Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

ДИНАМИКА КАЧЕСТВА ВОД РЕКИ НЕГЛИНКИ ПРИ ТРАНЗИТЕ ИХ ЧЕРЕЗ ТЕРРИТОРИЮ ГОРОДА ПЕТРОЗАВОДСКА

Дзюбук И.М. 1 Клюкина Е.А. 1
1 ГОУ ВПО «Петрозаводский государственный университет»
В статье представлены материалы, отражающие динамику качества вод реки Неглинки, протекающую через территорию города Петрозаводска (Республика Карелия). Результаты исследования свидетельствуют, что качество природных вод реки претерпевает негативные изменения в многолетнем аспекте и также при транзите через городскую территорию ― 5 из 10 гидрохимических параметров превышают ПДКр/х. С помощью компонентного анализа были выявлены зависимости между показателями качества вод реки Неглинки для данных за 1997 г. и 2013–2014 гг. Отметим, что литературные данные за 1997 г. представлены для двух станций ― верховье и устье реки. Компонентный анализ по собственным материалам в 2013–2014 гг. проведен для трех станций (верховье, центральная часть и устье реки).
факторные нагрузки
главные компоненты
компонентный анализ
река Неглинка
1. Алекин А.О. и др. Руководство по химическому анализу вод суши. — Л.: Гидрометеоиздат, 1973. — 269 с.
2. Государственный доклад о состоянии окружающей среды Республики Карелия в 2011 году / Министерство по природопользованию и экологии Республики Карелия; [ред кол.: Громцев А.М. и др.]. — Петрозаводск: Андреев П.Н., 2012. — 294 с.
3. Каталог озер и рек Карелии / Под ред. Филатова Н.Н. и Литвиненко А.В. ― Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2001. — 90 с.
4. Коросов А.В., Горбач В.В. Компьютерная обработка биологических данных: метод. пособие. ― Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 2010. ― 84 с.
5. Новиков Ю.В. и др. Методы исследования качества воды водоемов. ― М.: Медицина, 1990. — 400 с.
6. Поверхностные воды озерно-речной системы Шуи в условиях антропогенного воздействия. — Петрозаводск: Карелия, 1991. ― 240 с.
7. Ресурсы поверхностных вод СССР. Т. 2. Карелия и Северо-Запад. Часть 3. Гидрографические описания рек и озер / Под ред. В.Е. Водогрецкого]. — Л.: Гидрометеоиздат, 1997. – 959 с.
8. Рыжков Л.П., Дзюбук И.М., Горохов А.В., Марченко Л.П. Экологические проблемы города Петрозаводска // Тр. Петрозаводского госуниверситета. Серия Биология. Вып. 2. Вопросы популяционной экологии. — Петрозаводск: изд-во ПетрГУ, 2008. — С. 335–346.
9. Экосистема Онежского озера и тенденции ее изменения. Ленинград: Наука, 1990. — 264 с.
Большое значение в сохранении экологического благополучия северных городов имеют малые городские реки [2; 8]. Являясь источниками формирования водного баланса городов, местами рекреации, приемниками и транспортными путями отходов, они в первую очередь подвергаются антропогенному воздействию.

В настоящее время не теряют актуальности проблемы загрязнения и деградации малых городских рек. Для решения задач предотвращения и снижения загрязнения, улучшения качества вод и в целом для сохранения и поддержания устойчивости водных экосистем городов необходимы мониторинговые исследования городских рек.

Река Неглинка относится к малым рекам, протекающим через территорию города Петрозаводска (Республика Карелия). Воды реки оказывают влияние на формирование водных масс Петрозаводской губы Онежского озера. Химический состав вод реки трансформируется под влиянием городских сточных вод, с которыми выносится большое количество органических, биогенных элементов и иного, что является объективным показателем их загрязнения [6; 9].

В связи с этим целью работы было определение качества вод реки Неглинки по гидрохимическим параметрам при транзите их через городскую территорию.

