Источники загрязнения экосистемы озера в черте города Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

Эмфронный н<учяо-жтодичесгу.й журнал

Омского

Бобренко Е.Г., Рослякова А.Н. Источники загрязнения экосистемы озера в черте города // Электронный научно-методический журнал Омского ГАУ. - 2018. -№3 (14) июль - сентябрь. - URL http://e-journal.omgau.ru/images/issues/2018/3/00600.pdf. - ISSN 2413-4066

УДК 628.394 : 327.17

Бобренко Елена Геннадиевна

Кандидат сельскохозяйственных наук, доцент ФГБОУВО Омский ГАУ, г. Омск eg. bobrenko@,omgau. org

Рослякова Анастасия Николаевна

Магистрант

ФГБОУ ВО Омский ГАУ, г. Омск an. babich1625aomgau. org

Источники загрязнения экосистемы озера в черте города

Аннотация. В статье проведена оценка экологического состояния озера Новочернов-ское г. Барабинска, определены источники негативного воздействия на экосистему озера, предложены мероприятия по улучшению его состояния.

Ключевые слова. Экологические проблемы, водоём, негативное антропогенное влияние, экосистема, озеро.

Многие территории испытывают интенсивное влияние хозяйственной деятельности человека, которое приводит к нарушению экологического равновесия. Одним из таких элементов природной системы, испытывающих наибольшую антропогенную нагрузку, являются водные объекты.

Интенсивное антропогенное воздействие приводит к ухудшению качества водной среды и экологического состояния водоёмов, к нарушению структурно-функциональной организации водных экосистем, снижению рыбохозяйственной, водохозяйственной и рекреационной ценности водоемов [1].

Обратиться к проблеме оценки экологического состояния озера заставляет ситуация, сложившаяся с озером Новочерновское Барабинского района Новосибирской области. Раньше это озеро было чистым, в нем обитали лебеди и утки, водилось много рыбы. Берег озера был популярным местом отдыха жителей Барабинска. В последние годы вокруг озера ведется строительство коттеджей, гаражей, по берегам образовались мусорные свалки. Озеро гибнет. Очевидно, что активная хозяйственная деятельность человека нарушила способность озера к самоочищению и поставила под угрозу существование этой природной экосистемы. В настоящее время проблема загрязнения пресноводных водоемов особенно актуальна, т.к. они являются источниками чистой воды. Озера, оказавшиеся в черте города, имеют большую эстетическую и рекреационную ценность и они сильнее подвержены рекреационному и промышленному воздействию.

Цель исследования: оценить состояние экосистемы озера Новочерновское г. Барабин-

ска.

Характеристика антропогенных объектов, влияющих на состояние озера. На расстоянии 9 м от озера расположен коттеджный поселок, который находится в водоохраной зоне

озера. В поселке нет организованного сбора мусора, поэтому жители складируют мусор на берегу озера. В результате этого появился неприятный запах со стороны водоема. Увеличилось количество водорослей в озере, происходит значительное зарастание прибрежной его части. Увеличилась численность популяций собак, крыс и мух.

Дома частного сектора расположены от озера на расстоянии 32 м, они не подключены к централизованной канализации, поэтому неочищенные сточные воды через почву поступают в подземные воды, а затем уже в озеро. Они являются источником аммиака. Огороды частного сектора расположены вдоль берега озера на расстоянии 19 м, что приводит к попаданию излишков удобрений в озеро.

Вдоль берега озера расположена автомобильная дорога, которая является источником загрязнения нефтепродуктами и взвешенными веществами. В соответствии с федеральным законом № 257 от 8.11.2007 г. «Об автомобильных дорогах и о дорожной деятельности в Российской федерации» эта дорога относится к дорогам общего пользования местного значения городского округа. Автомобильная дорога имеет бетонное покрытие, ширина одной полосы равна 3,5 м, общее число полос-2 [2].

Автомобильная дорога в зависимости от расчетной интенсивности движения по СНиП 2.05.02 - 85 «Автомобильные дороги» по состоянию на 1 июля 2013 года относится к III категории с расчетной интенсивностью от 2000 до 6000 ед./сут. [3].

Снимок озера с космического спутника позволяет оценить, насколько уменьшилась площадь озера. В настоящий момент средний диаметр озера составляет примерно 3 км.

