CC BY
78
Вестник Томского государственного университета. 2013. № 367. С. 186-189
УДК 502.5 (571.16)
О.Г. Савичев, Н.М. Семёнова
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ И КАЧЕСТВО ОЗЕРНЫХ ВОД В ТАЕЖНОЙ ЗОНЕ В ПРЕДЕЛАХ ТОМСКОЙ ОБЛАСТИ
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 11-05-93112-НЦНИЛ_а), ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы» (госконтракт № 11.519.11.6044) и Госзадания «Наука»№ 5.4573.2011.
По данным исследований, выполненных авторами в 1997-2012 гг., получена общая характеристика химического состава и качества вод озер лесоболотных ландшафтов в подзонах южной и средней тайги в пределах Томской области. Оценен фоновый уровень содержания широкого спектра главных ионов, микроэлементов, органических и биогенных веществ. Показано, что экологогеохимическое состояние озерных вод региона в целом удовлетворительное и формируется под влиянием природных факторов. Ключевые слова: озерные воды; химический состав и качество природных вод; таежная зона; Томская область.
Введение
На территории Томской области расположено более одиннадцати тысяч озер, большая часть которых представлена малыми водоемами [1]. Несмотря на малый размер, озера играют чрезвычайно важную роль как в формировании водных ресурсов, так и в функционировании природно-территориальных комплексов. Также они являются весьма информативным индикатором природно-антропогенных изменений окружающей среды [2]. Однако гидрологическая и гидрохимическая изученность озер региона в настоящее время весьма незначительна, особенно внутриболотных водоемов, непосредственно не затронутых хозяйственной деятельностью. Это и определило цель исследований -оценку фонового химического состава озерных вод в разных по степени заболоченности ландшафтах таежной зоны в пределах Томской области.
Исходная информация и методика исследований
Исследование выполнено на основе данных, полученных при участии авторов в Томском политехническом (ТПУ) и Томском государственном (ТГУ) университетах, ОАО «Томскгеомониторинг» в 2002-2012 гг. совместно с В.А. Базановым, В.А. Льготиным и О.Г. Нехорошевым. Объектами исследований послужили тринадцать озер, расположенных в средней части заболоченного водосбора р. Васюган, в нижней части водосбора р. Томь, на Кеть-Тымском междуречье и в Александровском Приобье на участке от устья р. Тым до г. Стрежевой и на момент обследования не испытывающих прямого антропогенного воздействия (сброс сточных вод, размещение инженерных объектов на акватории или в водоохранной зоне, забор воды, осушение болот на водосборе озера и т.д.).
Исследования включали: 1) полевые работы по отбору и консервации проб озерных вод для дальнейшего определения их химического состава в аккредитованных гидрогеохимических лабораториях в Томском политехническом университете, ОАО «Томскгеомониторинг» и ОГУ «Облкомприрода»; 2) обобщение и статистический анализ полученных материалов. Отбор проб воды проводился в летне-осеннюю межень из слоя 0,20,5 м от поверхности в соответствии с действующими методическими указаниями [3-5]. При определении
гидрохимических и геохимических показателей в стационарной лаборатории ТПУ использовались следующие методы: рН - потенциометрический; Б042- - тур-бидиметрический; Са2+, Mg2+, НС03-, С1-, бихроматная окисляемость (Б.О.), перманганатная окисляемость (П.О.), СО2 - титриметрический; соединения азота, фосфаты, Б1, Ре, мутность - фотометрический; вещества, идентифицируемые как «нефтепродукты», фенолы, А1 - флуориметрический; Ыа+, К+ - пламенноэмиссионная спектрометрия; 7п, РЬ, Си, С^ Мп -атомная абсорбция, инверсионно-вольтамперометри-ческий; взвешенные вещества - гравиметрический [6].
Обобщение данных, полученных (одинаковыми методами) в разных лабораториях, и их статистический анализ проводились согласно [7, 8]. Расчет фоновых концентраций Сф выполнен с учетом имеющихся рекомендаций [7] по формуле
Сф = Са + СТ-4-М0,5, где Са - среднее арифметическое; ст - среднее квадратическое отклонение; 4 - коэффициент Стьюдента при уровне значимости а = 5%; М - объем выборки. Кроме того, была выполнена оценка и средних геометрических значений Сг.
