Характеристика химического состава вод и донных отложений крупных водоемов г. Якутска Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

Ксенофонтова М.И.1, Легостаева Я.Б.2, Ябловская П.Е., Трофимова Л.Н. ©

1К.г.н., 2к.б.н., НИИПЭС СВФУ им. М.К. Аммосова

ХАРАКТЕРИСТИКА ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ВОД И ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ

КРУПНЫХ ВОДОЕМОВ Г. ЯКУТСКА

Аннотация

В работе приведены результаты гидрохимических исследований водоемов г. Якутска. По данным 2012 г. городские водоемы имеют малую, среднюю и повышенную минерализацию со слабощелочной средой и мягкой водой, состав воды преимущественно гидрокарбонатного класса с преобладанием катионов натрия и магния. В озерах Сайсары, Хатынг Юрях и Ытык Кюель превышения нормативов ПДК для культурно-бытовых целей выявлено по Fe<бщ. По остальным показателям превышений не выявлено. Отмечается тенденция к увеличению содержания Mn, в отдельных водоемах уменьшается концентрация Feобщ. и NH4+. Количество меди и свинца в озерных водах остается стабильным.

Ключевые слова: городские водоемы, г. Якутск, Сайсары, Сергелях, гидрохимические исследования.

Keywords: city lakes, Yakutsk, Saysar, Sergelyach, hydrochemistry research.

Водоемы, расположенные внутри городских территорий, являются одними из наиболее уязвимых к антропогенному воздействию компонентов ландшафта. При любом антропогенном воздействии нарушается естественное равновесие между биотическими и абиотическими составляющими озерной экосистемы, что приводит к интенсивному заилению и обмелению озер, их зарастанию и загрязнению [6].

В рамках «Экологического мониторинга долины Туймаада» сотрудниками НИИПЭС СВФУ начиная с 2000г. проводятся регулярные мониторинговые наблюдения компонентов экосистемы с целью детализированного и комплексного изучения урбанизированных территорий г. Якутска [3]. Город Якутск - один из наиболее крупных городов России расположенных в пределах криолитозоны и расположен в пределах Центрально Якутской равнины. Территория города общей протяженностью 160 км2, планировочная структура города радиально-кольцевая [4].

В связи с ростом территории города Якутска и ее застройкой проточность большинства озер нарушена, в некоторых водоемах отсутствует проточность из-за снижения пропускной способности. В связи с этим озера, ранее регулярно очищавшиеся естественным путем, начали загрязняться, цвести, зарастать камышом и мелеть.

Начиная с 2000 г. регулярным гидрохимическим наблюдением охвачены такие крупные озера г. Якутска, как Сайсары, Белое, Сергелях, Хатынг Юрях и Ытык Кюель. Данные озера относятся к водно-эрозионному (старичному) типу, имеют удлиненную и округлую форму.

Водоемы в черте г. Якутск используются для рекреационных целей и для полива огороднических хозяйств, поэтому при оценке качества озерных вод использованы нормативы предельно-допустимых концентраций для культурно-бытового водопользования (далее ЦДКк/б) согласно ГН 2.1.5.1315-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования» [2].

В 2012 г. пробы воды отобраны в последней декаде июля в период летней межени. В каждом из исследованных озер были заложены от 2 до 4 точек наблюдения.

Химико-аналитические исследования проведены в лаборатории физико-химических методов анализа Научно-исследовательского института прикладной экологии Севера Северо-Восточного федерального университета им. М.К. Аммосова (аттестат аккредитации РОСС RU.0001.517741).

Озеро Сайсар является одним из крупных озер г. Якутска и входит в состав уникальных озер Республики Саха (Якутия) (рис. 1). Площадь водного зеркала составляет 0,36 км2; длина - 1,3 км; ширина 0,5 км; глубина в среднем достигает до 6 м.

В период исследования по классификации Алекина О.А. (1953) [1] вода оз. Сайсары характеризуется средней минерализацией, мягкой водой со слабощелочной средой.

© Ксенофонтова М.И., Легостаева Я.Б., Ябловская П.Е., Трофимова Л.Н., 2013 г.

Рис. 1. Уникальное озеро Сайсар

Химический состав воды сложный, преимущественно гидрокарбонатно-натриево-магниевый. Содержание растворенного кислорода соответствует летнему нормативу, количество взвешенных веществ составляет <2,0 мг/дм3.

