CC BY
94
УДК 556.5:543.721
КАЧЕСТВО ВОДЫ И ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ Р. ЧАПАЕВКА
© 2006 Л.А. Выхристюк, ЮА. Ромашкова Институт экологии Волжского бассейна РАН, г. Тольятти
Обобщены материалы исследований (1990-1995, 2004 гг.) и литературных данных по химическому составу воды и донных отложений р. Чапаевка. Показана разная степень загрязнения поллютантами водотока на отдельных его участках. Выявлена адекватность состояния речных вод степени интенсивности антропогенного воздействия на выделенные зоны речного потока.
Река Чапаевка - левый приток Саратовского водохранилища является наиболее загрязненной и трансформированной рекой Нижнего Поволжья как результат мощного антропогенного пресса техногенного и сельскохозяйственного происхождения [1-3]. Хозяйственная деятельность человека на водосборной площади привела к возникновению зон чрезвычайной экологической ситуации и экологического бедствия на отдельных участках реки [4].
Антропогенная нагрузка на бассейн реки распределяется неравномерно; неосвоенные природные зоны практически отсутствуют, верхняя часть водосбора испытывает в основном сельскохозяйственный пресс; ня нижнем участке сосредоточены промышленные предприятия. Соответственно, я река на своем протяжении получает неоднозначную нагрузку с водосборной площади. Верхний участок реки (ст. 1-12; рис. 1) подвержен влиянию сельскохозяйственных стоков, в нижнем течении (ст. 13-23, рис. 1) на первый план выходит техногенное воздействие, я в зоне подпора накладывается влияние менее загрязненных, по сравнению с речными, водных масс Саратовского водохранилища. С поверхностным стоком с сельскохозяйственных угодий и животноводческих ферм в реку поступают, главным образом, биогенные вещества; за счет сточных вод промышленных
* Анализ воды и донных отложений выполнен в лабораториях ИЭВБ РАН, Тнльяттинской ГМО и ООО «Центр мониторинга водной и геологичес-кой среды» (г. Самара).
предприятий идет обогащение вод реки ток-яичными элементами органического и неорганического генезиса [5, 6].
Река Чапаевка с точки зрения современного состояния качества воды изучена недостаточно. Имеются данные российско-гол-л яндских исследований 1993 г. в нижней, приустьевой части реки [7], мониторинговых наблюдений на 2-х створах (1 км выше и ниже г. Чапаевска) Приволжского УГМС и Института «Средволгогипроводхоз» для всей реки, полученные в летнюю межень 1990 и 1991 гг. [8].
В летне-о сенний сезон 1990-1992 гг. сотрудниками Института экологии Волжского бассейна РАН под руководством д.б.н Т.Д. Зинченко впервые проведено комплексное изучение экосистемы р. Чапаевка [1]. Из гидрохимических показателей определялись биогенные (ни^атный, нитритный и аммонийный азот, минеральный и общий фосфор) и органические (по бихроматной окисляемо-сти - БО и биохимическому потреблению кислорода - БПК5) вещества, физико-^шичес-кие показатели (рН, растворенный кислород), а также специфические органические соединения (нефтещэодукты, фенолы). Последующие (1993-1995 гг.) исследования проводились по сокращенной программе; определялись показатели газового режима и органического вещества (ХПК и БПК5), а в 2004 г. изучался химический состав воды реки на реперных станциях (ст. 3, 4, 6, 7, 10, 11, 13, 15, 17, 18; рис. 1) в объеме работ 1990-1992 гг*
Рис. 1. Схе м а отбора проб воды и донных отложений в р. Чапаевка, 1990-1995 гг.
