CC BY
72
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЗАГРЯЗНЕНИЯ ДАГЕСТАНСКОГО ШЕЛЬФА КАСПИЙСКОГО МОРЯ НЕФТЯНЫМИ УГЛЕВОДОРОДАМИ
®2010 Монахова Г.А., Расулова М.М.
Дагестанский государственный университет
Освещается опыт использования методики экологической оценки загрязнения морской среды. Определены основные экологические параметры, характеризующие состояние загрязненности нефтяными углеводородами акватории Дагестанского шельфа Каспийского моря и устойчивость прибрежных морских экосистем к воздействию нефтяного загрязнения (концентрация и нагрузка нефтяных углеводородов, потенциалы загрязнения и очищения, ассимиляционная емкость, экологическое благополучие и норма загрязнения).
The article throws some light upon the experiment of the ecological estimation of the sea pollution. They defined main ecological parameters of the oil hydrocarbons pollution state in Dagestan self of the Caspian sea and the seaside ecosystems stability to the oil pollution (the concentration and the loading of the oil hydrocarbons, pollution and refinement potentials, assimilation volume, ecological prosperity and pollution standarts).
Ключевые слова: Каспийское море, Дагестанский шельф, экологическая оценка, нефтяные углеводороды.
Keywords: the Caspian sea, Dagestan self, ecological estimation, oil hydrocarbons.
Каспийское море по праву называют уникальным водоемом. Присущие исключительно ему черты легко найти и в геоморфологии, и в гидрологии, и в биологии, и в экологии моря. Общение с Каспием, как со всякой яркой «личностью», требует особого подхода. Если где-то это и удается, то только не в области нормирования
антропогенного воздействия на морские экосистемы. Здесь по-прежнему преобладает
унифицированный подход, ставящий его в один ряд с другими морскими рыбохозяйственными водоемами. К тому же набор инструментов, используемых в этой области, достаточно ограничен и требует
проведения специальных
исследований [1, 3, 4].
Альтернативой унифицированному подходу
является экологическое
нормирование, учитывающее при определении допустимого
воздействия на природные системы их индивидуальные особенности, уязвимость или, наоборот, устойчивость к тому или иному виду воздействия. Актуальной для науки остается задача разработки методологии экологического
нормирования, не требующей всесторонних исследований и опирающейся на данные государственного мониторинга
окружающей среды.
Одним из примеров решения этой задачи является разработанная в Каспийском морском научно-
исследова-тельском центре
методология экологической оценки загрязнения морской среды,
включающая в себя определение потока загрязняющих веществ, проходящего через морскую экосистему, и его критического значения, превышение которого вызывает нарушение ее
жизнедеятельности [5]. Указанная методология дополнена
показателями оценки локального
загрязнения, разработанными при непосредственном участии авторов [2].
Здесь представлены результаты исследований, выполненных для
акватории западной части Среднего Каспия, которую также называют Дагестанским шельфом Каспийского моря. Часть из них уже опубликована в атласе «Экологическая оценка загрязнения западной части
Среднего Каспия нефтяными углеводородами» [6],
подготовленном в сотрудничестве с Каспийским морским научно-исследовательским центром. В
основу работы положены данные многолетних наблюдений за загрязнением морских вод, собранные Государственным
океанографическим институтом в
рамках проекта «Моря» и
дополненные Дагестанским центром по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды.
Материалы и методика
Материалами для исследования послужили данные измерений концентрации нефтяных
углеводородов в морской воде,
выполнявшихся в соответствии с
программой Государственной
службы наблюдений в период 1978-2005 гг. в восьми прибрежных районах: Лопатин, взморье р. Терека, взморье р. Сулака, Махачкала, Каспийск, Избербаш, Дербент и взморье р. Самура. Наблюдения за
загрязнением прибрежных морских вод Дагестана представляют исключительную ценность, поскольку это единственный участок акватории Каспийского моря, где они не приостанавливались в 90-е годы прошлого столетия.
Сформирован исходный массив данных, содержащий 8098 записей измерений концентрации нефтяных углеводородов в прибрежных водах Дагестана. Обработка и анализ этого массива проводилась в соответствии с методами, описанными в атласе «Экологическая оценка загрязнения западной части Северного Каспия нефтяными углеводородами» [5]. Вычислены: нагрузка по нефтяным углеводородам, потенциалы
загрязнения и очищения,
ассимиляционная емкость,
экологическое благополучие и экологическая норма загрязнения.
