Разработка крупнейшего Эльгинского угольного месторождения (ЭУМ), расположенного в юго-восточной части Якутии и имеющего важное стратегическое значение для экономики Дальнего Востока и России, началась в 2011 году. Разработка месторождения на неосвоенной труднодоступной территории с суровыми природно-климатическими условиями повлечет за собой неизбежное нарушение экологической обстановки. В связи с этим представляется целесообразным изучение современного состояния водных ресурсов зоны влияния ЭУМ для дальнейшей оценки изменения их состояния при увеличении добычи угля и усилении антропогенного пресса.
Целью работы является оценка современного гидрологического и гидрохимического состояния водных объектов зоны влияния разработки Эльгинского угольного месторождения.
Объектами исследования выбраны реки: Алгома, Ундытын, Ундыткан, Мулам, Укикит, Утук и озеро Б. Токо, испытывающие негативное воздействие Эльгинского угольного разреза.
Гидрологическое состояние. Для оценки изменения состояния водных объектов необходимы исследования их текущих гидрологических и гидрохимических характеристик [3]. Реки Алданского нагорья носят горный характер, имеют глубокие и узкие, преимущественно беспойменные долины. Склоны рек узкие, русла каменистые.
Весеннее половодье не отличается по конфигурации от летних дождевых паводков. Весенний резкий пик половодья с крутыми подъемами и спадами сменяется целым рядом паводочных пиков, вызываемых таянием снега на высокогорных частях бассейна и интенсивным выпадением осадков.
По типу питания р. Алгома и ее правые притоки относятся к рекам со смешанным питанием, на которых максимумы могут быть как снегового, так и дождевого происхождения. Наибольшие весенние уровни и расходы обычно или равны дождевым максимумам или уступают примерно в 1,5 раза, а в отдельные годы и более. Самые высокие уровни и расходы за весь период наблюдений чаще принадлежат дождевым паводкам [5].
Весеннее половодье на реках Алданского нагорья обычно начинается в первой декаде мая. Наивысшие уровни весеннего половодья наблюдаются преимущественно после освобождения реки ото льда, но нередко имеют место и в период ледохода. На малых водотоках ледоход отсутствует, лед тает на месте. Заканчивается половодье обычно во второй половине июня.
Паводки чаще всего формируются вслед за половодьем. Количество летне-осенних дождевых паводков на реках рассматриваемой территории может достигать более 10.
Межень на этих реках выражена слабо, а в отдельные дождливые годы вообще -отсутствует. Зимняя межень длится около 6 месяцев и совпадает с периодом ледостава.
Для региона характерна тесная взаимосвязь поверхностных и подземных вод, осуществляемая главным образом через талики различных типов, одним из результатов которого является образование наледей. Основным источником питания наледей являются подземные воды.
Ледяной покров формируется из шуги и поэтому отличается большой шероховатостью нижней поверхности и значительной торосистостью верхней. Суровые климатические условия зимнего периода способствуют интенсивному нарастанию ледяного покрова на реках. Наибольшая интенсивность нарастания льда наблюдается в первые месяцы ледостава главным образом за счет промерзания шуги. В марте интенсивность роста льда значительно снижается.
Годовой сток. Для расчета нормы стока и коэффициента вариации были использованы карты нормы годового стока и коэффициента изменчивости рек зоны БАМ [2]. По величине среднего годового стока рассматриваемая территория относится к зоне повышенного стока (13,0-14,0 л/с км 2).
В горных районах величина годового стока изменяется с высотой местности, что обусловливается режимом атмосферных осадков и величиной испарения.
Для водотоков характерна крайняя неравномерность распределения стока внутри года - отсутствие стока зимой и повышенная водность в теплый сезон. За весенне-летний сезон (V-XI) проходит около 96 % общего годового стока, на осень (X) приходится 3-4 %. Зимой (XI-IV) - 0,5-1 % приходятся на первые три месяца зимы. Величина максимального стока р. Ундытын 1 %-ой обеспеченности, рассчитанная по [4], составила 184 м3 /с, минимального - 75 %-ой обеспеченности - 2,45 м3/c.
Гидрохимическое состояние. Гидрохимическое состояние рек формируется в результате взаимодействия многих факторов: воздействия материнских пород русла; внутриводоемных и придонных биохимических процессов, связанных взаимодействием с почвогрунтами, растительностью, зоо- и фитопланктоном; воздействия притоков и осадков; различных гидрологических процессов; антропогенного воздействия и смыва с водосборной площади.