Превышений нормативов ПДК для культурно-бытового водопользования выявлено по общему железу до 2,2 раз. Остальные показатели находятся в пределах нормативов ПДКк/б.

С 2009 года проводится ежегодный мониторинг за некоторыми биогенными элементами и микроэлементами. Динамика их изменения представлены в рис. 2.

Рис. 2. Изменение концентрации некоторых биогенных элементов и микроэлементов за период 2009-2012

гг.

Как видно из рис. 3 отмечается тенденция к повышению концентрации общего железа и марганца, уменьшения содержания цинка, концентрация свинца и меди преимущественно стабильно.

Оз. Белое расположен в Гагаринском округе (рис. 3). Площадь зеркала воды оз. Белое составляет 0,67 км2, объем воды 1,9 мнл. м3, глубина максимальная 6,5 м, средняя глубина 2,9, длина озера 1,3 км, ширина максимальная 1,28 км.

Рис. 3. Озеро Белое

В период исследования озерная вода характеризуется повышенной минерализацией со слабощелочной средой и мягкой водой. По классификации Алекина О.А. (1953) вода преимущественно гидрокарбонатного класса с преобладанием катионов натрия и магния. Содержание взвешенных веществ составляет до 15 мг/дм3. Концентрация растворенного кислорода соответствует летнему нормативу. Превышений нормативов ПДКк/б по исследованным показателям не выявлено.

По сравнению с 2009-2011 г. отмечается понижение концентрации общего железа и иона-аммония, увеличение содержания марганца, зафиксирован цинк, концентрация меди стабильное (рис.

4).

Рис. 4. Динамика изменения концентраций иона-аммония и микроэлементов за период исследования

2009-2012 гг.

Озеро Сергелях расположено в селитебной зоне г. Якутска. Площадь водного зеркала составляет 1,12 км2, длина в среднем достигает до 8 км; ширина до 0,14 км; средняя глубина до 5 м.

В период исследования вода озера Сергелях характеризуется малой минерализацией со слабощелочной средой и мягкой водой. Состав воды преимущественно гидрокарбонатного класса с преобладанием катионов натрия и магния.

Содержание растворенного кислорода соответствует летнему нормативу. Превышений нормативов ПДКк/б по исследованным показателям не выявлено.

По сравнению с 2009-2011 г. наблюдается повышение концентрации общего железа и марганца, уменьшение содержания иона-аммония, количество меди и свинца стабильное, зафиксирован цинк (рис. 5).

со

0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 -0,1

0,04

0,035

0,03

0,025

0,02

0,015

0,01

0,005

0

Рис. 5. Изменение содержаний некоторых биогенных элементов и микроэлементов в воде оз. Сергелях за

период 2009-2012 гг.

Оз. Хатынг Юрях расположен в селитебной зоне г. Якутск (рис. 6). Площадь зеркала воды составляет 0,3 км2, объем воды 0,25 мнл м3, глубина максимальная 3,0 м, средняя глубина 1,1 м, длина озера 5,2 км, максимальная ширина 0,16 км.

В период исследования озерная вода характеризуется слабощелочной средой, средней минерализацией и мягкой водой. Состав воды по классификации Алекина О.А. гидрокарбонатного класса с преобладанием катионов натрия и магния. Концентрация растворенного кислорода

соответствует летнему нормативу, количество взвешенных веществ незначительно и составляет 23

3

дм.

Превышения нормативов ПДКк/б выявлено по общему железу до 1,4 раз, по остальным показателям превышения не зафиксированы.

Рис. 6. Озеро Хатынг-Юрях

Динамика изменения некоторых биогенных элементов и микроэлементов представлена на

рис. 7.

0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 -0,1

0,045

0,04

0,035

0,03

0,025

0,02

0,015

0,01

0,005

0

Рис. 7. Изменения концентраций некоторых биогенных элементов и микроэлементов в воде оз.Хатынг

Юрях за 2009-2012 гг.

Как видно из рис. 7 отмечается тенденция к снижению концентрации общего железа и иона-аммония, увеличение содержания марганца, концентрация меди и свинца стабильное, зафиксирован цинк.

