CC BY
14НАУЧНЫЕ СТАТЬИ
Гидрометеорология и экология №1 2010
УДК 546.212; 556.531.4
ХАРАКТЕРИСТИКА ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА И КАЧЕСТВА ВОДЫ РЕК И ВОДОЕМОВ СЕВЕРНОГО СКЛОНА ИЛЕЙСКОГО
АЛАТАУ В 2009 ГОДУ
Доктор геогр. наук С.М. Романова Г. Сымтыкова Д. Купшыгар Н. Антонова
Дана характеристика химического состава воды водных объектов Северного склона Илейского Алатау. Рассчитаны значения комплексного индекса загрязненности воды с целью оценки её качества.
Казахстан один из малообеспеченных водными ресурсами среди стран СНГ. Более 60 % его территории расположено в аридной зоне, имеющей низкое увлажнение и крайне неравномерное распределение водных ресурсов. Наиболее острой экологической проблемой является дефицит пресной воды, что является опасным для устойчивого развития страны. Причинами дефицита водных ресурсов являются, прежде всего, природные условия (90 % стока рек приходится на весенний период), формирование почти половины стока (56,5 км3) на территории сопредельных государств, а также экстенсивное использование, чрезмерное безвозвратное водопотребление на орошение и потери воды. Кроме того, поверхностные водные ресурсы подвержены значительным временным колебаниям.
На территории Алматинской области дефицит восполняется пресной водой рек Северного склона Илейского Алатау (ССИА). В связи с этим, изучение химического состава и качества воды рек и водоемов является актуальным, своевременным и перспективным.
Следует отметить, что малые реки, к которым относятся водотоки ССИА, обычно имеют небольшую водность и глубину, неблагоприятные условия смешения и разбавления загрязняющих веществ, и, как следствие, низкую самоочищающую способность и зависимость качества их вод от антропогенного воздействия.
В поверхностных водах рек и водоемов содержится большое число различных химических веществ минеральной и органической природы в растворенном, коллоидном и взвешенном состояниях, включая те, которые ранее отсутствовали в биосфере (например, хлор-, фосфорорганические пестициды,
140
синтетические поверхностно-активные вещества). Только при токсических выбросах в атмосферу в поверхностные воды может поступать более 200 химических элементов и их соединений, которые затем проникают в почву и воду.
Исследование химического состава воды таких рек ССИА, как Каске-лен, Улькен и Киши Алматы, Есентай, Талгар, Есик, Тургень более или менее регулярно проводится сетью Казгидромета, а реки ручейкового типа остаются без внимания. Кроме того, комплексное физико-химическое изучение речных вод данной территории, включающее исследование процессов метамор-физации, практически не проводилось с 1961 года. Вопрос о влиянии на качество жизни и обстановка с обеспечением населения доброкачественной питьевой водой до сих пор остается открытой.
В соответствии с ГОСТ Р 51592-2000 «Вода. Общие требования к отбору проб» (рег. № 022/10061 от 25.12.2001) отбор произведен с целью получения дискретной пробы, отражающей качество исследуемой воды. Объем взятой пробы соответствовал установленному в нормативном документе объему с учетом количества определяемых ингредиентов и возможности проведения повторного химического анализа. Устанавливался один горизонт - до 0,1 и 0,3 м от поверхности воды, соответственно, для рек ручейкового типа и водоемов.
В качестве пробоотборника применялись химически стойкие к исследуемой воде стеклянные и пластмассовые емкости. Пробы отбирались вручную специальными приспособлениями. Отбор проб воды сопровождался гидрологическими наблюдениями и определениями физических свойств (температура, цветность, прозрачность, запах).
В процессе работ использовались действующие методики [3-6]. Согласно рекомендациям [5, 6] определение неустойчивых компонентов воды
(рН, НСО -, СО2", N0-, МН+, окисляемость, О2, СО2) проводилось сразу
после отбора проб, остальных - в лаборатории после консервирования соответствующими реагентами.