В ходе экспедиционных работ в меженный период (август) было проведено исследование гидрохимического состояния междуречья рек Алгомы и Мулам, расположенного в бассейне р. Учур. Местоположение отбора проб охватило две зоны - в районе устья р. Ундытын, вторая - в районе оз. Бол. Токо.
Отбор проб воды на химический анализ производился согласно ГОСТ Р 51592-2000 «Вода. Общие требования к отбору проб», введенному 1 июля 2001 г. Постановлением Госстандарта РФ от 21 апреля 2001 г. № 117 - ст. Донные отложения отбирались по ГОСТ 17.1.5. - 85.
Были определены компоненты гидрохимического состава воды, характеризующие: физические свойства (запах, прозрачность, водородный показатель, взвешенные вещества, жесткость), солевой состав (хлориды, сульфаты, кальций, магний, натрий, калий, гидрокарбонаты, сухой остаток), биогенный состав (аммонийный азот, нитриты, нитраты, фосфаты, железо), загрязняющие вещества органического происхождения (ХПК, фенолы, нефтепродукты, АПАВ), а также тяжелые металлы (медь, цинк, фтор, марганец, стронций, барий, литий). На основе результатов лабораторного определения химического состава проб воды и донных отложений, а также анализа превышений предельно-допустимых концентраций для водоемов рыбохозяйственного значения (ПДКрх) дана оценка современного гидрохимического состояния воды исследуемых водных объектов.
Физические свойства. Вода в обследованных пробах не имеет запаха (0), очень мягкая (от 0,26 ммоль экв/ дм3 до 0,46 ммоль экв/ дм3), прозрачная (<30 см), кроме точек в зоне устья р. Ундыткан на р. Алгоме, где прозрачность снижается. Водородный показатель всех водных объектов находится в пределах 6,5-7,5, что соответствует нейтральной воде и находится в пределах допустимой концентрации для водоемов рыбохозяйственного значения. Взвешенные вещества (ПДКрх =фон + 0,25 мг/дм3) во всех пробах составляют от 3 до 13 мг/дм3. При этом наибольшее количество взвешенных веществ наблюдалось на р. Алгоме ниже устья р. Ундытын, где количество взвешенных веществ составляло 13 мг/3 при фоновом значении 5 мг/дм3 выше устья р. Алгомы и в устье р. Ундытын (12 мг/дм3), что выше фонового значения, равного 11мг/3 выше устья р. Ундытын. В остальных пробах превышений по взвешенным веществам не обнаружено.
Минерализация. Основным источником питания исследуемых водотоков являются воды, формирующиеся непосредственно на поверхности водосбора. Минерализация воды всех водотоков малая, по классификации [1] воды рек бассейна Алгомы относятся к гидрокарбонатному классу, группе кальция. В период половодья, по данным Якутского УГКС, иногда преобладают сульфатные анионы. Минерализация по сухому остатку во всех точках не превышает как ПДКрх, так и ПДКобщ, равные 1000 и 1500 мг/дм3 соответственно и составляет от 73 мг/дм3 в верховьях р. Ундыткан до 91 мг/дм3 на р. Алгоме в 500 м от устья. В солевом составе воды всех водных объектов среди катионов преобладающим является ион кальция - от 6,8 мг/дм3 на р. Алгоме в 500 м выше устья до 4,12 мг /дм3 в верховьях р. Ундыткан при ПДКрх, равной 180 мг/дм3. В анионном составе преобладающим является гидрокарбонат-ион - до 74,75 мг/дм3.Содержание солей натрия, калия, сульфатов, хлоридов, магния во всех пробах воды значительно ниже предельно-допустимых концентраций. В целом изменчивость содержания главнейших ионов во всех обследованных объектах незначительная.
Биогенные вещества. Ввиду географической приуроченности северные реки характеризуются малым содержанием биогенных веществ. В воде обследованных водных объектов общее содержание биогенных веществ незначительно, что может быть связано со слабым развитием фитопланктона, что характерно для горных рек с низкой температурой и повышенной глубиной.
Аммонийный азот. Отмечено превышение допустимого содержания аммонийного азота в пяти пробах, взятых в различных местах. Так, наибольшее содержание аммиака (3,1 мг/ дм3) обнаружено в пробе, отобранной на оз. Бол. Токо в устье р. Утук, что составляет более 6 ПДКрх. Значительное количество аммонийного азота (2,63 мг/ дм3), обнаружено в пробе, отобранной в верховьях р. Ундыткан, составляющей более 5 ПДКрх. Также повышенное содержание аммиака содержат пробы воды в точках, расположенных на р. Укикит (1,08 мг/дм3) - более 2 ПДКрх, на р. Эльге и р. Мулам выше устья р. Эльги - более ПДКрх. Во всех остальных обследованных реках содержание аммиака не превышает допустимых пределов.
