CC BY
83
УДК 504.4.054
ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ СОСТОЯНИЯ РЕКИ БАРНАУЛКИ ПО ХИМИЧЕСКИМ ПОКАЗАТЕЛЯМ
Т.В. Носкова, Д.П. Подчуфарова, М.С. Лысенко, Е.А. Овчаренко, Т.С. Папина, О.В. Ловцкая, К.В. Марусин, А.В. Дьяченко
Институт водных и экологических проблем, Барнаул, E-mail: ntv@iwep.ru
Проведенное исследование показало значительное загрязнение р. Барнаулки как в черте г. Барнаула, так и в его пригородной зоне. Приоритетными поллютантами реки остаются фосфаты, нитриты и органические вещества, к которым в настоящее время следует добавить азот аммонийный. Огромный вклад в загрязнение р. Барнаулки вносит р. Пивоварка, протекающая только в пределах города.
Ключевые слова: загрязняющие вещества, поверхностный сток, урбанизированная территория, гидрохимический мониторинг.
DOI: 10.24411/2410-1192-2019-15515
Дата поступления 24.11.2019
Река Барнаулка является левым притоком Оби, в которую впадает в черте крупного административного центра г. Барнаула. По площади бассейна она относится к средним рекам, но по расходу воды - это малая река, питание которой на 60-80 % формируется за счет дождей и талых вод [1]. Поэтому загрязнение такого водотока напрямую связано со смывом химических веществ с водосборной площади. В бассейне р. Барнаулки располагаются сельскохозяйственные предприятия, пахотные земли, выпасы и водопои скота, а также населенные пункты, оказывающие заметное влияние на экосистему реки. Однако основное загрязнение происходит в черте г. Барнаула [2]. В силу особенностей рельефа городской территории поверхностный сток как организованный (через систему уличной ливневой канализации), так и диффузный практически без какой-либо очистки поступает в р. Барнаулку, которая служит концентратором и транспортером загрязнений урбанизированной территории в р. Обь. Приоритетными поллю-тантами р. Барнаулки являются органические и азотсодержащие вещества [35]. Постоянное наблюдение за качеством вод реки проводится Алтайским
центром по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды только в ее устье. В 1999-2001 гг. проведены комплексные исследования р. Барнаулки в пригороде и в черте г. Барнаула в разные гидрологические периоды [6]. Целью данной работы является оценка современного экологического состояния р. Барнаулки на основе новых результатов химико-аналитического исследования поверхностных вод в сравнении с ретроспективными данными.
Объект изучение и методы
Отбор проб воды в р. Барнаулки и в устье р. Пивоварки проводили 1719 июля и 13 сентября 2018 г. Анализ проб на гидрохимические показатели выполняли в Химико-аналитическом центре ИВЭП СО РАН. Определение основных компонентов выполнен методом ионной хроматографии на приборе ICS-3000 (Dionex, США). Для определения химического потребления кислорода (ХПК) использован спектрофотометр лабораторный DR 2800 (HACH Lange Company, Германия). Содержание нефтепродуктов (НП) и летучих фенолов (ЛФ) измерено анализатором жидкости Флюорат-02-3М (Люмэкс, Санкт-Петербург). Гидрокарбонаты определе-
ны методом титриметрии, а удельная электропроводность и рН - методом по-тенциометрии на приборе inoLab Multi Level 1 (WTW, Германия). Расположение створов и пунктов наблюдений, а также их условные обозначения представлено на рисунке 1.