Рисунок 1 . Озеро Новочерновское

Оценка состояния озера по результатам санитарно-гигиенического, бактериологического и паразитологического анализа проб воды. Отбор проб воды является важным и ответственным этапом во всем комплексе исследований воды. Санитарно-гигиенические, парази-тологические и бактериологические исследования проводились в 2015 и 2017 гг.

По данным лабораторного анализа было установлено, что в 2015 г. заявленный образец - "вода зон рекреации водных объектов" по исследованным физико -химическим показателям не соответствует требованиям СанПиН 2.1.5.980-00 "Гигиенические требования к охране поверхностных вод". Выявлено: по аммиаку - превышение в 1,2 раза, рН - сдвиг на 0,4 единицы в сторону щелочной среды, по нефтепродуктам - превышение в 1,2 раза, по взвешенным веществам - превышение в 1,12 раза; по исследованным микробиологическим, паразитоло-гическим показателям соответствует требованиям СанПиН 2.1.5.980-00 "Гигиенические требования к охране поверхностных вод" [4, 5].

В 2017 году установлено, что содержание по аммиаку - превышено в 1,6 раза, рН -сдвиг на 0,5 единицы в сторону щелочной среды, по нефтепродуктам - превышение в 1,7 раза, по взвешенным веществам - превышение в 1,9 раза; по исследованным микробиологическим, паразитологическим показателям соответствует требованиям СанПиН 2.1.5.980-00 "Гигиенические требования к охране поверхностных вод" [6, 7].

Таким образом, исследование воды показало, что состояние экосистемы озера Ново-черновское по показателям качества воды ухудшается (табл. 1).

Таблица 1

Показатели качества воды озера Новочерновское (2015, 2017 гг.)

Показатели Результаты исследований Допустимый уровень Единицы измерения

2015 год 2017 год

Аммиак 1,8±0,3 2,1±0,3 Не более 1,5 Мг/дм3

рН 8,9±0,2 9,0±0,2 6,5-8,5 Мг/дм3

Взвешенные вещества 0,84±0,5 0,92±0,5 Не более 0,75 Мг/дм3

Запах 3 3 Не более 2 баллы

Нефтепродукты 0,12 0,17 Не более 0,1 Мг/дм3

Растворенный кислород 7,3±0,2 7,3±0,2 Не менее 4,0 рН

Для улучшения экологической ситуации необходимо выявить источники поступления в озеро загрязняющих веществ. В первую очередь аммиака как фактора эвтрофикации. В природной воде аммиак образуется при разложении азотсодержащих органических веществ. Хорошо растворим в воде с образованием гидроксида аммония. Содержание ионов аммония в природных водах варьирует в интервале от 10 до 200 мкг/дм3 в пересчете на азот. Присутствие в незагрязненных поверхностных водах ионов аммония связано главным образом с процессами биохимической деградации белковых веществ, дезаминирования аминокислот, разложения мочевины под действием уреазы. Основными источниками поступления ионов аммония в водные объекты являются животноводческие фермы, хозяйственно-бытовые сточные воды, поверхностный сток с сельхозугодий при использовании аммонийных удобрений, а также сточные воды предприятий пищевой, коксохимической, лесохимической и химической промышленности. В стоках промышленных предприятий содержится до 1 мг/дм3 аммония, в бытовых стоках - 2-7 мг/дм3; с хозяйственно-бытовыми сточными водами в канализационные системы ежесуточно поступает до 10 г аммонийного азота (на одного жителя).

Присутствие аммония в концентрациях порядка 1 мг/дм3 снижает способность гемоглобина рыб связывать кислород. Признаки интоксикации - возбуждение, судороги, рыба мечется по воде и выпрыгивает на поверхность. Механизм токсического действия - возбуждение центральной нервной системы, поражение жаберного эпителия, гемолиз (разрыв) эритроцитов. Токсичность аммония возрастает с повышением рН среды [8]. В данном случае источниками аммиака являются смывы с огородов удобрений, химикатов, а также фильтрованные стоки выгребных ям, расположенных в частном секторе, большое количество свалок вдоль берега озера.

