см составляет 25,8, на глубине от 20 до 40 см - 2,63, таким образом, почвы на глубине от 0 до 20 см по Zc оцениваются как неудовлетворительные.
Содержания фтора колебалось от менее 1 (пробы 1, 3) до 3,06± 1,86 (проба 9) - эти показатели не превышают ПДК. Содержание алюминия во всех пробах было менее 2, содержание нитрат-иона - менее 2,8 мг/кг.
В работе также был проведен отбор проб и химический анализ состава грунтовых вод по 17 компонентам. Вода отбиралась с глубины 5-8 м.
Результаты анализов качества воды показали, что рН воды в районе исследования нейтральная и колеблется в пределах от 6,84± 0,2 до 7,03 ± 0,2. Количество сухого осадка неодинаково в точках отбора проб воды и колеблется от 75±14 до 270±24 мг/дм3. Сухой остаток из уже существующей водозаборной скважины составил 82±16 мг/дм3.
Содержание растворимых кобальта, мышьяка, цинка, во всех пробах не превышает 0,005 мг/дм3. Содержание растворимого свинца было не выше 0,015 мг/дм3.
Определение анионов (хлоридов, сульфатов) и ионов аммония показало, что их содержание не превышает ПДК. Содержание нефтепродуктов колебалось от 0,053±0,019 до 1,88±0,47 мг/дм3.
В целом результаты исследования во всех четырех пробах близки по значению. Это объясняется небольшой площадью исследования. Кроме того, было установлено, что все загрязняющие вещества находятся в пределах ПДК, установленных для централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения (СанПиН 2.1.4.02795).
Тот факт, что загрязняющие компоненты с превышением ПДК, обнаруженные в почве не были выявлены в подземных водах, можно объяснить непродолжительным по времени антропогенным воздействием металлоконструкций на почву.
Наиболее характерными загрязняющими ингредиентами техногенного происхождения для поверхностных водных объектов России являются: нефтепродукты, фенолы, цинк, железо, алюминий, нитраты. Значительные участки водных объектов характеризуются высокой степенью загрязнения нефтепродуктами, среднегодовая концентрация которых может колебаться в пределах от 2 до 29 ПДК.
В поверхностных водах Карлова ручья было определенно 27 компонентов.
Минерализация воды в ручье Карлов колебалась от 172,0 ± 32,7 до 128,0 ± 24,3 мг/дм3. Кислотность воды была оценена как слабощелочная (рН от 7,9 ± 0,2, до 8,2 ± 0,2). Анализ проб показал, что содержание растворимых никеля, кобальта во всех пробах одинаково и не превышает 0,015 мг/дм3; содержание молибдена и алюминия составляло не более 0,04 мг/дм3; нефтепродуктов не более 0,005 мг/дм3; содержание ртути колебалось от 0,00010 ± 0,00002 мг/дм3 (в пробе выше по течению) до 0,0002 ± 0,00003 мг/дм3 (в пробе ниже по течению). Фенолов в воде обнаружено не более 0,0005 мг/дм3. Фтор-ионов в воде менее 0,5 мг/дм3.
Согласно, приказа от 18 января 2010 г. № 20 «Об утверждении нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативов ПДК вредных веществ в водных объектов рыбохозяйственного значения» ПДК для исследуемых компонентов представлены в таблице 1.
Таблица 1
Результаты анализа воды ручья Карлов и значения ПДК для водоемов рыбохозяйственного значения
|
№ пп |
Определяемые ингредиенты |
Номер пробы |
ПДК, мг/дм³ |
||
|
проба № 1 |
проба № 2 |
проба №3 |
|||
|
1 |
рН |
8,1±0,2 |
7,9±0,2 |
8,2±0,2 |
6 - 9 |
|
2 |
Взвешенные вещества |
3,2±0,3 |
менее 3,0 |
менее 3,0 |
10 |
|
3 |
Кобальт |
менее 0,015 |
0,017±0,004* |
менее 0,015 |
0,01 |
|
4 |
Молибден |
менее 0,04 |
менее 0,04 |
менее 0,04 |
0,001 |
|
5 |
Железо общ. |
менее 0,1 |
менее 0,1 |
менее 0,1 |
0,1 |
|
6 |
Медь |
0,0039±0,0016* |
0,0016±0,006 |
0,0025±0,001* |
0,002 |
|
8 |
Кальций (Са) |
24,0±0,7 |
22,5±0,7 |
27,0±0,8 |
180 |