Пункты отбора проб выбраны с учетом нарастания антропогенного влияния на реку Барнаулку. Пункт 1 расположен на входе в относительно густонаселенную пригородную зону. Пункт 2 находится рядом с административной границей г. Барнаула. Пункты 3-5 позволяют отследить изменения гидрохимических характеристик реки в зоне преимущественно малоэтажной застройки городских окраин. Пункт 5, расположенный в 50 м выше устья р. Пивоварки, является входной точкой в зону с максимальной антропогенной нагрузкой. В этом месте река протекает по центральной, плотно застроенной и густонаселенной части города. Наблюдения в пунктах 5, 9 (устье р. Пивоварки), 6 (расположен в 180 м ниже места впадения Пивоварки) позволят оценить вклад этого водотока в гидрохимический сток Барнаулки. На участке между пунктом 7 и устьем р. Барнаулки расположены выпуски городской системы ливневой канализации
в реку. Пункт 8 является замыкающим, находится в 150 м выше устья р. Барна-улки и ниже всех ливневых выпусков. Пункты 1, 3, 4, 6-8 совпадают со створами гидрохимического мониторинга р. Барнаулки, проводившегося ранее в июле и октябре 2000 г.
Обсуждение результатов
Пространственное распределение загрязняющих веществ в пунктах отбора поверхностных вод р. Барнаулки в июле и сентябре 2018 г. представлено на рисунке 2. Увеличение концентрации поллютантов и превышение ПДКр.х. .(оценку проводили относительно ПДКр.х., т.к. по данным Алтайского отделения Федерального агентства по рыболовству реки Барнаулка и Пивоварка имеют статус водных объектов рыбохо-зяйственного назначения) наблюдаются в пункте 6, который раположен в интенсивного антропогенного воздействия городской территории. Выше по течению от этого пункта в р. Барнаулку впадает ее левый приток р. Пивоварка, протекающая исключительно по городской территории в густонаселенных и промышленных зонах и оказывающая огромное влияние на загрязнение р. Бар-наулки.
Рис. 1. Карта-схема пунктов отбора водных проб в июле и сентябре 2018 г.
Рис. 2. Концентрации загрязняющих веществ в р. Барнаулке в июле и сентябре 2018 г.:
а - ХПК; б - фосфаты; в - нитриты, г - аммоний, д - нитраты е - нефтепродукты.
В таблице 1 представлены результаты анализа поверхностных вод устья р. Пивоварки (пункт 9) в сопоставлении с нормативами для водоемов рыбохо-зяйственного назначения (ПДКр.х). Поскольку для таких комплексных показателей как летучие фенолы и ХПК, отражающих загрязнение вод органическими веществами, не существует ПДКр.х.,
то для сравнения были использованы нормативы СанПиН 2.1.5.980-00 «Гигиенические требования к охране поверхностных вод» и ГН 2.2.5.1315-03 «Предельно допустимые концентрации химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования».
Таблица 1
Концентрации химических показателей в устье р. Пивоварки (пункт 9) в период летне-осенней межени 2018 г. в сравнении с водоохранными нормативами
Показатель Устье р. Пивоварки Доля ПДК ПДКр.х.
июль сентябрь июль сентябрь
X, мкСм/см н.д. 1158 н.н. н.н. н.н.
№+, мг/л 78 62 0,65 0,52 120
К+, мг/л 5,1 11 0,10 0,22 50
Са2+, мг/л 131 68 0,73 0,38 180
М^2+, мг/л 27 16 0,68 0,40 40
8042-, мг/л 149 97 1,49 0,97 100
С1-, мг/л 104 85 0,35 0,28 300
НСО3-, мг/л н.д. 478 н.н. н.н. н.н.
КН4+, мгМл 0,3 3,0 0,75 7,5 0,4
М02-, мгМл 0,79 0,03 39,5 1,5 0,02
N03- мгМл 9,3 0,03 1,03 0,003 9
РО43-, мгР/л 0,33 1,50 6,6 30 0,05
ХПК, мг0/л 46 139 1,53 4,63 30*
НП, мг/л 0,038 0,486 0,76 9,72 0,05
ЛФ, мкг/л 2,4 н.д. н.д. 2,4 1**
Примечание: х - удельная электропроводность,* - СанПин 2.1.5.980-00; ** - ГН2.1.5.1315-03; н.д. - нет данных; н.н. - не нормируется.