Для оценки локального загрязнения использовались два показателя: диапазон локального
загрязнения (DPL) и вес локального загрязнения (PPL) [2]. Первый показатель применялся для оценки ширины области локального загрязнения. Второй показатель использовался для оценки вклада локального загрязнения в общее загрязнение акватории:
max max / ^ \
С,
PPL = —1------хЮО. (2)
С”
В данных формулах: С" -
средняя концентрация
загрязняющего вещества в натуральном ряду наблюдений, мг/л; Ст - средняя концентрация загрязняющего вещества в модифицированном ряду
наблюдений, мг/л; С”ах -
максимальная концентрация
загрязняющего вещества в натуральном ряду наблюдений, мг/л;
С”ах - максимальная концентрация
загрязняющего вещества в модифицированном ряду
наблюдений, мг/л; С/ - предельно допустимая концентрация, мг/л.
Для выявления «горячих» точек, характеризуемых повышенным
уровнем как фонового, так и локального загрязнения,
использовался показатель НР, рассчитываемый по формуле:
НР = С'" хОРЬхРРЬ. (3)
Показатели экологической оценки загрязнения Дагестанского шельфа Каспийского моря
Для иллюстрации проведенной экологической оценки из
соображений наглядности выбран район Махачкалы.
В данном районе наблюдения за загрязнением морских вод в период 1978-2005 гг. проводились на девяти станциях, схема расположения которых приведена на рисунке 1. В исходный массив данных включено 2643 записи концентрации нефтяных углеводородов в поверхностном и придонном слоях воды.
Для исходных массивов данных рассчитывалась только средняя и максимальная концентрация
нефтяных углеводородов (НУ) в воде. Для определения показателей
экологической оценки загрязнения использовались модифицированные массивы данных (исходные массивы после удаления значений,
характеризующих локальное
загрязнение).
Рис. 1. Карта-схема расположения станций в районе Махачкалы. На
диаграмме в правом верхнем углу представлены данные о сезонной изменчивости концентрации НУ в поверхностном (а) и придонном (Ь) слоях воды (мг/л) в районе. Номера на оси абсцисс - месяцы года
Данные о сезонной и многолетней изменчивости концентрации НУ в воде приведены, соответственно, на рисунках 1 и 2. Сведения о показателях экологической оценки загрязнения (нагрузке, потенциалах очищения и загрязнения,
ассимиляционной емкости,
экологического благополучия и
нормы) приведены в таблицах 2-6 и на рисунках 3-5.
С, мг/л
Рис. 2. Многолетние изменения концентрации НУ в воде (мг/л) в районе Махачкалы (о -поверхностный слой;
0 - придонный слой)
Из диаграммы сезонной динамики концентрации НУ в поверхностном и придонном слоях в районе
Махачкалы следует, что в
поверхностном горизонте не наблюдается выраженных сезонных изменений, значения концентрации меняются в основном в пределах ПДК (рис. 1). Незначительное
снижение отмечается в марте и июле (немногим менее 0,05 мг/л), а рост -в мае и сентябре (0,06 мг/л). В придонном слое воды изменчивость еще более сглаженная: происходит уменьшение концентрации НУ в январе и марте до 0,04 мг/л, в мае значения поднимаются до 0,05 мг/л и далее не меняются.
Ход многолетней изменчивости концентрации НУ в районе Махачкалы вплоть до 1994 г. обнаруживает сходство с таковым в большинстве районов Дагестанского шельфа, а после 1995 г. - с районом взморья р. Сулака. Среди отличительных особенностей
следует в первую очередь отметить достижение значительного пика в придонном слое (0,18 мг/л) в 1978 г., а также общее снижение концентрации НУ в 1983 г. до минимальной (рис. 2). Наименьшие значения в районе Махачкалы также зарегистрированы в 1985 и 1992 гг. (0,01-0,02 мг/л). Максимальные значения как в поверхностном, так и в придонном горизонтах отмечаются в 1982, 1984 и 1990 гг. (0,08 и 0,12 мг/л). Остальной период
характеризуется незначительными по амплитуде колебаниями в пределах 0,03-0,07 мг/л.