В задачи исследования входило: определение значений гидрохимических показателей вод реки Неглинки и их динамики при транзите через городскую территорию; выявление зависимых признаков (гидрохимических показателей вод) и групп сходных объектов (станций отбора проб с учетом сезона и года).

Материалы и методы

Объектом исследования была река Неглинка, вытекающая из ламбушки в 12 км к юго-западу от города Петрозаводска и впадающая в Петрозаводскую губу Онежского озера. Протяженность реки составляет 14 км, ширина — 35–50 м (максимальная 200 м), средний уклон ― 10,3, высота склонов — 6–8 м [7].

Пробы воды на гидрохимический анализ отбирались в весенний, летний и осенний периоды 2013 и 2014 гг. на  трех постоянных станциях: 1-я станция (фон) — верховье реки, 2-я станция — участок реки в центре города Петрозаводска (р-н Парка отдыха), 3-я станция – устье реки.

  Исследовали такие показатели, как: pH, цветность, растворенный в воде кислород, БПК5,  ПО, азот (нитрит-анион, нитрат-анион, ион аммония), фосфор (общий и фосфаты). Анализы проб воды выполнялись по стандартным методикам, принятым в гидрохимической практике [1, 5]. Полученные значения параметров сравнивались с предельно допустимыми концентрациями для рыбохозяйственных водоемов (ПДКр/х). Всего было проведено 180 анализов.

При статистической обработке результатов исследования применялся компонентный анализ [4]. Все графические построения и статистическая обработка данных проведены с использованием компьютерной программы StatGraphicsCenturionXV.

Результаты и обсуждение

В результате проведенных исследований было выявлено, что в 2013–2014 гг. такие значения гидрохимических показателей вод реки Неглинки, как значения рН, количество растворенного в воде кислорода, нитрат-ионов, фосфора общего и минерального, не выходили за пределы ПДКр/х на всех станциях во все сезоны. Однако отмечено превышение значений ПДКр/х (в среднем в 2 раза) показателей цветности, БПК5, перманганатной окисляемости, аммоний- и нитрит-ионов (табл.1).

 

Таблица 1

Значения гидрохимических показателей вод реки Неглинки (2013–2014 гг. ― собственные данные, 1997 г. ― литературные данные [7])

Показатели

Год

Сезон, станции отбора проб

Весна

Лето

Осень

1

2

3

1

2

3

1

2

3

рН

1997

6,18

-

7,45

5,63

-

7,33

5,82

-

7,53

2013

6,60

6,75

6,75

6,90

7,31

7,40

7,00

7,50

7,60

2014

6,25

6,70

6,95

7,20

7,50

7,60

6,40

7,15

7,50

Цветность, град.

1997

269

-

148

393

-

210

305

 

198

2013

356

312

276

468

138

120

690

216

214

2014

286

250

230

147

59

21

310

132

55

Растворенный О2, мгО2/л

1997

8,83

-

8,49

8,37

-

8,76

7,73

-

8,2

2013

6,04

6,65

6,27

7,64

8,29

7,64

9,66

9,04

10,44

2014

10,40

10,47

10,68

7,13

5,25

6,47

8,50

7,01

9,98

БПК5, мгО2/л

1997

1,61

-

6,15

1,53

-

2,01

1,07

-

1,7

2013

1,53

1,15

1,23

5,50

4,93

4,00

3,02

4,48

3,24

2014

3,43

5,98

6,62

1,23

5,19

1,62

0,69

1,39

0,58

ПО, мгО/л

1997

28,6

-

14,6

42,1

-

28,2

39,8

-

29,6

2013

40,55

31,85

29,55

31,60

15,50

6,80

43,80

17,10

16,30

2014

25,04

16,68

13,60

31,60

14,56

9,16

41,28

17,12

15,08

NH4+, мгN/л

1997

0,37

-

1,41

0,55

-

0,63

0,47

-

0,71

2013

0,36

0,41

0,34

0,38

0,56

0,32

0,22

0,13

0,11

2014

2,10

2,03

2,00

0,85

1,86

0,23

1,55

1,56

0,34

NO2-, мгN/л

1997

0,001

 

0,04

0,003

 