Результаты исследования и их обсуждение
Изученные озерные воды по классификации О.А. Алёкина [9, 10] в целом характеризуются как пресные с очень малой минерализацией, гидрокарбонатные кальциевые (всех типов). По величине жесткости воды - мягкие и очень мягкие, по величине рН -преимущественно кислые, реже - нейтральные, содержат значительное количество органических соединений (табл. 1, 2). Генезис этих веществ - преимущественно природный, о чем свидетельствуют соотношения П.О./Б.О. и БПК5/П.О. (согласно [11] соотношение П.О./Б.О. более 40% указывает на повышенное содержание гуминовых веществ, имеющих в данном случае природное происхождение, отношение БПК5/П.О. до 10% - только на природные источники органических веществ, а до 20% - на слабое загрязнение). С учетом этого, а также результатов полевого обследования водоемов и их водосборов можно сделать вывод о том, главные причины накопления в озерных водах органических веществ - поступление их с поверхностным стоком с заболоченных водосборов и внутриводоемные
биогеохимические процессы, определяющие также формации органики (прежде всего Ы02 и ЫН4+) и со-
весьма высокий уровень содержания продуктов транс- единений с металлами (например, фульваты железа).
Т а б л и ц а 1
Средний химический состав озерных вод в подзонах южной и средней тайги в пределах Томской области
Показатель Единицы измерения С . С '-'шах Са Сг о М Сф
Температура воды ос 12,0 21,0 17,7 17,4 3,2 6 20,4
Взвешенные вещества мг/дм3 1,00 20,30 5,63 3,60 5,81 12 8,64
Мутность мг/дм3 0,29 11,00 3,02 1,17 4,56 5 5,06
Цветность градусы 45 346 143 119 93 9 200
рн ед. рН 3,70 7,20 4,87 4,79 0,98 13 -
С02 мг/дм3 13,2 23,8 18,5 17,7 7,5 3 23,8
О2 мг/дм3 3,5 8,4 7,3 7,1 1,4 11 8,0
Удельная электропроводность мкС/см 7,7 30,0 14,9 13,7 6,8 10 18,8
Общая жесткость мг-экв/дм3 0,02 1,60 0,44 0,25 0,48 13 0,67
Сухой остаток мг/дм3 20,0 177,0 49,0 36,9 50,4 9 80,2
Сумма главных ионов £и мг/дм3 7,1 133,7 28,3 18,9 35,1 13 45,6
Са2+ мг/дм3 0,5 21,0 5,0 3,4 5,2 13 7,6
МГ мг/дм3 0,3 12,2 2,4 1,3 3,4 13 4,1
№+ мг/дм 0,1 18,2 2,4 0,9 4,9 13 4,8
К+ мг/дм3 0,1 2,3 0,7 0,5 0,7 13 1,0
НСОз- мг/дм3 3,1 97,7 15,0 8,5 25,5 13 27,6
С1- мг/дм3 0,1 3,5 1,2 0,8 1,0 13 1,6
3042- мг/дм3 0,1 4,6 1,6 1,0 1,3 13 2,3
Ш4+ мг/дм3 0,060 2,704 1,007 0,649 0,832 11 1,461
Ш2- мг/дм3 0,002 0,099 0,016 0,006 0,029 11 0,032
N0з- мг/дм3 0,110 6,817 1,082 0,533 1,931 11 2,137
РО43- мг/дм3 0,001 0,200 0,038 0,017 0,054 11 0,067
81 мгБ1/дм3 0,05 7,98 1,41 0,47 2,69 8 3,21
Бихроматная окисляемость (Б.О.) мгО/дм3 <4,0 140,00 40,49 26,56 37,86 12 60,12
Перманганатная окисляемость (П.О.) мгО/дм3 7,40 36,00 23,23 19,14 14,54 3 31,63
БПК5 мгО2/дм3 1,00 5,30 2,93 2,64 1,29 12 3,59
Нефтепродукты мг/дм3 0,040 0,400 0,194 0,154 0,120 10 0,263
Фенолы мг/дм3 0,000 0,011 0,002 0,001 0,004 8 0,004
СПАВ мг/дм3 0,000 0,008 0,007 0,005 0,002 9 0,008
Реобш мг/дм3 0,08 10,80 1,25 0,35 3,03 12 2,82
А1 мкг/дм3 20,0 160,0 51,0 34,9 56,7 6 98,3
Мп мкг/дм3 15,0 100,0 37,4 28,9 35,3 5 53,2
Си мкг/дм3 0,3 22,0 3,7 1,2 7,0 9 8,1
2п мкг/дм3 <0,5 21,0 4,6 2,1 6,6 9 8,7
Бг мкг/дм3 3,0 40,0 27,0 16,6 20,8 3 39,0
Hg нг/дм3 <10 98 35 23 37 5 51
РЬ мкг/дм3 <0,2 3,0 0,6 0,3 0,9 9 1,2
Примечание. Содержание Cd во всех случаях было меньше чувствительности используемого метода определения (0,2 мкг/дм ).