Общая минерализация воды. По соотношению главных ионов вода реки в верхней части, согласно классификации О А. Алеки-на [9], относится к гидрокарбонатному классу, группе кальция; ниже г. Чапаевска анионный характер меняется - преобладают хлориды и сульфаты. Сумма ионов изменяется в широких пределах: тт 347 мг/л - т половодье до 2843 мг/л - в осеннюю межень [10]. Материалы института «Средволгогипровод-хоз»[8] твидетельствуют не только о высокой
минерализации (по величине сухого остатка) в целом для реки в период летней межени, но и о достаточно четком тренде: нар астание ее величины от истока к устью - от 881 до 2271 мг/л. В приустьевом участке под воздействием водохранилищных вод происходит резкое снижение солености - до 307 мг/л. Пт жесткости вода реки характеризуется как жесткая (9,4-20,2 мг-экв./л), в приустьевой части смягчается - 4,4 мг-экв./л (табл. 1).
Таблица 1. Н екоторые показатели качества воды р. Чапаевка [8]
Местоположение станций отбора проб воды (см. рис. 1) Взвешенное вещество, мг/л Сухой остаток, мг/л Жесткость, МГ-ЭКВ./Л
с. Подъем-Михайловка 25,8 881 10,7
с. Сухая Вязовка 2,2 1131 9,4
с. Каменный Брод 7,9 1171 10,0
с. Троицкое 6,7 1332 14,4
с/к 'Прибой" 3,8 1502 15,9
с. Покровка 2,9 1629 13,0
с. Томылово 8,1 1415 20,0
Грузовой порт 18,0 2445 18,6
Лодочная станция 45,0 2263 18,7
500 м ниже лодочной станции 61,0 2271 20,2
500 м выше впадения р. Кривуша 26,3 1288 12,4
500 м ниже впадения р. Кривуша 24,5 729 8,2
Устье р. Чапаевка 5,7 307 4,4
Физико-х^ические показатели. Прозрачность воды реки изменяется в широких пределах (от 0,03 до 1,0 м) и имеет определенную направленность; от истока до плотины фис. 2, ст. 1-10) идет увеличение ее зна-
тений. Ниже по течению (ст. 13-16), в связи с поступлением сточных вод г. Чапаевска, обогащенных минеральной и органической взвесью, прозрачность снижается, а затем в зоне подпора вновь увеличивается.
1111111111111
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 13 14 15 16 17 18 19 21
станции
■ температура
■ прозрачность
Рис. 2. Изменение температуры и прозрачности воды, июль 1990 г.
Концентрация водородных ионов во все периоды наблюдений (1990-1995 и 2004 гг.) не падала ниже 7,5, та исключением августа 1990 г., ктгда реакция воды на ст. 14 и 15, находящихся вблизи сброса промышленных стоков, тыла сдвинута в кислотную сторону (рН = 6,5-6,8). Максимальные значения рН характерны для летнего сезона при массовом развитии водорослей; среднегодовая величина
рН - 7,7. Изменчивость водородного показателя по длине реки в летний сезон (июль) невелика, коэффициент вариации равен 5% (табл. 2; рис. 3).
Насыщение воды кислородом в основном достаточное - 70-125%, но т летнюю межень тонцентрация его в районе влияния стоков г. Новокуйбышевска падает до 4,8 мг/л, т на ст. 15 достигает критического состояния - 3,8
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
20
18
16
и
£ 14
« о 12
Л о 10
ч 8
и
§ 6
Я 4
а 2
0
/
/
/
1 .
Л _ 1 е.! _ _ ■ _ — _ _
ГТ1 Г ВЖ1 1 1 Р 1 Г 1 1 1 г V 1 1 1 1 1 1 П 1 ИРТ 1 ■ 1 1 р 1 1 1 Г 1 1 1 1 1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 13 14 15 16 17 18 19 21
станции
■ кислород ■ рН
Рис. 3. КК з менение содержания растворенного кислорода и величины рН в воде р. Чапаевка, еюль 1990 г.
мг/л, или 49% насыщения. Определенной направленности в изменении содержания кислорода по длине реки не выявлено; характер его изменчивости неустойчивый, с относительно невысокой (42%) степенью вариа-бильности фис. 3; табл. 2).