Озеро Ытык Кюель расположено в селитебной зоне г. Якутска. Площадь водного зеркала составляет 0,51 км2, длина водоема достигает до 1,7 км, ширина до 0,3 км; максимальная глубина озера 4 м.

В период исследования озерная вода имеет среднюю минерализацию, нейтральную среду и мягкую воду. Состав воды преимущественно гидрокарбонатного класса с преобладанием катиона кальция. Концентрация растворенного кислорода соответствует летнему нормативу, количество взвешенных веществ составляет 54 мг/дм3. Превышения нормативов ПДКк/б выявлено по общему железу до 3,8 раз, остальные показатели в пределах нормативов ПДКк/б. По сравнению с 2011 г увеличилось содержание общего железа до 1,4 раз. Остальные показатели стабильны.

Таким образом, в 2012 г. городские водоемы имеют малую, среднюю и повышенную минерализацию со слабощелочной средой и мягкой водой. Состав воды преимущественно гидрокарбонатного класса с преобладанием катионов натрия и магния. Превышений нормативов ПДК для культурно-бытовых целей выявлено только по общему железу в озерах Сайсары, Хатынг Юрях и Ытык Кюель. Также превышения ПДКк/б по общему железу зафиксированы и в предыдущих годах исследования [5].

По остальным показателям превышений не выявлено. По сравнению с прошлыми исследованиями отмечается тенденция к увеличению содержания марганца, в отдельных водоемах уменьшается концентрация общего железа и иона-аммония. Количество меди и свинца в озерных водах остается стабильным. В 2012 г. во всех исследованных водах зафиксирован цинк.

Донные отложения городских водоемов в большинстве случаев представлены песчаным составом с остатками детрита.

Химический состав донных отложений водоемов представлен в табл. 1. Содержание органического углерода варьирует от 0,2 до 5,9 % мас., что характерно для песчаного состава. Водородный показатель рН колеблется от 6,5 до 8,7. Нейтральная среда характерна для оз. Сергелях и Ытык Кюель, слабощелочная - оз. Хатынг Юрях и щелочная - оз. Белое и Сайсары.

Таблица 1

Характеристика химического состава донных отложений городских водоемов (2012 г.)

Водоем

Водородный показатель

_рН_

Органический углерод, % мас

Сайсары 8,7 0,2

Белое 8,7 0,2

Сергелях 6,5 5,9

Хатынг Юрях 8,1 0,5

Ытык Кюель 6,7 1,1

Микроэлементный состав донных отложений представлен в табл. 2. В связи отсутствием санитарно-гигиенических нормативов по донным отложениям, для оценки их нами рассчитан региональный геохимический фон. Региональный геофон микроэлементов донных отложений городских водоемов подсчитан по результатам количественного химического анализа с использованием метода атомной абсорбции с 2009 по 2012 гг. (п=32). В настоящее время идет накопление геохимической информации количественного состава микроэлементов донных отложений городских водоемов.

Таблица 2

Микроэлементный состав донных отложений водоемов г. Якутск

Водоем Содержание микроэлементов, мг/кг

РЬ № Мп Сd Со Сг гп Си As

Региональный геофон (п=32) 2, 18 1 , 42 40,29 0,05 0,86 0,85 9,03 2,36 0,28

Сергелях 4,36 6,32 63,44 0,16 2,13 1,66 17,72 7,14 0,69

Белое 1,38 0,50 17,01 0,03 0,43 0,51 6,86 1,23 0,13

Сайсары 1,12 0,50 21,04 0,03 0,41 0,50 6,07 1,12 0,13

Хатынг Юрях 2,13 0,82 47,81 0,04 0,55 0,61 7,67 1,82 0,20

По рассчитанным коэффициентам концентрации (Кк) донные отложения городских водоемов проявление повышенных относительно регионального геохимического фона концентраций ряда химических элементов выявлено только в оз. Сергелях (табл. 3).