В результате присутствия в воде озера большого количества аммиака, рН среды смещено в щелочную сторону. Слишком высокий уровень рН (больше 9) не столь опасен для рыбы, как низкий, но все же не стоит допускать его. Снижение уровня рН происходит по естественным причинам. Бактерии перерабатывают аммиак в нитриты (N02), а четыре освободившихся иона водорода попадают в воду и снижают показатель рН.

Поскольку выделение аммиака и биологическая фильтрация происходят постоянно, показатель рН может снижаться в каждом водоеме. Если он падает, ниже 7, необходимо принять меры. Растения, рыбы и бактерии дышат, поглощая кислород и выделяя углекислый газ. Процесс дыхания тоже может привести к снижению рН, потому что углекислый газ в соче-

тании с водой образует угольную кислоту. Чрезмерный рост растений может приводить к сильному снижению показателя рН по ночам, но днем он снова оказывается в допустимых рамках, потому что растения используют углекислый газ для фотосинтеза [8].

При показателе рН водоема ниже 7 возможно резкое ухудшение состояния рыбы, особенно если он долго сохраняется. Скорее всего, рыбы потускнеют из -за выделения большего количества слизи. В тяжелых случаях рыба будет задыхаться у поверхности воды. Кроме того, кислая водная среда может разъедать пластиковые и металлические поверхности, образуя в водоеме коктейль из ядовитых веществ.

В естественных условиях вода в водоеме имеет тенденцию к закислению, поэтому желательно использовать материал с буферными свойствами, который будет регулировать рН водоёма. В водоемах и возле них природным буфером зачастую служит карбонат кальция (СаСО3) в виде толченых ракушек, камня-известняка или других подобных веществ [9].

Автомобильные дороги как источник загрязнения. Источником нефтепродуктов и взвешенных частиц является поверхностный сток с автодороги. Оседающая на поверхности автомобильной дороги пыль, продукты износа дорожного покрытия и шин, выбросы от работы двигателей автомобилей, материалы, используемые для борьбы со скользкостью покрытий и другие, приводят при смыве дождевыми и талыми водами к насыщению поверхностного стока этими веществами. Стоки содержат взвешенные вещества и нефтепродукты (бензин, дизельное топливо, масла, мазут и др.), которые затем могут попадать в водоемы.

Степень загрязнения дождевых и талых вод зависит от ряда факторов: географического расположения объекта, климатических условий региона, интенсивности и продолжительности выпадения атмосферных осадков, загрязненности воздушного бассейна, санитарного состояния бассейнов водосбора, вида поверхностных покрытий территорий; наличия поблизости промышленных зон, автомобильных дорог и объема транспортных нагрузок.

Основными ингредиентами, загрязняющими дождевые, талые воды, сбросные воды от мойки транспорта, являются взвешенные вещества, нефтепродукты, синтетические поверхностно-активные вещества, азотсодержащие соединения, соли тяжелых металлов.

Нефть и нефтепродукты на современном этапе являются основными загрязнителями внутренних водоемов. Попадая в водоемы, они создают разные формы загрязнения: плавающую на воде нефтяную пленку, растворенные или эмульгированные в воде нефтепродукты, осевшие на дно тяжелые фракции и т.д. При этом изменяется запах, окраска, поверхностное натяжение, вязкость воды, уменьшается количество растворенного в ней кислорода, появляются вредные органические вещества, вода приобретает токсические свойства и представляет угрозу не только для гидробионтов, но и для человека. 12 г нефти делают непригодной для употребления тонну воды [10].

В работе определялись количество поверхностного стока и степень его загрязнения взвешенными веществами и нефтепродуктами. Данные для расчетов и их результаты представлены в табл. 2-9 [11, 13]. На основе этих данных была рассчитана интенсивность транспортного потока, фактический и предельно-допустимый сброс.

Таблица 2

Характеристика дождевого стока с тер жтории, примыкающей к озеру [12]

Концентрация, мг/л

Показатель качества вод дождевых талых сточных вод

сточных вод

Взвешенные вещества 400-1200 1450

Химическая потребность в кислороде (ХПК) 90 60

Биохимическая потребность (БПК5) в кислороде 30-50 45-60

Нефтепродукты 10-15 12-20

Нитриты 0,173 0,285

Нитраты 1,5 10,7

Фосфаты 0,5 0,2-0,7

Никель 0,009 0,011

Цинк 0,039 0,03

Железо общее 0,373 0,232

Щелочность 4,1-7,5 4,0-7,3

рН 7-8 7-8

Таблица 3

Состав транспортного потока на участке автодороги вдоль озера (2015, 2017 гг.)