В зависимости от периода отбора концентрации определяемых гидрохимических показателей в р. Пивоварке заметно отличается, что может быть связано с различием параметров водного стока, а также с неравномерностью поступления загрязняющих веществ со сточными водами. Основными поллю-тантами реки являются азотсодержащие и органические вещества, сульфат и фосфат ионы. Река оказывает заметное влияние на загрязнение р. Барнаулки, которая не способна разбавить концентрации поступающих поллютантов (пункт 9). Поэтому ниже по течению (пункт 6) в реке все еще наблюдается очень высокое содержание загрязняющих веществ. Между пунктами 6 и 8 находятся также выпуски городской ливневой канализации, способствующие увеличению загрязнения р. Барнаулки. Превышение некоторых исследуемых показателей (ХПК, РО43-, №4+) в р. Барнаулке во всех пунктах отбора (рис. 2 а, б, г) скорее всего, вызвано особенностью почвенного покрова Барнаульской ложбины древнего стока, для которой характерно равномерное распределение гумусового слоя [2]. Посте-
пенное разрушение гумусовых кислот приводит к образованию углекислого газа, аммиака, оксидов азота и соединений фосфора [7]. При этом наиболее высокие концентрации исследуемых веществ, в данной работе, наблюдались 18 июля 2018 г., когда расход воды составил 6,52 м3/с, что согласно справочным данным [8], соответствует максимальной водности реки в июле месяце, поэтому способствует дополнительному смыву поллютантов с пойменных участков реки.
Содержания нитрит-ионов в р. Бар-наулке подвержено заметным колебаниям, которые проявляются в значительном разборе концентраций этого иона (рис. 2в). Нитриты представляют собой промежуточную ступень в цепи бактериальных процессов окисления аммония до нитратов (нитрификация - в аэробных условиях) и, напротив, восстановления нитратов до азота и аммиака (денитрификация - при недостатке кислорода). Поэтому повышенное содержание нитритов может указывать на усиление процессов разложения органических веществ в условиях более медленного окисления ионов нитрита в
ионы нитрата, что свидетельствует о загрязненности водного объекта [9].
В таблице 2 представлены размах варьирования (min-max) и средние значения концентрации исследуемых гидрохимических показателей в речных пробах, отобранных в период летне-осенней межени 2000 и 2018 гг. в сравнении с предельно допустимыми концентрациями для водоемов рыбохозяй-ственного назначения (ПДКр.х.).
Согласно таблице 2 концентрации основных компонентов (Са , Mg , SO4 , Cl-)
в водах р. Барнаулки за прошедшие восемнадцать лет остаются
Концентрации химических показателей в межени 2000 и 2018 гг. в сравнении
практически неизменными. Значительно увеличились удельная электропроводность. Повышение содержание ионов аммония (ЫН4+), гидрокарбонатов (НСО3) и органических веществ, определяемых по ХПК, возможно связано с изменением климата и режима увлажненности территории юга Западной Сибири [10], что могло повлиять на увеличение высокого природного фона гумусовых веществ, и как следствие - повышение концентрации вышеуказанных соединений. Напротив, концентрации нитритов, нитратов (К02-, NO3-) и нефтепродуктов снизились.
Таблица 2 р. Барнаулке в период летне-осенней с водоохранными нормативами
Показатели 2000 2018 ПДКрх.
лето осень лето осень
pH 8,2-8,5 7,8-8,4 н.д. 7,9-8,2 6,5-8,5
8,4 8,1 8,1
X, мкСм/см 502-635 449-520 н.д. 787-863 н.н.