Т а б л и ц а 2
Результаты оценки эколого-геохимического состояния и качества озерных вод
Показатель С . ш1П С '-'шах Са Сф
Классификация по минерализации
По О.А. Алекину [9] Пресные с очень малой минерализацией Пресные с малой минерализацией Пресные с очень малой минерализацией Пресные с очень малой минерализацией
По А.М. Овчинникову [9] Ультрапр есные Ультр апр ес ные Ультрапресные Ультрапресные
Категория по солености [11] Пресные ксеногалобные Пресные среднеминерализованные Пресные ксеногалобные Пресные ксеногалобные
Классификация по химическому составу вод
Классификация О.А. Алекина ССа11 0,0071 (оз. Мундштучное, Приобье, у п. Тымск) Сса1 0,1337 (озеро без названия, Приобье, у п. Прохоркино) /-'Са с III 0,0283 /-'Са С III 0,0456
Формула Курлова [9] НС03- 52 8042- 40 Са2+49 Mg2+28 №+14 НС03-95 Са2+ 60 Mg2+ 31 НС03- 67 С117 3042- 40 Са2+55 Mg2+23 №+ 16 НС03-74 С1-23 8042-22 Са2+64 Mg2+31 №+22
Классификация по жесткости и рН
Категория по жесткости [11] Очень мягкая Мягкая Очень мягкая Очень мягкая
Категория по рН [11] Кислые Нормальные Кислые -
Категория по pH [10] Кислые Нейтральные Кислые -
Классификация по качеству вод
Качество по трофосапро-бным признакам [11] Загрязненные Р -мезосапробные Грязные полисапробные Загрязненные а-мезосапробные Загрязненные а-мезосапробные
Класс трофности [11] Эвтрофные Гипертрофные Гипертрофные Гипертрофные
Содержание гуминовых веществ по отношению П.О/Б.О. [11] Повышенное содержание гуминовых веществ (39,3) Нормальное содержание гуминовых веществ (41,1) Нормальное содержание гуминовых веществ (40,2) Нормальное содержание гуминовых веществ (41,1)
Показатель С . С v-'max Са Сф
Степень загрязнения по отношению БПК5/П.О. [11] Природное состояние (6,6) Слабое сапробное загрязнение (10,3) Природное состояние (8,4) Слабое сапробное загрязнение (10,3)
£С/ПДК(1-2 кл.), нормативы: Рыбохозяйственные <0,1 9,84 1,43 2,79
Хозяйственно-питьевые <0,1 1,15 0,35 0,54
Уровень загрязнения по отклонению от «фона» Zc [8] Минимальный Слабый Минимальный -
Необходимо отметить и некоторые исключения из общей закономерности. В частности, в водах оз. Мундштучное, расположенного у п. Тымск в междуречье рр. Тым, Обь и Можа, в августе 2012 г. отмечено значение бихроматной окисляемости в размере менее 4 мг О/дм3 или менее 1,5 мг С/дм3 по углероду органических веществ Сорг (из расчета Сорг = 0,375-Б.О. [10]).
Можно предположить, что столь необычно низкое содержание Сорг объясняется следующим. Во-первых, водоем, имеющий значительную глубину (более 40 м), имеет гидравлическую связь с подземными водами палеогеновых отложений, для которых характерны значительно меньшие, по сравнению с поверхностными водами, значения П.О. и Б.О. [12, 13]. Во-вторых, 2012 г. был засушливым, что, естественно, привело к уменьшению выноса органических веществ в озеро.
С другой стороны, очень низкое содержание растворенных солей (сумма главных ионов - всего 7,1 мг/дм3) не позволяет связать особенности химического состава озерных вод только с влиянием притока подземных вод, минерализация которых (в случае отложений от четвертичного до палеогенового возраста) обычно составляет 200-700 мг/дм3 [1, 14].
С учетом всего сказанного наиболее вероятным механизмом формирования химического состава вод, включая главные ионы, биогенные и органические вещества, растворенные газы, железо и микроэлементы, являются интегральные процессы взаимодействия болотных, атмосферных и подземных вод, результат которых, как было показано в [13, 14], не является арифметической суммой вкладов из разных источников, а отражает условия взаимодействия в системе вода - порода (взвешенные частицы, донные отложения) - органическое вещество. Дополнительным аргументом в пользу этого вывода являются и концентрации Ag (в 2012 г. отмечено содержание этого элемента в размере 10 мкг/дм3), значительно превышающие среднее и максимальное содержание этого элемента в подземных и речных водах региона [14-17].
В целом воды внутриболотных озер в естественном состоянии, помимо указанных особенностей, характе-
ризуются повышенным относительно рыбохозяйственных нормативов качества воды содержанием Ре, А1, Мп, Си, ^ (см. табл. 1), что и определило некоторое превышение допустимого значения по сумме отношений концентраций веществ 1-2-го классов опасности к соответствующим предельно допустимым концентрациям (ПДК) по средним и максимальным значениям, а в случае хозяйственно-питьевых нормативов - по максимальным (см. табл. 2).