Вид транспортного средства Содержание в потоке, %

2015 год

Легковые автомобили 53

Автобусы с полной массой до 5 т включительно и микроавтобусы 24

Автобусы с полной массой свыше 5 т и троллейбусы 20

2017 год

Легковые автомобили 61

Автобусы с полной массой до 5 т включительно и микроавтобусы 26

Автобусы с полной массой свыше 5 т и троллейбусы 13

Таблица 4

Интенсивность транспортных средств (2015, 2017 гг.)_

Направление (рисунок 2) 12 14 21 13 41 31

2015 год

Транспортные средства, авт./ч 62 43 46 94 64 78

2017 год

Транспортные средства, авт./ч 69 51 49 103 68 82

Скорость поворотных потоков принимаем 25 км/ч, пропускная способность полосы движения 500 ед./ч. Для учета влияния в смешанном транспортном потоке различных типов транспортных средств применяют коэффициенты приведения к условному легковому автомобилю (табл. 5).

Рисунок 2. Интенсивности транспортных средств по направлениям

Таблица 5

Коэффициенты приведения_

Тип транспортных средств Кприв

Легковые автомобили и их модификации для перевозки грузов, мотоциклы с боковым прицепом 1,0

Автобусы с полной массой до 5 т включительно 2,5

То же свыше 5 т, троллейбусы 3,0

Интенсивность транспортного потока в приведенных единицах (ед./ч), по каждому направлению определяется по формуле

Ыприв = X (М ■ Р ■ Кприв)/100, где N - интенсивность движения транспортного потока (исходная) в физических единицах, а/ч;

Р1 - процентное содержание в потоке транспортных средств >го типа;

Кприв - коэффициенты приведения для >го типа транспортных средств. Результаты расчетов за годы исследований представлены в табл. 6.

Таблица 6

Результаты расчетов интенсивности движения автотранспорта (2015, 2017 гг.)

Направление Исходная интенсивность, авт./ч В том числе: Приведенная интенсивность, авт./ч

Легковые, % Автобусы до 5 т, % Автобусы свыше 5 т, %

2015 год

N12 62 53 24 20 107

N21 46 53 24 20 80

N13 94 53 24 20 163

N31 78 53 24 20 135

N14 43 53 24 20 75

N41 64 53 24 20 111

2017 год

N12 69 61 26 13 114

N21 49 61 26 13 81

N13 103 61 26 13 170

N31 82 61 26 13 136

N14 51 61 26 13 85

N41 68 61 26 13 113

Суммарная интенсивность на данном участке за 2015 год составляет 671 авт./ч. Интенсивность транспортного потока на участке автодороги составила 671 авт./ч, что превышает пропускную способность в 500 авт./ч, это приводит к образованию пробок. Суммарная интенсивность на данном участке за 2017 год составила 699 авт./ч. Суммарная интенсивность движения автотранспорта, таким образом, увеличилась.

При движении автомобиля в режимах торможения и на холостом ходу выбросы от автомобилей увеличиваются. То есть, образование пробок приводит к увеличению уровня загрязнения. Следовательно, рост загрязнений поверхностным стоком на данном участке зависит не только от величины и интенсивности атмосферных осадков, но и от интенсивности и состава движения транспортных средств.

В работе был произведен расчет количества загрязнений в поверхностном стоке дождевых и талых вод. Расчет проводился на участке автодороги протяженностью 1000 м и с шириной проезжей части 10 м (рис. 2). Норма осадков для территории города Барабинска представлена в табл. 7.

орма осадков для территории го

Таблица 7

юда Барабинска по месяцам, мм (2015, 2017 гг.)