Для определения компонентов химического состава воды были применены общепринятые в гидрохимической практике методы. Проверка указанных методов показала, что процент ошибок не превышал допустимых значений их погрешности. Все пробы воды анализировались минимум в трех-четырехкратной повторности. Для получения достоверных выводов применялась математическая обработка [7].
В настоящее время, для комплексной оценки качества воды в системе РГП «Казгидромет» и других организациях, прямо или косвенно связанных с исследованием качества природных вод, используют «Методиче-
141
ские рекомендации по комплексной оценке качества поверхностных и морских вод по гидрохимическим показателям» (Госкомгидромет СССР, Москва, 1988). Данные рекомендации применяют в Кыргызстане, Узбекистане и Таджикистане. Ученые Казахстана под руководством профессора М.Ж. Бурлибаева разработали методические рекомендации по комплексной оценке качества природных вод по гидрохимическим показателям для условий республики [1, 2]. Авторы предлагают разработанную ими классификацию поверхностных вод в соответствии с их качеством, а также способ определения и классификацию загрязненности вод по гидрохимическим показателям выполнять с учетом класса опасности ингредиентов. На основании тщательного и критического анализа имеющихся расчетных показателей авторы рекомендуют формулу для индекса загрязненности воды (ИЗВ) природных водоемов. Для получения реальной оценки загрязненности водного объекта определяемый комплексный индекс загрязненности воды (КИЗВ) может быть вычислен как в пространстве, так и во времени (для каждого месяца, сезона, года, по течению реки, по акватории водоема и т.п.). Кроме того, при постоянстве числа групп условных объединений (ГИ - главные ионы; БЭ - биогенные элементы; ТМ - тяжелые металлы; ЯВ - ядовитые вещества; ОВ - органические вещества; ХОП -хлорорганические пестициды), компоненты, учтенные в определении средневзвешенного группового ИЗВ, могут меняться в зависимости от наличия данного химического анализа за исследуемый период. Авторы также обосновывают нецелесообразность объединения в общий ряд определения ИЗВ растворенный кислород, БПК5, ХПК и производить отдельную оценку качества вод по этим показателям. Следует отметить, что разработанная и предложенная М.Ж. Бурлибаевым успешно апробирована на реках РК и впервые применена нами, гидрохимиками КазНУ им. аль-Фараби, на крупном водоеме - оз. Балхаш.
По результатам химического состава воды нами произведен предварительный расчет КИЗВ, который используется для сравнения и выявления динамики изменения качества вод, т.е. для установления уровня загрязнения поверхностных вод суши.
Основными критериями качества вод по гидрохимическим показателям являются значения ПДК загрязняющих веществ для водоемов и водотоков рыбозхозяйственного назначения. За период исследования было организовано 9 экспедиционных выездов на водные объекты ССИА (с января по сентябрь) (табл. 1). При этом производился отбор проб и замеры расходов
142
воды, определялась температура и неустойчивые компоненты химического состава, консервировались отдельные пробы для определения остальных компонентов состава в стационарных условиях.
Таблица 1
Объем полевых работ
Месяц Количество проб воды Всего
озеро, водохранилище река атмосферные осадки грунтовые воды
Январь - 1 - - 1
Февраль - 20 2 2 24
Март - 25 3 - 28
Апрель - 25 1 3 29
Май - 32 1 - 33
Июнь 1 15 - 1 17
Июль 1 25 - 1 27
Август 1 24 - 3 28
Сентябрь 2 27 - - 29
Всего 5 194 7 10 216
В отборе проб воды рек Талгар, Теренкара, Ащибулак, Тургень, Есик принимали участие студенты КазНУ им. аль-Фараби Н. Антонова, Г. Смагулова, Е. Абжамиев, Г. Сымтыкова. Всего отобрано 216 проб воды рек, озер, водохранилищ, атмосферных осадков и грунтовых вод. Выполнен химический анализ отобранных проб воды: определено содержание растворенного кислорода, значение рН, концентрация главных ионов (Са2+, Ме2+, К+, НСОз-, СОз2-, 80Д С1"), биогенных элементов (N02", N0^, NH4+, Р, 81, Бе), микроэлементов (фтор, марганец), лекгоокисляю-щихся органических веществ (по перманганатной окисляемости), общая жесткость. В 8 пробах дополнительно определено содержание некоторых тяжелых металлов.