Нитриты. Присутствие нитритов связано с потреблением их фитопланктоном, указывает на усиление процессов разложения органического вещества и является одним из показателей загрязнения. В воде исследованных объектов содержание нитритов составляло в среднем 0,02 мг/дм3, что меньше ПДКрх, равной 0,08 мг/дм3, и является признаком отсутствия свежего загрязнения.
Нитраты. В воде исследованных рек содержание нитратов в среднем составляет незначительное количество, приблизительно 0,8 мг/дм3, что намного меньше ПДКобщ, равной 40 мг/дм3 и ПДКрх, равной 45 мг/ дм3 и свидетельствует об отсутствии органического загрязнения. Только в пробе из точки 6 (оз. Бол. Токо, устье р. Утук) обнаружено повышенное содержание нитритов - 6,35 мг/дм3.
Фосфаты. В поверхностные воды соединения фосфора поступают в результате жизнедеятельности водных организмов, их отмирания, растворения ортофосфатов, содержащихся в породах, а также с водосборной площади.
Содержание фосфатов во всех пробах находится практически на одном уровне (<0,05 мг/дм3), что значительно ниже допустимых концентраций.
Железо. Основными источниками соединений железа в воде являются процессы химического выветривания и растворения горных пород. Кроме того, железо может появиться в результате поступления со сточными водами промышленных и сельскохозяйственных предприятий, а также с подземными водами. Повышенное содержание железа ухудшает органолептические свойства воды.
Содержание этого вещества в водах исследуемого региона превышает ПДКрх, равную 0,1 мг/дм3 во всех пробах, и колеблется от 2,8 ПДКрх в оз. Бол. Токо до 24 ПДКрх в р. Мулам выше устья р. Эльги. Повышенное содержание железа отмечено также в р. Алгоме ниже устья р. Ундытын.
Загрязняющие вещества органического происхождения. По результатам анализа выявлено, что содержание органического вещества в большинстве обследованных объектов при ПДКрх =15 мг/дм3 превышает установленные нормы. Так, наименьшее значение ХПК отмечено на р. Укикит выше устья - 16,3 мг/дм3, что немного больше ПДК, наибольшее - на р. Мулам ниже устья р. Эльга (51,7 мг/ дм3), что составляет более 3 ПДК. Среднее значение величины ХПК, превышающее допустимые пределы, составляет 30,4 мг/дм3 и соответствует 2 ПДКрх. В верховьях р. Ундыткан, на р. Мулам у оз. Токо и в 500 м от устья р. Укикит величины ХПК меньше нормативов и в среднем составляют 6 мг/дм3.
Нефтепродукты. Могут поступать в воду в результате прижизненных выделений растительными и животными микроорганизмами, а также их разложения.
Концентрация нефтепродуктов в воде обследованных водных объектов при ПДКрх= 0,05 мг/дм3 значительно ниже, в среднем 0,008 мг/дм3.
Фенолы. Фенолы являются одним из наиболее распространенных загрязнителей, поступающих в поверхностные воды со стоками различных нефтеперерабатывающих, химических предприятий, при тепловой переработке бурых и каменных углей и т.д.
В воде всех обследованных объектов концентрация фенолов превышает допустимые концентрации для водоемов рыбохозяйственного использования - ПДКрх составляет 0,001 мг/дм3. . Значения содержания фенолов мало изменяются по различным рекам и составляют в среднем 4 ПДКрх. При этом максимальное значение - 0,006 мг/дм3отмечено в р. Мулам, в 500 м от устья р. Эльги.
АПАВ. Загрязненность АПАВ характерна для р. Мулам в 500 м от устья р. Эльги (2,2 ПДКрх), р. Мулам в 500 м от устья р. Укикит (1,28 ПДКрх) и р. Укикит в 500 м от устья (1,36 ПДКрх). В остальных реках превышений количества АПАВ не обнаружено и в среднем составляет сотые доли миллиграмма на литр.
Тяжелые металлы. Тяжелые металлы являются наиболее опасными загрязнителями, влияющими на живые организмы и на здоровье человека, концентрация которых является индикатором загрязнения воды микроэлементами.
Медь, попадающая в воду в результате химического выветривания горных пород и минералов, обнаружена во всех исследуемых водных объектах в небольших количествах, но превышающих ПДКрх, равную 0,001 мг/дм3. Максимальное превышение наблюдалось в трех точках района оз. Бол. Токо - около 2 ПДК.