ь р

а в н

ь

л

а р

в

е Фе

т р

а

ь

л

е р

п А

й а

ь н ю И

ь л ю И

т

с усг

в вА

ь р

б тяб

н е С

ь р

б тябк

О

ь р

б я о оН

ь р

б а к

е еД

2015 гс >д

16,1 11,9 12,4 18,9 29,8 45,3 68,8 49,3 36 31,3 26,1 20,2

2017 год

20 14 14 20 33 45 65 53 35 35 29 22

Количество загрязнений в поверхностных водах указано в табл. 8 [13]. Количество загрязнений в поверхностном стоке дороги III категории

Таблица 8

Наименование Количество загрязнений, мг/л

В дождевых водах В талых водах

Взвешенные вещества 780 1620

Нефтепродукты 14,4 15,6

Таблица 9

Качественная и количественная характеристика поверхностного стока

Загрязняющее вещество Дождевые воды Талые воды

Годовой расход, Wд, м3/год Концентрация загрязняющих веществ, мг/л Количество за-грязне-ний, т/год Годовой расход, Wт, м3/год Концентрация загрязняющих веществ, мг/л Количество загрязнений, т/год

Взвешенные вещества 3,56-104 780 27,8 1,77-104 1620 28,7

Нефтепродукты 14,4 0,51 15,6 0,28

Общий объем поверхностных сточных вод, сбрасываемых на прилегающие территории в 2015 году составил 5,33-104 м3/год, в том числе дождевых вод - 3,56-104, талых вод -1,77-104; в 2017 году он составил 5,63-104 м3/год, в том числе дождевых вод - 3,64-104, талых вод - 1,99-104.

Таким образом, общее количество загрязнений, сбрасываемых с поверхностными стоками за год, составляет:

- взвешенные вещества: летний период - 27,8 т/год, зимний период 28,7 т/год;

- нефтепродукты: летний период - 0,28 т/год, зимний период -0,51 т/год.

Коммунальные отходы как источник загрязнения. Основным источником загрязнения

водоема и прибрежной территории являются свалки мусора. Уже не первый год жители окрестных домов складируют мусор и бытовые отходы в прибрежной зоне озера, т.к. вблизи нет контейнеров для мусора. В коттеджном поселке, расположенном на берегу озера, нет организованного сбора мусора. Сброс канализационных стоков от жилых домов, свалки быто-

вых отходов по берегам озера, вымывание из отходов вредных соединений и попадание их с талыми и дождевыми водами в водоем приводят к его деградации [14].

Для оценки антропогенной нагрузки был произведен расчет нормы образования отходов для коттеджного поселка, в котором проживают 76 человек. Нормы накопления твердых коммунальных бытовых отходов (ТКО), образующихся от благоустроенных жилых зданий, составляют 1,07 м3/чел. Нормы накопления ТКО по объему возрастают ежегодно на 1 %.

Средняя плотность ТКО - 0,2 т/м3. Морфологический состав ТКО приведен в табл. 10, показатели накопления ТКО от благоустроенных жилых зданий (увеличение норм накопления, объем, масса) - в табл. 11.

Таблица 1 0

Морфологический состав ТКО (в % по массе)_

Компоненты Средний показатель за 5 лет

Бумага, картон 24,0

Стеклобой 8,0

Пластмасса 6,0

Пищевые отходы 28,0

Текстиль 6,0

Кожа, резина 3,0

Древесные отходы 5,0

Таблица 1 1

Показатели накопления ТКО от благоустроенных жилых зданий (2013-2018 гг.)

Показатель Годы

2013 2014 2015 2016 2017 2018

Увеличение норм накопления ТКО, м3 /чел. 1,07 1,0807 1,0914 1,1021 1,1128 1,1235

Объем ТКО, м3 81 82 83 84 85 86

Масса ТКО от жилых зданий, т 16,2 16,4 16,6 16,8 17,0 17,2

На такую численность населения масса ТКО за год равна 17,2 т. Так как у коттеджного поселка не организован раздельный сбор мусора, не имеется даже обычных контейнеров, поэтому весь мусор от населения коттеджа размещается в прибрежной зоне озера.

Таким образом, установлено, что антропогенными факторами, оказывающими влияние на экосистему озера, являются:

- огороды частного сектора, смыв с которых содержит избыток азотных удобрений;

- отсутствие централизованной канализации в частном секторе;

- ТКО коттеджного поселка;

- автомобильная дорога, поверхностный сток от которой является источником загрязнения.