С января по сентябрь 2009 г. изучен химический состав воды 20 малых рек и рек ручейкового типа ССИА; грунтовых вод и атмосферных осадков; водоемов (оз. Сайран, оз. Аэропортовское), Капшагайского водохранилища, Большого Алматинского канала (БАК). Реки Киши Алма-ты, Улькен Алматы, Каскелен, Есентай обследованы по течению.
Содержание растворенного в воде кислорода в реках ССИА колеблется в пределах 3,25...11,48 мг/дм3. По критериям водоемов рыбохозяйст-венного назначения содержание кислорода в воде открытого периода (не зима) лимитируется ПДК > 6,0 мг/дм3. Наименьшие концентрации кислорода обнаружены в водах рек ручейкового типа (р. Солоновка - 3,28; Карасу -
143
3,25...4,22 мг/дм3), в остальных реках содержание кислорода больше нормы и вода оказывается благоприятна для обитания гидробионтов. В большинстве случаев концентрация кислорода больше в той воде, температура которой ниже. Обратная картина наблюдается в загрязненных водах. Вода во всех реках имеет слабо щелочную или близкую к нейтральной реакцию среды, значения рН составляют 6,54...8,73.
По классификации А.М. Овчинникова вода этих рек относится к ультрапресным (минерализации меньше 200 мг/дм3) или пресным (0,2...0,5 г/дм3). Воды с относительно повышенной минерализацией (0,5... 1,0 г/дм3) выявлены в притоках рек и реках ручейкового типа. Самые высокие значения минерализации зафиксированы в воде р. Карасу (у ГКБ №4), достигшие 709,0...1066,5 мг/дм3 в апреле; 914 мг/дм3 в воде р. Казачка в июле; 893,3 мг/дм3 в воде р. Солоновка в июне и 931,0 мг/дм3 в воде р. Мойка в апреле. Для таких значений минерализации характерно преобладание в ионном составе сульфатных или хлоридных ионов из ани-олнов и суммы натрия и калия из катионов. Кроме того, для ручейковых вод отмечен третий тип воды в отличие от более крупных рек, имеющих в большинстве случаев второй, реже первый тип воды. Известно, что воды Ш типа являются метаморфизованными, в которых активно протекают различные физико-химические процессы в системе «вода - донные отложения - почвы - растения». Индекс воды по О.А. Алекину для таких вод
Сса с^а N /~^Мg
Ш, Э П, С1 П, С Ш.
По жесткости воды реки в верховьях относятся к очень мягким (до 1,5 ммоль/л экв.). В низовьях рек общая жесткость возрастает, вода становится более жесткой (1,5...3,00 ммоль/л экв.). В водах рек ручейкового типа (Султанка, Солоновка, Карасу, Мойка, Казачка) общая жесткость достигает 7,65...9,40 ммоль/л экв., что относится к очень жесткой воде.
Вода всех рек содержит в своем составе кроме главных ионов, биогенные и органические вещества, микроэлементы фтор, марганец и другие тяжелые металлы. Из соединений азота преобладающим является азот нитратный, меньшее количество азота аммонийного, затем азота нитрит-ного. Из всех биогенных элементов больше всего растворено в воде соединений кремния. Концентрация фосфора колеблется в переделах 0...2,444 мг/дм3, причем, как и следовало ожидать, наибольшие содержания зафиксированы в речках Карасу (40,7 ПДК), Мойка (28,2 ПДК) и Султанка (20,0 ПДК) в июле.
144
В воде малых рек и их притоков концентрация фтора колеблется в пределах 0... 1,80 мг/дм3 (2,4 ПДК). Наименьшие концентрации фтора, либо его отсутствие зафиксировано в воде рек в зимний период. Самая высокая концентрация, превышающая ПДК в 4,7 раза, обнаружена в воде р. Есентай (пр. Рыскулова) в феврале. Марганец обнаружен в 208 пробах воды из 216, причем в большинстве случаев в концентрациях, превышающих ПДК в 1,2... 12,8 раз. По течению реки отмечается накопление большинства компонентов химического состава.