Заключение
Общее эколого-геохимическое состояние и качество вод озер заболоченных ландшафтов в таежной зоне в пределах Томской области оцениваются как удовлетворительные (с точки зрения преобладания природных процессов формирования химического состава вод) и соответствующие минимальному уровню антропогенного воздействия на водные объекты (природное состояние).
В то же время отмечены случаи существенного превышения установленных в Российской Федерации нормативов качества воды в объектах рыбохозяйственного назначения по рН, содержанию N0^, NH4+, Ре, А1, Мп, Си, 7п, ^, веществ, идентифицируемых как нефтяные углеводороды, а в объектах хозяйственно-питьевого назначения - по рН, содержанию NH4+, Ре, веществ, идентифицируемых как нефтяные углеводороды, фенолов при условии хлорирования воды (табл. 1).
Основные причины указанных отклонений от нормативов - поступление поверхностного стока с заболоченных территорий и внутриводоемные процессы.
Установлены фоновые значения физико-химических и гидрохимических показателей незагрязненных озерных вод в летне-осеннюю межень, в том числе для содержаний взвешенных веществ (8,64 мг/дм3). Таким образом, подготовлена основа для оценки антропогенных изменений озерных вод в зоне деятельности нефтегазового комплекса в Томской области и на прилегающих территориях Ханты-Мансийского автономного округа.
ЛИТЕРАТУРА
1. Савичев О.Г. Водные ресурсы Томской области. Томск : Изд-во Том. политехн. ун-та, 2010. 248 с.
2. Кирпотин С.Н., Полищук ЮМ, Брыксина НА. Динамика площадей термокарстовых озер в сплошной и прерывистой криолитозонах Запад-
ной Сибири в условиях глобального потепления // Вестник Томского государственного университета. 2008. № 311. С. 185-190.
3. ГОСТ 17.1.5.05-85. Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к отбору проб поверхностных и морских вод, льда и атмосферных
осадков. Дата введения 1986-07-01.
4. РД 52.24.353-94. Рекомендации. Отбор проб поверхностных вод суши и очищенных сточных вод. Дата введения 1995-10-01.
5. ГОСТР 51592-2000. Вода. Общие требования к отбору проб. Дата введения 2001-07-01. Госстандарт России, 2000. 31 с.
6. Зарубина Р.Ф., Копылова Ю.Г., Зарубин А.Г. Анализ и улучшение качества природных вод : в 2 ч. Ч. 1: Анализ и оценка качества природных
вод. Томск : Изд-во Том. политехн. ун-та, 2007. 168 с.
7. Методические указания. Проведение расчетов фоновых концентраций химических веществ в воде водотоков. РД 52.24.622-2001. М. : Фед.
служба России по гидрометеорологии и мониторингу окр. среды, 2001. 68 с.
8. Требования к производству и результатам многоцелевого геохимического картирования масштаба 1: 200000 / А.А. Головин, Н.Н. Москален-
ко, А.И. Ачкасов, К.Л. Волочкович и др. М. : ИМГРЭ (Институт минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов РАН), 2002. 92 с.
9. Справочник по гидрохимии / под ред. А.М. Никанорова. Л. : Гидрометеоиздат, 1989. 392 с.
10. Молчанова ЯП, Заика ЕА, Бабкина ЭИ, Сурнин В А. Гидрохимические показатели состояния окружающей среды. М. : Форум, 2007. 192 с.
11. ГОСТ 17.1.2.04-77. Показатели состояния и правила таксации рыбохозяйственных водных объектов. Дата введения 1977-07-27. М. : Изд-во стандартов, 1977. 17 с.
12. Савичев О.Г, Камнева О А. Закономерности пространственных изменений химического состава подземных вод верхней гидродинамической зоны в Томской области (Западная Сибирь) // Известия Томского политехнического университета. 2010. Т. 317, № 1. С. 138-143.
13. Льготин В А, Савичев О.Г., Макушин ЮВ, Камнева О А. Долгосрочная изменчивость химического состава подземных вод Томской области // География и природные ресурсы. 2012. № 1. С. 74-79.
14. Шварцев СЛ. Гидрогеохимия зоны гипергенеза. М. : Недра, 1998. 366 с.
15. Савичев О.Г. Фоновые концентрации веществ в речных водах таежной зоны Западной Сибири // Вестник Томского государственного университета. 2010. № 334. С. 169-175.
16. Савичев О.Г. Влияние взаимодействий в системе вода - порода на формирование состава речных вод бассейна Оби // География и природные ресурсы. 2009. № 2. С. 74-80.
17. Савичев О.Г. Реки Томской области: состояние. Охрана и использование. Томск : Изд-во Том. политехн. ун-та, 2003. 202 с.
Статья представлена научной редакцией «Науки о Земле» 15 ноября 2012 г.