572 479 816
№+, мг/л н.д н.д 68-79 53-77 120
71 67
K+, мг/л н.д н.д 6,6-7,7 6,1-9,6 50
7,3 7,9
Са2+, мг/л 55-76 68-78 61-67 41-64 180
60 72 64 53
Mg2+, мг/л 20-39 17-28 35-39 30-33 40
27 20 37 32
SO42-, мг/л 15-18 7-81 13-18 36-53 100
17 59 16 46
Cl-, мг/л 21-46 31-47 37-41 37-49 300
35 37 39 44
НСО3-, мг/л 249-370 250-352 н.д. 412-427 н.н.
295 281 420
NH4+-, мгМл 0,06-0,42 0,05-0,38 0,6-1,2 1,1-14,0 0,4
0,21 0,18 1,0 5,2
NO2-, мгЖл 0,01-0,42 0,004-0,15 0,001-0,097 0,002-0,033 0,02
0,16 0,06 0,040 0,010
NO3-, мгЖл 0,05-1,4 0,1-1,8 0,06-0,59 0,02-0,19 9
0,6 0,8 0,28 0,10
РО43-, м^/л 0,13-0,20 0,15-0,28 0,39-0,42 0,10-0,69 0,05
0,16 0,24 0,40 0,31
ХПК, мЮ/л 35-43 17-27 91-103 81-128 30*
39 23 95 94
НП, мг/л 0,02-2,4 0,07-0,3 0,005-0,01 0,007-0,059 0,05
0,7 0,16 0,008 0,019
ЛФ, мкг/л 1,2-9,5 1,9-5,7 н.д. 1.6-4.7 1**
4,0 3,5 2,8
Примечание: х - удельная электропроводность, * - СанПин 2.1.5.980-00; ** - ГН 2.1.5.1315-03; н.д. - нет данных; н.н. - не нормируется.
Выводы
Содержание основных гидрохимических показателей в водах р. Барнаулки за прошедшие восемнадцать лет практически не изменилось. Превышающими значения ПДКр.х. яв-
Работа выполнена в рамках государственного задания ИВЭП СО РАН «Изучение гидрологических и гидрофизических процессов в водных объектах и на водосборах Сибири и их математическое моделирование для стратегии водопользования и охраны водных ресурсов» (0383-2019-0003).
Список литературы
1. Ротанова И.Н., Пупкова В.В. Малые реки городской территории как природоохранные объекты урбанизированной среды (опыт исследований на примере Барнаула) // География и природопользование Сибири. - 2013. - № 15. - С. 171-181.
2. Река Барнаулка: экология, флора и фауна бассейна. - Барнаул, 2000. - 224 с.
3. Доклад «О состоянии и об охране окружающей среды городского округа - города Барнаула Алтайского края в 2018 г.». - Барнаул, 2019. - 124 с.
4. Долматова Л.А., Гусева М.А. Сезонная изменчивость содержания органических веществ в воде и донных отложениях р. Барнаулки // Изв. АлтГУ. - 2005. - № 3(38). -С. 17-20.
5. Носкова Т.В., Лейтес Е.А., Лабузова О.М. Содержание нефтепродуктов в пробах поверхностных вод и донных отложениях рек Обь и Барнаулка // Вода: химия и экология. - 2018. - № 10-12(117). - С. 30-35.
6. Влияние крупных промышленных центров на формирование гидрохимического режима рек с продолжительным ледовым периодом и ярко выраженным весенним паводком. Отчет НИР (ИВЭП СО РАН). - Барнаул, 2001. - 78 с.
7. Попов А.И. Гуминовые вещества: свойства, строение, образование / Под ред. Е.И. Ермакова. - СПб.: Изд-во СПб. ун-та, 2004. - 248 с.
8. Основные гидрологические характеристики. - Л.: Гидрометеоиздат, 1967. - Т. 6. Вып. 1. - 327 с.
9. Соловьева Ю.А., Кумани М.В. Особенности сезонной динамики растворенных форм азота в малых и средних реках Центрального Черноземья // Вода: химия и экология. - 2013. - № 3. - С. 16-22.