Исследован химический состав воды Капшагайского водохранилища, озер Есик, Сайран и Аэропортовское. Установлено, что общая минерализация изменяется в пределах 106,3...386,7 мг/дм3, жесткость 1,3...4,15 ммоль/л экв. В ионном составе преобладают гидрокарбонаты и кальций, индекс воды по Алекину постоянно Ссап. В воде содержатся биогенные элементы, органические вещества (1,40.6,59 мгО/л) и микроэлементы. Так, сумма азота колеблется в пределах от 0,237 до 5,800 мгМл, причем на долю нитратного азота приходится 92.98 %. Концентрация фтора составляет 0,4. 1,6 мг/дм3, а марганца 5.25 мкг/дм3.
Вода БАКа пресная, сумма солей не превышает 211,3 мг/дм3, гид-рокарбонатно-кальциевая второго типа. Сумма различных форм азота составляет 0,412.1,632 мгМл, причем преобладающими являются нитратные ионы (до 87 %). Фтора в воде канала меньше (0,05.1,00 мг/дм3), а марганца, наоборот, больше в 2,3 . 10,0 раза, чем в водоемах.
Состояние загрязнения воды рек ССИА по гидрохимическим показателям с января по сентябрь 2009 г. оценено по рассчитанным значениям КИЗВ (табл. 2, рис. 1). Установлено, что самую чистую воду с января по сентябрь имеют р. Киши Алматы (верховье, каток Медео) и р. Талгар (кроме августа). Здесь значения КИЗВ наименьшие (0,3...0,9). Реки ручей-кового типа - Карасу, Мойка, Солоновка, Казачка и оз. Аэропортовское, превращенные в настоящее время в сточные канавы, имеют воду Ш-1У класса, т.е. умеренно загрязненную или загрязненную за весь период исследования.
145
Таблица 2
Состояние загрязнения рек Северного склона Илейского Алатау по гидрохимическим показателям, 2009 г.
Река КИЗВ | Класс и характеристика воды
0,40 (июль) II класс, «чистая» (КИЗВ 0,3...1,0)
Кас келен (верховье) 1,0 (сентябрь) II класс, «чистая»
1,25 (май) Ш класс, «умеренно загрязненная»
0,62 (февраль, март) II класс, «чистая»
Кас келен (низовье) 0,92 (июль) II класс, «чистая»
1,12 (сентябрь) Ш класс, «умеренно загрязненная»
Улькен алматы (верховье) 0,5...0,9 (апрель - июль) 1,2 (август, сентябрь) Ш класс, «умеренно загрязненная» Ш класс, «умеренно загрязненная»
Улькен алматы (низовье) 0,50...0,62 (апрель - сентябрь) 1,1 (июль, август) II класс, «чистая» Ш класс, «умеренно загрязненная»
Киши алматы (верховье) 0,4...0,8 (январь - сентябрь) II класс, «чистая»
Киши алматы (низовье) до 0,9 (май, август) 1,05...1,8 (февраль - июль) II класс, «чистая» Ш класс, «умеренно загрязненная»
0,3...0,82(февраль - июль) II класс, «чистая»
Талгар 0,58 (сентябрь) II класс, «чистая»
1,32 (август) Ш класс, «умеренно загрязненная»
0,86 (май) II класс, «чистая»
Султанка 0,51 (сентябрь) II класс, «чистая»
1,21...1,80 (апрель, июнь - август) Ш класс, «умеренно загрязненная»
Карасу 1,3...2,4 (февраль - июль, сентябрь) 3,6 (август) Ш класс, «умеренно загрязненная» IV класс, «загрязненная»
Ащибулак 0,35...0,90 (апрель - сентябрь) II класс, «чистая»
Мойка 1,1...2,25(февраль - сентябрь) Ш класс, «умеренно загрязненная»
Теренкара 0,48...0,8 (март - июль, сентябрь) 1,1 (август) II класс, «чистая» Ш класс, «умеренно загрязненная»
Казачка 0,68 (май) II класс, «чистая»
1,4...2,4 (июнь - сенябрь) Ш класс, «умеренно загрязненная»
Капшагайское водохранилище 0,52 (июнь - сенябрь) II класс, «чистая»
Оз. Есик 0,49 (июнь - сенябрь) II класс, «чистая»
Оз. Сайран 0,66 (июнь - сенябрь) II класс, «чистая»
Оз. Аэропортовское 2,25 (июнь - сенябрь) Ш класс, «умеренно загрязненная»
Примечание: II класс, «чистая» -КИЗВ = 0,31... 1,0; Ш класс, «умеренно загрязненная» - КИЗВ = 1,01...2,5; IV класс, «загрязненная» - КИЗВ = 2,51 ...4,0.