Биогенные вещества. Исследуемая река загрязнена неорганическими соединениями азота, яа исключением нитратной его формы, кянцентрация которой находится в диапазоне 0,02-0,71 мг К/л, ято значительно ниже ПДК фис. 4а).
Содержания аммонийного азота в нижней части реки и нитритного, практически на всем протяжении водотока, яа период иссле-
довании превышали допустимые нормы в 1,1-12,0 и 1,5-25,0 раз соответственно. В сезонном аспекте наиболее высокие концентрации Ш-ШН4 (0,44-1,48 мг Ш/л) и Ш-Ш02 (0,090-0,500 мгШ/л)характерны для весенне-летнего периода. К осени за счет использования растворенных форм азота в процессах фотосинтеза, кяличество их снижается в 2 и более раз: аммонийного - до 0,0-0,92 мг Ш/л, нитритного - до 0,0-0,076 мгШ/л. Изменение концентраций Ш-ШН4 и Ш-Ш02 по течению реки существенны: я нижнем течении реки их значения в среднем выше, соответственно, в 1,4 и 2,3 ряза по сравнению с верхним участком (табл. 3).
Таблица 2. Статистические характеристики химических показателей воды р. Чапаевка в летний сезон ( июль 1990-1992 гг.)
Показатель N &редн. Стандартное отклонение СУ, % тп тах
Прозрачность, м 18 0,54 0,28 52 0,03 1,0
Температура,°С 18 24,1 2,5 10 20,2 28,0
Растворенный кислород, мг/л 18 8,50 3,6 42 3,8 20,2
РН 18 8,25 0,4 5 7,5 9,2
Фосфаты, мг/л 18 0,085 0,086 101 0,006 0,392
Фосфор общий, мг/л 18 0,223 0,177 79 0,090 0,884
Азот аммонийный, мг Ы/л 18 0,54 0,43 80 0,160 1,48
Азот нитритный, мг Ы/л 18 0,08 0,125 156 0,000 0,500
Азот нитратный, мг Ы/л 18 0,09 0,09 100 0,01 0,26
Органическое в-во*, мг О/л 20 72,1 36,1 50 23,3 133,7
Фенолы, мг/л 18 0,002 0,003 150 0 0,015
Нефтепродукты, мг/л 18 0,05 0,07 140 0,02 0,33
Примечание. * - но бихроматной окисляемости
Таблица 3. Ко н центрация химических веществ в воде разных участков р. Чапаевка
Ингредиент Июль 1990-1992 г. Среднегодовые значения (1993 г.) [13]
верхний участок (ст. 1-12) нижний участок (ст. 13-18) 1 км выше г. Чапаевска 1 км ниже г. Чапаевска
РН 8,30 8,23 7,2 7,0
Растворенный кислород, мг/л 8,38 9,40 8,51 4,31
Растворенный кислород, % 100 117 - -
Бихроматная окисл., нг /л 39,7 103,0 69,4 87,0
Азот нитритный, нг Ы/л 0,048 0,12 0,088 0,122
Азот нитратный, нг Ы/л 0,11 0,08 1,14 1,01
Азот аммонийный, нкг Ы/л 0,45 0,71 0,93 1,88
Фосфаты, мкг/л 60 123 нет данных
Фосфор общий, мкг/л 205 268 112 142
Нефтепродукты, мг/л 0,03 0,11 0,15 0,17
Фенолы, мкг/л 0,8 7 4 13
Медь, мкг/л нет данных 12 13
Цинк, мкг/л нет данных 19 29
Общая взвесь, г/м3 нет данных 34,9 47,7
900 п 800700600500-
U
К
g 400300200 100 0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 13 14 15 16 17 18 19 21
станции ■ N-NH4 ■ N-NO2
J.
I I I _ I
Г Р ИГ I Г I PPI Г I ГРГГ
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 13 14 15 16 17 18 19 21
станции НРмин. ИРобщ.
Рис. 4. ККкменение концентрации минеральных форм азота (а) и фосфора (б) в воде
р. Чапаевка, еюль 1990 г.