10.Паромов В.В., Земцов В.А., Копысов С.Г. Климат Западной Сибири в фазу замедления потепления (1986-2015) и прогнозирование гидроклиматических ресурсов на 2021-2030 гг. // Изв. ТПУ. Инжиниринг георесурсов. - 2017. - Т. 328. - № 1. - С. 62-74.
Referens
1. Rotanova I.N., Pupkova V.V. Malye reki gorodskoy territorii kak prirodookhrannye obyekty urbanizirovannoy sredy (opyt issledovany na primere Barnaula) // Geografiya i prirodopolzovaniye Sibiri. - 2013. - № 15. - S. 171-181.
2. Reka Barnaulka: ekologiya, flora i fauna basseyna. - Barnaul, 2000. - 224 s.
3. Doklad «O sostoyanii i ob okhrane okruzhayushchey sredy gorodskogo okruga - goroda Barnaula Altayskogo kraya v 2018 g.». - Barnaul, 2019. - 124 s.
4. Dolmatova L.A., Guseva M.A. Sezonnaya izmenchivost soderzhaniya organicheskikh veshchestv v vode i donnykh otlozheniyakh r. Barnaulki // Izv. AltGU. - 2005. - № 3(38). -S. 17-20.
ляются аммоний, нитриты, фосфаты и органические вещества. Значительный вклад в загрязнение р. Барнаулки вносит р. Пивоварка, принимающая в себя городское загрязнение, бытовые, ливневые и промышленные стоки.
5. Noskova T.V., Leytes Ye.A., Labuzova O.M. Soderzhaniye nefteproduktov v probakh poverkhnostnykh vod i donnykh otlozheniyakh rek Ob i Barnaulka // Voda: khimiya i ekologiya. - 2018. - № 10-12(117). - S. 30-35.
6. Vliyaniye krupnykh promyshlennykh tsentrov na formirovaniye gidrokhimicheskogo rezhima rek s prodolzhitelnym ledovym periodom i yarko vyrazhennym vesennim pavodkom. Otchet NIR (IVEP SO RAN). - Barnaul, 2001. - 78 s.
7. Popov A.I. Guminovye veshchestva: svoystva, stroyeniye, obrazovaniye / Pod red. Ye.I. Yermakova. - SPb.: Izd-vo SPb. un-ta, 2004. - 248 s.
8. Osnovnye gidrologicheskiye kharakteristiki. - L.: Gidrometeoizdat, 1967. - T. 6. Vyp. 1. - 327 s.
9. Solovyeva Yu.A., Kumani M.V. Osobennosti sezonnoy dinamiki rastvorennykh form azota v malykh i srednikh rekakh Tsentralnogo Chernozemya // Voda: khimiya i ekolo-giya. -2013. - № 3. - S. 16-22.
10.Paromov V.V., Zemtsov V.A., Kopysov S.G. Klimat Zapadnoy Sibiri v fazu za-medleniya potepleniya (1986-2015) i prognozirovaniye gidroklimaticheskikh resursov na 2021-2030 gg. // Izv. TPU. Inzhiniring georesursov. - 2017. - T. 328. - № 1. - S. 62-74.
ENVIRONMENTAL MONITORING OF THE STATE OF THE BARNAULKA RIVER
T.V. Noskova, D.P. Podchufarova, M.S. Lysenko, E.A. Ovcharenko, T.S. Papina, O.V. Lovtskaya, K.V. Marusin, A.V. Dyachenko
Institute for Water and Environmental Problems of the SB RAS, Barnaul, E-mail: ntv@iwep.ru
The study showed serious pollution of the catchment basin of the Barnaulka River both within the city of Barnaul and in its suburban area. The priority pollutants of the river remain phosphates, nitrites and organic substances, to which should be added ammonium nitrogen at present. The Pivovarka River, which flows only within the city, makes a huge contribution to the pollution of the Barnaulka River.
Keywords: pollutants, surface runoff, urbanized area, hydrochemical monitoring.
Received November 24, 2019