0,012

0,003

 

0,009

2013

0,002

0,006

0,006

0,079

0,191

0,097

0,007

0,172

0,083

2014

0,016

0,204

0,243

0,027

0,092

0,050

0,039

0,056

0,069

NO3-, мгN/л

1997

0,1

-

1,38

0,1

-

1,73

0,14

-

1,09

2013

0,07

0,20

0,42

0,05

0,72

1,12

0,12

1,11

1,72

2014

0,26

0,59

0,67

0,22

0,05

1,10

0,07

1,19

2,86

Р мин., мгР/л

1997

0,015

-

0,035

0,008

-

0,01

0,017

-

0,021

2013

0,011

0,041

0,010

0,008

0,008

0,006

0,067

0,051

0,043

2014

0,010

0,076

0,085

0,037

0,038

0,076

0,069

0,070

0,060

Р общ., мгР/л

1997

0,038

-

0,097

0,038

-

0,049

0,049

-

0,057

2013

0,012

0,082

0,034

0,010

0,036

0,034

0,088

0,116

0,098

2014

0,019

0,142

0,164

0,038

0,134

0,078

0,112

0,136

0,133

Примечание: жирным шрифтом ― значения, превышающие ПДКр/х.

 

Высокая цветность характерна для естественных вод реки Неглинки, что связано с их болотным питанием. Это подтверждают и литературные, и полученные нами материалы (табл. 1). Поэтому в верховье (станция 1) фиксировались высокие значения цветности. При транзите вод через городскую территорию величина цветности уменьшалась в связи с наличием разбавляющего эффекта городских стоков, однако и в устье она превысила ПДКр/х. В 2013 г. в верховье реки наблюдались максимальные значения цветности (летом — 468 градусов, осенью — 690 градусов) вод. Исток реки находится в ельнике чернично-зеленомошном, который в связи со строительством в этот период двух жилых комплексов подвергся рубке. Естественные процессы гниения древесины были дополнены результатом деятельности человека, что привело к увеличению содержания в почве лигнина (повышающего цветность) и поступления его с дождевым стоком с прилегающей территории в речные воды.

Также в 2013 г. летом и осенью и в 2014 г. весной на всех станциях значения БПК5 превышали значение ПДКр/х, что связано с увеличением интенсивности биохимического окисления органических веществ. В 1997 г. на всех станциях значения БПК5 были в пределах допустимых норм (кроме весенней пробы в устье). При транзите вод через городскую территорию в 2014 г. наблюдалась тенденция увеличения значений БПК5. Максимальные значения показателя отмечены на станции 2, что может быть связано с несанкционированным сбросом сточных вод с прилегающей территории.

Болотное питание реки, а именно наличие большого количества гумуса, обусловливает и высокие величины ПО (особенно в истоке). Независимо от сезона наблюдалась динамика уменьшения значений показателя от истока к устью; вероятно, это связано с разбавлением речных вод стоками с городской территории.

Недопустимые значения аммонийных ионов на всех станциях (кроме 3-й станции летом и осенью) отмечены в 2014 г., что указывает на загрязненность вод реки азотсодержащими веществами, присутствующими в стоках со строительных площадей, хозяйственно-бытовых и промышленных. Только летом и осенью 2014 г. низкие значения этого показателя в устье, вероятно, связаны с разбавляющим эффектом вод Петрозаводской губы. На загрязнение вод реки хозяйственно-бытовыми стоками указывает и повышенное количество нитритов — в 2013 г. летом (на всех станциях) и осенью (центр города и устье реки) и в 2014 г. во все сезоны (кроме лета, в устье). Ситуация относительно содержания аммоний-  нитрит-ионов в водах реки по сравнению с 1997 г. ухудшилась.

С целью выявления основных направлений изменчивости и групп сходных объектов гидрохимические показатели (табл. 1) были подвергнуты компонентному анализу. В результате анализа были получены четыре значимых главных компонента, описывающих 85,1% изменчивости признаков (табл. 2).