Содержание минерального фосфора в основном ниже существующих нормативов, та исключением ст. 13, т воде которой фосфаты достигают почти 2 ПДК (392 мкг Р/л) как результат поступления их со сточными водами фис. 46). В целом для реки диапазон колебаний фосфора велик: для минеральной его формы - тт 6 до 392 мкг Р/л, для общего фосфора - от 90 до 884 мкг Р/л; коэффициент вариации концентраций фосфора в первом случае достигает 98%, во втором - 77% (см. табл. 2).
Наиболее обогащен фосфором, тсобенно в августе, нижний участок реки, в том числе и приустьевая часть, находящаяся под влиянием подпорных вод Саратовского водохрани-
лища. С одержание общего фосфора в последнем находится в диапазоне 318-408 мкг Р/л. Для волжских водохранилищ позднелетнее повышение концентраций фосфора, происходящее за счет усиления в этот период дест-рукционно-продукционных процессов в воде и донных отложениях, обычное явление [11]. Высокое содержание фосфора сохраняется и о сенью, оа исключением истока.
По содержанию основных биогенных элементов (озота и фосфора), согласно W.D. Taylor et al. [12], р. Чапаевка в высокой степени эв-трофированный водоток.
Органическое вещество (OB). По содержанию суммарного органического вещества (по бихроматной окисляемости - БО), как и в
случае с биогенными компонентами, река разделяется на 2 участка - верхний и нижний. Концентрации ОВ в верхнем течении реки колеблется от 23,3 до 63,8 мг О/л; источником его являются в основном органические соединения аллохтонного (поверхностный сток) и в меньшей степени, автохтонного происхождения (первичная продукция).
В нижней части реки содержание ОВ значительно возрастает: в июле - до 91,1-133,7 мг О/л, и августе - до 163 мг О/л, прежде всего, и а счет усиления роли в поставке органических веществ сточными водами городов Ча-
паевска и Новокуйбышевска. Концентрации ОВ здесь достигают показателей, характерных для грязных вод - 60-150 мг О/л, на некоторых станциях превышая их. Загрязнение органическим веществом воды приустьевой части сохраняется на уровне, отмеченном для нижнего течения реки - 89,1-131,0 мг О/л фис. 5).
Содержание лабильных органических соединений, судя по БПК, повышенно - 4,49,7 мг О/л; ионцентрации менее ПДК (2, 0 мг О/л) иитр ечаются крайне редко и в основном в верховье реки (табл. 4).
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 13 14 15 15а 16 16а 17 18 19 21
станции
Рис. 5. И з менение содержания органического вещества в воде р. Чапаевка, июль 1990 г.
Таблица 4. Средние значения и пределы колебаний содержания лабильного органического вещества (БПК5, мг О/л) в воде р. Чапаевка (1990-1992 гг.)
Участок
Значения Верхний Нижний Устье
(ст. 1-10) (ст. 13-18) (ст. 19-21)
Среднее 2,9 7,0 5,1
Минимальное 1,9 4,4 1,7
Максимальное 3,4 9,7 7,6
Высокие концентрации лабильной фракции ОВ, как показывают исследования ряда авторов [14-16], обусловлены воздействием, обогащенных органическим веществом, сточных вод и процессами эвтрофирования водных объектов. Величины показателей биохимического потребления кислорода широко используются для оценки загрязненности поверхностных вод (табл. 5) [17-19].
Таблица 5. Концентрации лабильного органического вещества в воде некоторых рек
Река БПК5, мгО/л Источник
Участок
чистый грязный
Москва 1,7 25,0 цит. по: [14]
Днепр 2,9 13,0 цит. по: [15]
Ижора 2,2 9,9 [16]
По концентрации лабильного ОВ вода р. Чапаевка на всем протяжении от истока до устья является умеренно загрязненной и загрязненной. Значение БПК5 превышают установленные для природных водотоков нормы в 2,2-4,8 р аз в нижнем течении ив 1,12,9 раза в - верхнем.