В целом многолетняя динамика концентрации НУ в поверхностном и придонном слоях в период 1982-2005 гг. практически идентична, за
исключением 1988 г. (незначительное превышение в поверхностном слое) и 1997 г. (рост концентрации в поверхностном - снижение в придонном горизонтах) и 2005
(положительный тренд в
поверхностном слое).
Согласно представленным в таблице данным по максимальной нагрузке, для всего исследуемого района присутствует явная закономерность достижения
максимума в январе (табл. 1).
Исключение составляют лишь две
станции: на ст. 36 пик смещается на март, в январе наблюдается
минимум, а на ст. 38 максимум достигается раньше - в октябре и составляет предельное значение для всего района Махачкалы в 4,03 тонн/км2 (рис. 3). Снижение в основной части акватории района происходит в октябре, а на ст. 17 и 21 низкие значения также присущи июлю, а на ст. 38 - марту.
Абсолютный минимум составляет 0,54 тонн/км2 и регистрируется в октябре.
Таблица 1
Максимальная нагрузка по нефтяным углеводородам (тонн/км2) в районе
Махачкалы
Станции Сезоны
Январь Март Май Июль Сентябрь Октябрь
17 1,09 0,70 0,69 0,64 0,77 0,71
18 3,02 1,25 1,76 1,30 1,36 0,94
19 1,91 1,37 1,37 1,08 1,16 0,65
20 2,97 2,51 2,01 1,55 1,82 1,35
21 2,60 1,63 1,34 1,00 1,43 1,01
35 1,22 1,10 1,10 0,96 1,17 0,76
36 0,73 1,32 1,11 0,93 0,82 0,76
37 1,04 0,62 0,73 0,65 0,76 0,54
38 3,94 1,01 1,77 1,43 1,25 4,03
Рис. 3. Максимальная нагрузка по нефтяным углеводородам, тонн/км2, на акваторию Махачкалы: I- январь, VI- октябрь
Значимое повышение
потенциалов загрязнения происходит в осенний сезон в превалирующей части станций (табл. 2). На ст. 18 и 20 пик сдвигается в сторону
предзимья. Ст. 35 выбивается из общей картины за счет увеличения значений в весенний период. В
первой половине лета на
существенной части акватории
района наблюдается снижение значений потенциалов загрязнения (ст. 4) (рис. 4). На остальной части (ст. 18, 37-38) регистрируется спад в зимний период. Наивысший предел потенциалов загрязнения в районе Махачкалы составляет 3,49 тонн/км2мес. (осенний сезон), а абсолютный минимум - 0,06
тонн/км2 мес. (1-я половина лета).
Рис. 4. Потенциалы загрязнения акватории Махачкалы нефтяными углеводородами, тонн/км2мес.: III- первая половина лета, V- осень
Таблица 2
Потенциалы загрязнения морской среды (тонн/км2 мес.) в районе
Махачкалы
Станции Сезоны
зима весна 1-я пол. лета 2-я пол. лета осень предзимье
17 0,29 0,14 0,32 0,15 0,43 0,15
18 0,33 0,78 0,49 0,44 0,54 1,01
19 0,35 0,30 0,06 0,28 0,65 0,31
20 0,66 0,67 0,44 0,72 0,44 0,99
21 0,61 0,67 0,07 0,38 0,94 0,15
35 0,34 0,40 0,18 0,32 0,28 0,21
36 0,29 0,43 0,15 0,33 0,51 0,24
37 0,16 0,27 0,17 0,19 0,38 0,30
38 0,25 0,88 0,50 0,36 3,50 1,23
Существенное увеличение
потенциалов очищения на
значительной части района
Махачкалы фиксируется в осенний сезон (табл. 3). Исключение
составляют только ст. 18 и 38, где наибольшие значения отмечаются несколько позже - зимой. Относительно периодов регистрации пониженных значений на акватории
района не наблюдается столь явной закономерности: для половины
станций (18, 35-38) минимальные значения достигаются весной, еще для двух (17 и 20) - в предзимье, а для 19 и 21 - во второй половине лета. Абсолютный максимум наблюдается осенью и составляет 1,81 тонн/км2 мес., минимум -весной, достигая нулевого значения.