Цинк. Во всех исследуемых объектах его содержание не превышает установленных норм при ПДК 0,01 мг/дм3.
Марганец. Его концентрация ненамного превышает ПДК на р. Алгоме в 500 м выше устья р. Ундытын (1,2 ПДК), а в устье р. Ундытын достигает предельно-допустимой концентрации. В остальных точках превышений нет.
Стронций. В исследованных пробах превышение по стронцию обнаружено более чем в половине проб. Так, максимальные концентрации отмечены в р. Мулам - в 500 м выше устья р. Укикит (2,5 ПДК) и в 500 м выше устья р. Эльги. Также стронций обнаружен на р. Алгоме в 500 м выше устья р. Ундытын (2 ПДК) и в 500 м ниже устья р. Ундытын (1,6 ПДК). На р. Ундытын его содержание также превышает ПДК в 1,9 и 1,6 раз. На озере Бол. Токо также отмечено небольшое превышение содержания стронция (1,1 ПДК).
Свинец, барий, литий. Концентрации этих микроэлементов находятся ниже нормируемых пределов: свинец менее 0,002 мг/дм3 при ПДКрх равной 0,006 мг/дм3, барий менее 0,1 мг/ дм3 при ПДКрх равной 0,74 мг/дм3, литий менее 0,015 мг/дм3 при ПДКрх, равной 0,08 мг/дм3 во всех водных объектах исследуемого региона.
Донные отложения. Русловые отложения являются важнейшим компонентом долин рек, способным концентрировать в себе токсичные и канцерогенные вещества, в связи с чем, были отобраны пробы русловых и пойменных отложений и проведен их химический анализ. Были определены рН, содержание нефтепродуктов, железа, цинка, меди, марганца, свинца, хрома, кобальта, никеля, ванадия, титана, мышьяка и стронция. Определено, что донные отложения рек Алгома, Утук и Мулам загрязнены марганцем и стронцием.
Заключение. В результате отбора и анализа проб воды и донных отложений рек и оз. Большое Токо, расположенных в бассейне р. Алгомы, дана оценка их современного гидрологического и гидрохимического состояния.
Определено, что вода исследованных водных объектов в различной степени загрязнена химическими веществами, установленными для водоемов рыбохозяйственного значения. При этом наибольшее количество взвешенных веществ наблюдалось на р. Алгоме ниже устья р. Ундытын, где количество взвешенных веществ составляло 13 мг/3 при фоновом значении 5 мг/дм3 выше устья р. Алгомы и в устье р. Ундытын (12 мг/дм3), что выше фонового значения, равного 11мг/3 выше устья р. Ундытын.
Органические вещества, рассчитанные по бихроматной окисляемости, также превышают ПДК в большинстве исследованных объектов. Это р. Алгома (до 3,4ПДК); р. Ундытын ( до 2,2 ПДК); р. Утук (1,3ПДК), р. Мулам (3,5ПДК), р. Эльга (2,2ПДК).
Из азотных соединений нормируемые пределы превышает только концентрация аммонийного азота от 1,4 до 6,3 ПДК. Водные объекты загрязнены фенолами, приблизительно в равном количестве, составляющем 4-5 ПДК.
Концентрации железа и меди высокие, т.е. превышают нормы во всех обследованных объектах. В среднем содержание железа составляет 8 ПДК, причем наибольшее его содержание (24,1 ПДК) отмечено в р. Мулам выше устья р. Эльги. Превышения по содержанию меди, марганца и стронция обнаружены в воде рек: Алгома, Ундытын, Мулам, Утук и в оз. Большое Токо.
Донные отложения изученных водотоков загрязнены марганцем и стронцием, а в некоторых из них отмечено повышенное содержание хрома и ванадия.
Таким образом, можно заключить, что следствием начальной стадии эксплуатации Эльгинского месторождения является высокое содержание взвешенных веществ в р. Алгоме. Рекомендуется продолжить исследования гидрохимического состояния водных объектов за пределами зоны влияния разработки угольного комплекса и закрепить точки отбора проб воды и донных отложений как эталонные.
Рецензенты:
Николаев Анатолий Николаевич, д-р биол. наук, декан биолого-географического факультета ФГАОУ «Северо-Восточного федеральный университет им. М. К. Аммосова», г. Якутск.
Бурцева Евдокия Иннокентьевна, д-р геогр. наук, профессор Финансово-экономического института ФГАОУ «Северо-Восточного федеральный университет им. М. К. Аммосова», г. Якутск.