Рис. 1. Изменение КИЗВ на р. Талгар (г. Талгар), 2009 г. 1 - однократная проба, 2 - средняя за месяц.
В подавляющем большинстве случаев наибольший вклад в средневзвешенный КИЗВ вносят тяжелые металлы, а в оз. Аэропортовском - биогенные элементы (рис. 2).
Месяц
сентябрь
август
1-1 И -2 Щ-3
0% 20% 40% 60% 80% 100% Рис. 2. Изменение групповых ИЗВ в воде р. Каскелен (верховье), 2009 г. 1
- ИЗВги, 2 - ИЗВбэ, 3 - ИЗВтм, 4 - ИЗВяв. Таким образом, проведенные исследования свидетельствуют о негативном развитии гидроэкологической ситуации в бассейнах малых рек Северного склона Илейского Алатау и подтверждают опасения, высказанные специалистами и учеными, занимающимися проблемами водных ресурсов [8].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Назарбаев С.К., Бурлибаев М.Ж. и др. Современное состояние загрязнения основных водотоков Казахстана ионами тяжелых металлов. -Алматы: Каганат, 2002. - С. 130 - 191.
148
2. Методика определения обобщенного показателя качества поверхностных вод //Материалы ВНИИВО к разделу. Охрана вод». «Схемы комплексного использования и охраны водных ресурсов страны на период до 2005 года». - Харьков: 1985. - С. 22 - 38.
3. Методические указания. Метод организации и порядок проведения аналитического контроля загрязнения водных объектов. Основные требования. 1997 г.
4. ПР РК 52.5.06 - 03 Методические рекомендации по проведению комплексных обследований и оценке загрязнения природной среды в районах подверженных интенсивному антропогенному воздействию.- Астана.: Каганат. - 2003. - 80 с.
5. Руководство по химическому анализу поверхностных вод суши / Под ред. А.Д. Семенова). - Л.: Гидрометеоиздат. - 1977. - 541 с.
6. Фомин Г.С. Вода. Контроль химической, бактериальной и радиационной безопасности по международным стандартам. / Энциклопедический справочник. - М.: «Альтернатива», 1995. - 618 с.
7. Чарыков А.К. Математическая обработка результатов химического анализа. - Л.: Химия, 1984. - 168 с.
8. Экологизация водопользования г. Алматы (проект). Оценка качества поверхностных вод в границах влияния г. Алматы на окружающую среду: Отчет НИР /АГУООС. - Алматы, 1999. - 169 с.
Казахский национальный университет им. аль-Фараби, г. Алматы.
1ЛЕ АЛАТАУЫНЬЩ СОЛТYСТIК БЕТКЕЙ1НДЕГ1 вЗЕН СУЛАРЫНЬЩ ЖЭНЕ СУ^ОЙМАЛАРЫНЫЦ ХИМИЯЛЬЩ ;¥РАМЫ ЖЭНЕ САПАСЫНЫЦ 2009 Ж. СИПАТТАМАСЫ
Геогр. гылымд. докторы С.М. Романова
Г.А Сымтыкова Д. Купшыгар Н. Антонова
1ле Алатауыныц Солтуст1к беткешндег! су объектыер! суларыныц химиялъщ цурамыныц сипаттамасы берыген. Осыныц неггз^нде осы сулардыц сапасын багалау мацсатында судыц ластану индексгшц кешендг мзндерг есептелген.
149