Таблица 3
Потенциалы очищения морской среды (тонн/км2 мес) в районе
Махачкалы
Станции Сезоны
зима весна 1-я пол. лета 2-я пол. лета осень предзимье
17 0,20 0,30 0,19 0,32 0,68 0,16
18 0,99 0,00 0,73 0,46 0,49 0,28
19 0,57 0,24 0,35 0,19 1,16 0,22
20 0,61 0,41 0,34 0,52 1,82 0,11
21 1,00 0,46 0,35 0,16 1,20 0,25
35 0,29 0,14 0,14 0,24 0,98 0,25
36 0,22 0,10 0,24 0,27 0,82 0,21
37 0,42 0,06 0,27 0,20 0,53 0,18
38 1,46 0,21 0,40 0,43 0,65 0,36
Отличительной чертой сезонной изменчивости ассимиляционной емкости в районе Махачкалы является ярко выраженный рост значений в осенний сезон (табл. 4). В распределении минимальных
значений емкости уже наблюдаются как сезонные расхождения, так и различия по станциям. Для половины станций наблюдаются наименьшие, а еще для двух - пониженные значения в сезон весны. По всей акватории сравнительно невысокие
значения емкости регистрируются в 1-й половине лета, а также в предзимье. Для двух станций района Махачкалы (19 и 21) ассимиляционная емкость принимает минимальные значения во 2-й половине лета (0,07 тонн/км2 мес.). Абсолютный максимум характерен для осеннего сезона (0,57 тонн/км2 мес.), а предельное наименьшее значение - для весеннего (нулевое) (рис. 4).
Таблица 4
Ассимиляционная емкость акватории (тонн/км2 мес) в районе
Махачкалы
Станции Сезоны
зима весна 1-я пол. лета 2-я пол. лета осень предзимье
17 0,05 0,12 0,07 0,14 0,24 0,06
18 0,17 0,00 0,22 0,19 0,19 0,15
19 0,12 0,07 0,10 0,07 0,40 0,13
20 0,12 0,09 0,10 0,19 0,57 0,05
21 0,16 0,12 0,11 0,07 0,36 0,11
35 0,10 0,05 0,05 0,11 0,36 0,14
36 0,11 0,03 0,08 0,10 0,35 0,10
37 0,11 0,03 0,10 0,09 0,19 0,09
38 0,23 0,13 0,14 0,19 0,32 0,06
Рис. 5. Ассимиляционная емкость акватории Махачкалы в отношении нефтяных углеводородов, тонн/км2 мес.: II- весна, V- осень
Поскольку нагрузка и
ассимиляционная емкость
подвержены изменениям в пространстве и времени, то оценка экологического благополучия и экологической нормы загрязнения производится применительно к конкретной экологической ситуации. В качестве примера в таблице 5 приведена оценка экологического благополучия в районе Махачкалы в сентябре 2004 года.
Напомним, что положительное значение экологической нормы (Л/) указывает на возможное повышение нагрузки по нефтяным
углеводородам при сохранении
экологического благополучия, а
отрицательное значение - на
необходимость снижения нагрузки на взятую по модулю величину N для достижения относительно
экологического благополучия.
Таблица 5
Оценка экологического благополучия и экологической нормы загрязнения в районе Махачкалы в сентябре 2004 года
Номер станции 17 18 19 20 21 35 36 37 38
Благополучие Нет Отн. Нет Нет Есть Отн. Отн. Нет Отн.
/V, тош/км2мес -0,03 +0,08 -0,02 -0,02 +0,40 +0,27 +0,24 -0,02 +0,20
Также, используя составленную базу данных по НУ, для различных районов Дагестанского шельфа мы
произвели расчет показателей локального загрязнения. Результаты расчетов приведены в таблице 6.
Таблица 6
Показатели локального загрязнения нефтяными углеводородами
районов
Дагестанского шельфа Каспийского моря по данным наблюдений
Росгидромета за период 1978-2005 гг.