Таблица 2

Дисперсии главных компоненты (ГК)

Номер ГК

Значение дисперсии

Относительный вес, %

1

3,14403

31,4

2

2,22826

22,3

3

1,99521

20

4

1,137

11,4

Весовые коэффициенты (факторные нагрузки) показывают, что взаимные корреляции всех признаков невелики. Первая компонента создается в основном за счет переменных, касающихся увеличения значений цветности и количества Рмин.; вторая ― за счет переменных, касающихся увеличения количества растворенного кислорода и Робщ. при уменьшении количества нитрат-ионов; третья ― за счет переменных, показывающих увеличение количества аммоний-ионов при уменьшении нитрит-ионов; а четвертая ― за счет переменных, показывающих увеличение количества нитрат-ионов при уменьшении значений БПК5 и ПО (табл. 3).

Таблица 3

Факторные нагрузки по главным компонентам по данным за 2013―2014 годы

Показатели

ГК-1

ГК-2

ГК-3

ГК-4

рН

0,389149

–0,141729

–0,352178

–0,0833409

Цветность

0,475941

–0,101828

–0,251013

0,0684229

Растворенный О2

0,251115

0,538827

0,0906116

0,0246906

БПК5

–0,24343

–0,370849

0,068555

–0,56829

ПО

0,317452

–0,216138

0,0509026

–0,601868

NH4+

0,25646

–0,210684

0,56606

0,0396184

NO2-

0,00282067

–0,199844

–0,574977

0,0333329

NO3-

0,200925

–0,473831

–0,0342463

0,469597

Р мин.

0,442451

–0,080428

0,340795

0,0619197

Р общ.

0,31151

0,423857

–0,170661

–0,274825

Построенные в ходе компонентного анализа ординации объектов по двум главным компонентам выявили разделение исследуемых объектов на группы. Так, по ГК-1 и ГК-2 объекты группируются на содержащие большое количество Рмин. и Робщ., растворенного кислорода и имеющие высокую цветность и объекты с наименьшими значениями данных признаков, но наибольшим содержанием нитрат-ионов. Наглядно эта ординация представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Ординация объектов по ГК-1 и ГК-2 по данным за 2013–2014 гг.

Ординация по ГК-1 и ГК-3 показала, что объекты делятся на группу с высоким значением цветности и содержанием Рмин. аммоний-иона при низком значении нитрит-ионов, и на группу, у которой количество нитрит-ионов больше, но меньше аммоний-ионов Рмин. и ниже цветность.  По ГК-2 и ГК-3 объекты делятся на две группы: первая группа включает объекты с наибольшим количеством растворенного в воде кислорода, Робщ. и аммоний-ионов при уменьшении количества нитрат-ионов и нитрит-ионов.

По ГК-1 и ГК-4 объекты разделены на следующие две группы: первая группа соответствует признаку «увеличение значений цветности, Рмин., нитрат-ионов», а вторая ― наоборот, уменьшению этих признаков.

Ординация объектов по ГК-3 и ГК-4 разделила исследуемые объекты на две группы: первая группа (первая станция отбора проб весной 2013 г., вторая станция летом 2013 и 2014 гг., весной 2014 г., третья станция весной 2014 г.) должна содержать большее количество аммоний-ионов, нитрат-ионов, чем вторая (третья станция отбора проб осенью 2014 г.).

Ординация объектов по ГК-2 и ГК-4 выделила следующие две группы: 1 ― объекты с наибольшим количеством растворенного в воде кислорода, Робщ., нитрат-ионов (первая станция отбора проб летом 2014 г., вторая станция летом, осенью 2014 г. и летом 2013 г., третья станция весной, летом 2013 г. и летом 2014 г.); 2 ― объекты с наименьшими значениями данных признаков (первая станция отбора проб осенью 2013 и 2014 гг. и летом 2013 г.). Эта информация подтверждается абсолютными значениями, полученными в ходе анализа данных (табл. 1).

Также были подвергнуты компонентному анализу гидрохимические показатели вод реки Неглинки за 1997 г. (табл. 4). В результате были получены две значимые главные компоненты, описывающие 87,4 % изменчивости признаков, при этом значение дисперсии для ГК-1 равно 7,23, а для ГК-2 ― 1,51.