Таблица 3

Коэффициенты концентрации микроэлементов в донных отложениях

водоемов г. Якутска

Водоем ККРЬ Кк№ Ккмп Кки ККСО Кксг Ккгп Ккси ККа8

Фон, мг/кг (п=32) 2,18 1,42 40,29 0,05 0,86 0,85 9,03 2,36 0,28

Сергелях 1,6* 2,3 1,1 2,0 1,7 1,5 1,1 1,7 1,6

Белое 0,5 0,4 0,7 0,6 0,5 0,7 0,9 0,7 0,5

Сайсары 0,7 0,4 0,6 0,7 0,6 0,6 1,3 0,5 0,5

Хатынг Юрях 0,9 0,7 1,3 0,6 0,9 0,9 0,6 0,7 1,0

*-значения превышающие региональный фон

По значениям коэффициентов концентрации построен микроэлементный накопительный ряд, характеризующие состав донных отложений оз. Сергелях:

Ni2,з—Сd2,o—(Со-Сu) и—(РЬ^) 1,6—>Сг],5 В других исследованных озерах превышений значений регионального фона по микроэлементам не выявлено. Значительный накопительный ряд микроэлементов в оз. Сергелях возможно зависит от относительно высокого содержания в донных отложениях органического вещества, который сорбирует ряд микроэлементов.

В таблице 4 приведена интегральная оценка качества городских водоемов по гидрохимическим показателям.

Таблица 4

Интегральная оценка качества вод и донных отложений городских водоемов

Водоем

Поверхностные воды

Донные отложения

Химический состав воды Превышение ПДКк/6 Характеристика среды Ккпдк

Сайсары М0,4 HCO, 77,5 SOJUCImj рН 7,9 Na47,4Mg40,9Ca10,8K0,9 Fe2.2 Щелочная -

Сергелях М0,2 HCO, 88,4 SO46,2CI5,3 рН 7,8 Mg49,5Na25,5Ca24,2K0,8 - Нейтральная Pb1,6 Ni2,3 Cd2,0 C01,7 СГ1,5 CU1,7 As1,6

Белое М0,5 HCO, 86,6 CI6,9 SO46J рН 8,4 Na50,6Mg38,5Ca9,5K1,4 - Щелочная -

Хатынг Юрях М0,4 HCO, 81,0 CI12,3 SO46,7 рН 7,9 Na49,3Mg34,1Ca15,2K1,3 Fe1.4 Слабощелочная -

Ытык Кюель М0,2 HCO,96,4SO42,6 CI0,1 рН 7,5 Ca70,4 Mg28,2Na1,0K0,8 Fe3.8 Нейтральная -

В целом, водоемы г. Якутска имеют не только эстетическое, но и хозяйственное значение. Десятки тысяч дачных хозяйств используют озера большого городского кольца для орошения огороднических хозяйств.

В городских водоемах уровень воды экстремально падает за счет уменьшения поступления количества атмосферных осадков (малоснежная зима, засушливое лето). Большинство специалистов одним из решений проблемы усыхания городских озер видят в восстановлении проточности крупных водоемов, проведение работ по их обводнению через шлюзы - регуляторы р. Шестаковка.

В целом, решение восстановления проточности улучшило бы экологическую ситуацию в городских водоемах.

Литература

1. Алекин О.А. Основы гидрохимии.-Л.: Гидрометеоиздат, 1953.

2. ГН 2.1.5.1315-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования» Постановление главного государственного санитарного врача РФ от 30 апреля 2003 г. №78

3. Легостаева Я.Б., Сивцева Н.Е., Макаров В.С. Эколого-геохимическая оценка состояния территории г. Якутска и прогноз дальнейшего развития ситуации // Научное обеспечение решения ключевых проблем развития г. Якутска. - Якутск: ООО «Издательство Сфера», 2010. - с.185-190

4. Легостаева Я.Б., Сивцева Н.Е., Дягилева А.Г., Ксенофонтова М.И., Томская Л.А., Ябловская П.Е. Эколого-геохимическая оценка состояния территорий наиболее крупных населенных пунктов Якутии // Проблемы региональной экологии. - Смоленск: Изд-во «Маджента», 2011-№4.-с. 49-54.

5. Руфова А.А., Ксенофонтова М.И., Ябловская П.Е. Мониторинг состояния озер г. Якутска по гидрохимическим показателям // Наука и образование. -Якутск, 2012.-№4 (68).- с.52-55.

6. Прыткова М.Я. Научные основы и методы восстановления озерных экосистем при разных видах антропогенного воздействия.-СПб.: Наука, 2002.-148 с.