Для снижения негативного антропогенного воздействия на экосистему озера необходимо выполнить мероприятия, включающие организацию для жителей коттеджного поселка раздельного сбора мусора, удаление донных отложений, удаление лишней растительности по берегам озера, выпуск в озеро рыб семейства карповых, для укрепления береговой линии и предотвращения попадание в водоем загрязнений необходимо высадить растения ивы кустарниковой, райграса пастбищного, вербейника и аира болотного.

Ссылки на источники

1. Бобренко И.А. Биоиндикация и биотестирование в исследованиях экосистем: учеб. пособие / И.А. Бобренко, О.П. Баженова, Е.Г. Бобренко. - Омск: Изд-во ОмГАУ, 2004. - 116 с.

2. ФЗ № 257 от 8.11.2007 г. Об автомобильных дорогах и о дорожной деятельности в Российской федерации. - Введ. 2007-11-03. ИПК Издательство стандартов, 2007. - 5 с.

3. СНиП 2.05.02-85 Автомобильные дороги. - Введ.1987-01-01. - ИПК Издательство стандартов, 1987. - 6 с.

4. СанПиН 2.1.5.980-00 «Гигиенические требования к охране поверхностных вод». - М.

- 2000. - 6 с.

5. Бабич А.Н. Исследование экологического состояния озера Новочерновское (г. Бара-бинск) / А.Н. Бабич, Е.В. Шаповалова // Архитектура, строительство, транспорт [Электронный ресурс]: материалы Международной научно-практической конференции (к 85-летию ФГБОУ ВПО «СибАДИ»). - Омск: СибАДИ, 2015. - С. 1254-1259.

6. Рослякова А.Н. Оценка экологического состояния городских водоемов на примере озера Новочерновское (г. Барабинск) / А.Н. Рослякова, Е.Г. Бобренко / Экологические чтения

- 2018 Материалы международной научно-практической конференции, посвященной 100-летию образования Омского государственного аграрного университета им. П.А. Столыпина (4-6 июня 2018 г.). - Омск: ЛИТЕРА, 2018. - С. 248-251.

7. ГОСТ 17.1.5.02-1980 Охрана природы. Гидросфера. Гигиенические требования к зонам рекреации водных объектов. - Введ. 1982-07-01. - ИПК Издательство стандартов, 1982.

- 5 с.

8. Садовникова Л.К. Экология и охрана окружающей среды при химическом загрязнении / Л.К. Садовникова, Д.С. Орлов, И.Н. Лозановская. - М.: Высш. шк., 2006. - 334 с.

9. Горюнова С.В. Антропогенная деградация водных объектов и возможные пути ее предотвращения - Экология и развитие общества / С.В. Горюнова, А.А. Суздалева, М.А. Кучкина // Материалы XII международной конференции. Дополнительный выпуск.// Спб.: МАНЭБ, 2009. - 83-85 с.

10. ГОСТ 17.1.3.05-82 Гидросфера Общие требования к охране поверхностных и подземных вод от загрязнения нефтью и нефтепродуктами

11. Международный стандарт. ИСО 5667 "Качество воды. Отбор проб".

12. Алексеев М.И. Организация отведения поверхностного (дождевого и талого) стока с урбанизированных территорий: учеб. пособие / М.И. Алексеев, А.М. Курганов. - М.: Изд-во АСВ; СПб.: СПбГАСУ. - 2000. - 352 с.

13. Методика расчета нормативов предельно допустимых сбросов (ПДС) загрязняющих веществ в поверхностные водные объекты со сточными водами. - Введ.1990-10-31. ИПК Издательство стандартов, 1990.

14. Шубов Л.Я. Оптимизация процессов управления твердыми коммунальными отходами как единая технологическая и экономическая система / Л.Я. Шубов, И.Г. Доронкина, О.Н. Борисова // Вестник ассоциации вузов туризма и сервиса. - 2009. - № 4. - С. 24-32.

Elena Bobrenko

Candidate of Agricultural Sciences, Associate Professor FSBEI HE Omsk SA U, Omsk

Anastasia Roslyakova

Master's Degree Student FSBEI HE Omsk SA U, Omsk

Sources of Pollution of the Lake Ecosystem in the City

Abstract. In the article estimation of the ecological state of the lake Novocherkasskoe the city of Barabinsk, identifies sources of negative impact on the lake ecosystem, the proposed activities for the improvement of his condition.

Keyword. Environmental issues, water, negative human influence, the ecosystem of the lake.