Таблица 4

 Факторные нагрузки по главным компонентам по данным за 1997 г.

Показатели

ГК-1

ГК-2

рН

0,305112

0,330029

Цветность

–0,330943

–0,20739

Растворенный О2

0,088493

0,630492

БПК5

0,341432

–0,169927

ПО

–0,34871

–0,159757

NH4+

0,346838

–0,213503

NO2-

0,355934

–0,148014

NO3-

0,282485

0,375533

Р мин.

0,318297

–0,34227

Р общ.

0,351114

–0,265496

Факторные нагрузки показывают, что взаимные корреляции всех признаков невелики. Первая компонента (ГК-1) выявляет следующую зависимость между рассмотренными гидрохимическими показателями: увеличение pH, БПК5, NH4+, NO2-, Рмин. и Робщ. при уменьшении цветности и ПО; вторая компонента (ГК-2) cоздается в основном за счет переменной «Растворенный О2» (0,630492), при увеличении которой также увеличиваются показатели рН и NO3-.

Заключение

В настоящее время малые реки испытывают интенсивное и многообразное антропогенное влияние в пределах городских территорий. Проведенные гидрохимические исследования вод реки Неглинки, протекающей через территорию города Петрозаводска, показали, что она находится под сильным антропогенным влиянием ― пять из десяти гидрохимических показателей превышают ПДКр/х. Результаты исследования свидетельствуют, что качество природных вод реки претерпевает негативные изменения в многолетнем аспекте и также при транзите через городскую территорию.

Установлено, что при транзите вод реки Неглинки через городскую территорию от истока к устью рН среды сдвигается в щелочную сторону, увеличивается количество нитрат-ионов и нитрит-ионов, при этом уменьшаются значения цветности, перманганатной окисляемости. В центральной части реки воды характеризуются максимальными значениями БПК5, аммоний-иона, фосфора общего и минерального. Это связано с разбавлением природных вод реки стоками с городской территории.

Компонентный анализ показал следующие взаимосвязи между показателями качества вод реки Неглинки в  2013–2014 гг.: при увеличении значений цветности увеличивается количество фосфатов; при увеличении растворенного в воде кислорода и фосфора общего идет уменьшение нитрат-ионов; при увеличении количества аммоний-ионов уменьшается концентрация нитрит-ионов; при увеличении количества нитрат-ионов идет уменьшение значений БПК5 и ПО.  А в 1997 г. были характерны следующие зависимости: при увеличении pH, БПК5, NH4+, NO2-, Рмин. и Робщ. уменьшаются цветность и ПО; при увеличении растворенного кислорода увеличиваются показатели рН и NO3-.

Таким образом, река, протекая через городскую территорию, аккумулирует в себе и выносит в Петрозаводскую губу Онежского озера большое количество органических веществ, биогенных элементов, особенно в периоды весеннего и осеннего половодья. Это свидетельствует о необходимости проведения в дальнейшем мониторинга и принятия мер по охране вод реки Неглинки.

Авторы выражают огромную благодарность Ореховой Н.А. за помощь при отборе проб и первичной обработке материалов.

 
Рецензенты:

Шустов Ю.А., д.б.н., профессор, профессор кафедры зоологии и экологии, ФГБУ ВПО «Петрозаводский государственный университет», г. Петрозаводск;

Шкляревич Г.А., д.б.н., профессор, профессор кафедры зоологии и экологии, ФГБУ ВПО «Петрозаводский государственный университет», г. Петрозаводск.


Библиографическая ссылка

Дзюбук И.М., Клюкина Е.А. ДИНАМИКА КАЧЕСТВА ВОД РЕКИ НЕГЛИНКИ ПРИ ТРАНЗИТЕ ИХ ЧЕРЕЗ ТЕРРИТОРИЮ ГОРОДА ПЕТРОЗАВОДСКА // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 5. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=22660 (дата обращения: 26.09.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074