|
9 |
Магний (Mg) |
6,1±0,3 |
6,7±0,3 |
3,3±0,2 |
40 |
|
10 |
Натрий (Na) |
8,0 |
13,6 |
8,9 |
120 |
|
12 |
Жесткость общая (Са +Mg) |
1,70±0,03 |
1,67±0,03 |
1,62±0,03 |
- |
|
13 |
Общая минерализация |
172,0±32,7 |
160,0±30,4 |
128,0±24,3 |
- |
|
14 |
Цинк |
0,52±0,13++ |
0,021±0,005** |
0,014±0,004* |
0,01 |
|
15 |
Кадмий |
менее 0,0002 |
менее 0,0002 |
менее 0,0002 |
0,005 |
|
16 |
Никель |
менее 0,015 |
менее 0,015 |
0,016±0,004 |
0,01 |
|
17 |
Свинец |
0,025±0,006*** |
0,009±0,003* |
0,0022±0,0001 |
0,006 |
|
18 |
Марганец |
менее 0,005 |
менее 0,005 |
менее 0,005 |
0,01 |
|
19 |
Ртуть, 10-3 |
0,10±0,02+ |
0,05±0,01*** |
0,20±0,03++ |
0,01 |
|
20 |
Мышьяк |
менее 0,002 |
менее 0,002 |
менее 0,002 |
0,05 |
|
21 |
Карбонат - ион (НСО3 ) |
112,8±2,3 |
115,1±2,5 |
112,8±2,3 |
- |
|
22 |
Карбонат - ион (СО3) |
менее 6,0 |
менее 6,0 |
менее 6,0 |
- |
|
23 |
Сульфаты (SO4) |
0,61±0,12 |
0,43±0,01 |
0,85±0,17 |
100 |
|
24 |
Хлориды (СL) |
6,6±0,3 |
6,9±3,3 |
4,9±2,3 |
350 |
|
26 |
Фосфаты общ. (по РО43) |
0,055±0,008 |
менее 0,05 |
0,069±0,010 |
- |
|
27 |
Алюминий |
менее 0,04 |
менее 0,04 |
менее 0,04 |
0,04 |
|
28 |
Нефтепродукты |
менее 0,005 |
менее 0,005 |
менее 0,005 |
0,05 |
|
29 |
АПАВ |
менее 0,025 |
менее 0,025 |
менее 0,025 |
- |
|
30 |
Фенолы |
менее 0,0005 |
менее 0,0005 |
менее 0,0005 |
0,001 |
|
31 |
Фтор |
менее 0,5 |
менее 0,5 |
менее 0,5 |
0,75 |
|
32 |
Нитраты |
3,35±0,40 |
3,10±0,37 |
3,10±0,37 |
40 |
|
33 |
Нитриты |
менее 0,05 |
менее 0,05 |
менее 0,05 |
0,08 |
|
34 |
Аммоний |
0,10±0,03 |
0,12±0,04 |
0,11±0,04 |
0,5 |
|
* |
Превышение ПДК в 1-2 раза |
||||
|
** |
Превышение ПДК более 2-4 раза |
||||
|
*** |
Превышение ПДК в 4-6 раза |
||||
|
+ |
Превышение ПДК 6-10 раз |
||||
|
++ |
Превышение ПДК более 10 раз |
||||
В работе так же был рассчитан удельный комбинаторный индекс загрязненности воды (УКИЗВ). Согласно полученным расчетам, вода в ручье Карлов является:
- умерено загрязненная по кобальту и свинцу (проба № 2), по меди (пробы 1, 3), по цинку (проба № 3) (превышение ПДК в 1-2 раза);
- загрязненной по цинку (проба № 2) (превышение ПДК в более 2-4 раз);
- грязной по свинцу (проба № 1), ртути (проба № 2) (превышение ПДК в 4-6 раз),
- очень грязная по ртути в точке № 1 (превышение ПДК более 6-10 раз),
- чрезвычайно грязная по ртути в точке № 3 (превышение ПБК более 10 раз). По остальным компонентам не наблюдается превышения ПДК и по УКИЗВ вода может считаться чистой.
Таким образом, воды ручья Карлов, впадая в реку Енисей, вносят свой вклад в ее загрязнение.
Заключение
По данным территориального отдела водных ресурсов по Республике Хакасия и территориального органа федеральной службы государственной статистики по Республике Хакасия река Енисей в трех километрах ниже поселка Черемушки отнесена к категории 3Б, то есть очень грязная [2]. Как показали проведенные исследования, вклад в загрязнения поверхностных вод реки Енисей вносят не только большие промышленные предприятия, сбрасывающие свои стоки в реку, но и такие малые небольшие водотоки, как ручей Карлов, водоохранная зона которого подверглась значительному (катастрофическому с экологической точки зрения) антропогенному воздействию.
Данные исследования проведены при финансовой поддержке инженерно-изыскательской организации ОАО «Хакасский трест инженерно-строительных изысканий», г. Абакан
Рецензенты:
Величко Н.А., д.т.н., профессор, зав. кафедрой ТЖЭМ и ПКП Красноярского государственного аграрного университета (КрасГАУ), г. Красноярск.
Рубчевская Л.П., д.х.н., профессор Сибирского государственного технологического университета (СибГТУ), г. Красноярск.