Район С" С" V-' шах С" СI 0Р1_ РР1_ НР
Лопатин 0,08 3,02 0,05 0,35 53,4 37,5 1,00
Терек 0,08 0,84 0,06 0,40 8,8 25,0 0,13
Сулак 0,07 0,91 0,05 0,30 12,2 28,6 0,17
Махачкала 0,07 1,40 0,05 0,60 16,0 28,6 0,23
Каспийск 0,06 1,06 0,05 0,30 15,2 16,7 0,13
Избербаш 0,08 1,81 0,06 0,46 27,0 25,0 0,41
Дербент 0,08 1,63 0,06 0,39 24,8 25,0 0,37
Самур 0,07 0,82 0,05 0,32 10,0 28,6 0,14
Из полученных данных следует, что локальное загрязнение
нефтяными углеводородами морских вод Дагестанского шельфа более всего выражено в его северной части (Лопатин), наиболее подверженной влиянию волжского стока. Также, в соответствии с показателем НР (табл. 6), к «горячим» точкам
Дагестанского шельфа по уровню
нефтяного загрязнения следует отнести, помимо Лопатина, еще два района: Избербаш и Дербент.
Наиболее вероятной причиной
повышенного уровня загрязнения этих двух районов является
отсутствие городских очистных
сооружений в одноименных городах.
Заключение
На основании проведенного
исследования можно утверждать, что отдельные районы Дагестанского шельфа отличаются друг от друга по основным показателям
экологической оценки загрязнения акватории нефтяными
углеводородами. Например,
обращает на себя внимание, что средняя концентрация НУ в воде и средняя нагрузка по нефтяным
углеводородам на акваторию в районе Дербента ниже, чем в районах, подверженных влиянию речного стока (взморье Терека), или в районах расположения промышленных центров (Махачкала).
С другой стороны, в экологической оценке загрязнения различных районов можно найти и сходные черты. Они, как правило, касаются сезонной изменчивости показателей. Например, для всех
районов характерно повышение
потенциала очищения и
ассимиляционной емкости акватории в осенний период, причиной чего, очевидно, является усиление
водообмена между прибрежной
акваторией и открытой частью моря в связи с осенним повышением ветровой активности.
Что касается оценки
благополучия, как следует из
полученных данных, даже в
пределах одного района
экологическое благополучие
акватории по уровню нефтяного загрязнения может широко
варьировать. Из всех районов это больше всего характерно для Махачкалы, что, по-видимому,
указывает на наличие здесь локальных источников загрязнения.
В акватории Дагестанского шельфа можно выделить три района с выраженным локальным загрязнением: Лопатин, Избербаш и Дербент. Первый из них наиболее подвержен влиянию волжского стока, а наиболее вероятной причиной
повышенного уровня загрязнения в двух последних районах является отсутствие городских очистных сооружений в одноименных городах.
Таким образом, проведение экологической оценки загрязнения нефтяными углеводородами
прибрежных вод Дагестана в целом подтвердило эффективность
использования данной методологии для решения важнейшей прикладной задачи морской экологии -экологического нормирования
загрязнения морской среды.
Примечания
1. Левич А. П., Булгаков Н. Г., Максимов В. Н. Теоретические и методические основы технологии регионального контроля природной среды по данным экологического мониторинга. М. : МГУ, 2004. 225 с. 2. Монахова Г. А, Абдурахманов Г. М., Островская Е. В., Штунь С. Ю. О локальном нефтяном загрязнении Дагестанского шельфа Каспийского моря // Материалы 2-й межд. конф. молодых ученых и специалистов «Комплексные исследования биологических ресурсов южных морей и рек» (11-13 апреля 2007 г., г. Астрахань). Астрахань : Изд-во КаспНИРХ, 2007. С. 66-68. 3. Практическое пособие по разработке раздела «Оценка воздействия на окружающую среду» при обосновании инвестиций в строительство предприятий, зданий и сооружений. М. : ГП «ЦЕНТРИНВЕСТпроект», 1998. 59 с. 4. Шитиков В. К., Розенберг Г. С., Зинченко Т. Д. Количественная гидроэкология: методы системной идентификации. Тольятти : ИЭВБ РАН, 2003. 463 с. 5. Экологическая оценка загрязнения западной части Северного Каспия нефтяными углеводородами. Атлас / отв. ред. С. К. Монахов. Астрахань : Каспийский морской научно-исследовательский центр, 2005. 52 с. 6. Экологическая оценка загрязнения западной части Среднего Каспия нефтяными углеводородами. Атлас / отв. ред. Г. М. Абдурахманов, С. К. Монахов. Астрахань : Каспийский морской научно-исследовательский центр, 2007. 50 с.
Статья поступила в редакцию 23.07.2010 г.
Исследования выполнены в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг., Государственный контракт № П1440.