Загрязнена река и специфическими органическими соединениями - фенолами, нефтепродуктами, хлорорганическими пестицидами. Наиболее высокие их концентрации на участке реки ниже плотины: ходержание фенолов составляет 2-15 ПДК (в среднем 5
ПДК), нефтепродуктов - 1-7 ПДК (в среднем 2 ПДК); в вархней части загрязнение реки фенолами и нефтепродуктами носит локальный характер (табл. 3; рис. 6 и 7).
Величины изомеров гексахлорциклогекса-на (адьфа-, бета-, гамма-ГХЦГ) хыше нормативов в десятки раз, что соответствует экстремально высокому уровню загрязнения воды; при ПДК для ГХЦГ, равном 0,01 мкг/л, концентрация хлорорганических пестицидов в июне 1993 г. д а стигала в районе сброса сточных вод 118-278 ПДК и только в устье р. Чапаевка снизилась до 0,17 мкг/л (17 ПДК).
10 9 8 7
^ 6
- 5
2 43 2 1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 13 14 15 16 17 18 19 21
станции
Рис. 6. И з менение концентраций фенолов в воде р. Чапаевка, июль 1990 г.
0,35 -0,30,25-5 0,2~
5 0,15 0,1 -0,050
■ ■ ■ ■ I
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 13 14 15 16 17 18 19 21
станции
Рис. 7. И з менение концентраций нефтепродуктов в воде р. Чапаевка, июль 1990 г.
0
Уровень токсического загрязнения реки по содержанию неорганических веществ (тяжелых металлов) оценен по данным российско-голландских исследований [7], которые затронули участки реки в районах сброса сточных вод городов Чапаевска и Новокуй-бышевска, и материалов наших исследований 2004 г. (табл. 6, рис. 8).
Превышение допустимых нормативов кон-
центраций тяжелых металлов в 1993 г. зафиксировано для меди (2,3-29,9 ПДК), марганца (4,2-17,7 ПДК) и свинца (1,3-1,9 ПДК); максимальные значения ПДК характерны для речных вод в местах сброса стоков, минимальные - для приустьевого участка. Отмечено повышенное количество кадмия в устье реки (1,6 ПДК) и ртути (6 ПДК) - и отводном канале для сточных вод г. Чапаевска.
Таблица 6. Концентрация (мкг/л) тяжелых металлов в воде р. Чапаевка, июнь 1993 г.
Станции Си РЬ Cd Mn Zn Hg
13 7.5 0.96 0.94 0.68 5.5 177 14.4 п.о*
14а 7.9 1.04 0.79 0.46 5.4 156 15.3 0.06
14 29.9 0.87 0.72 0.80 5.0 158 19.3 п.о
18 4.7 0.75 0.10 0.41 1.4 42 7.1 п.о
21 2.3 0.68 0.14 8.20 1.0 51 8.1 п.о
ПДК, мкг/л 1 100 10 5 - 10 10 0.01
Примечание. * - предел обнаружения.
К 2004 г. и местах непосредственного воздействия промышленных стоков городов Ча-паевск(ст. 13, рис. 1) и Новокуйбышевск (ст. 18, рис. 1) на речной водоток, концентрации микрокомпонентов изменились неоднозначно. На станции 13 значительно снизилось со-
держание марганца и свинца, соответственно, в 3,5 и 2,3 раза; концентрация меди сохранилась на уровне 1993 г., а цинка - возросло в 3 раза. На станции 18 с одержание всех исследуемых компонентов увеличилось фис. 8).
Рис. 8. Концентрации микроэлементов в воде р. Ч ипаевка
При определении состояния водной среды все чаще используют понятие «качество воды», пои которым понимается пригодность ее либо для целей различных видов водопользования, либо, и экологических позиций, для жизни водных организмов, и характеризуется совокупностью различных показателей - гидрофизических, гидрохимических, гидробиологических.
Качество воды р. Чаиаевка определялось для наиболее жесткого в гидрологическом отношении периода - летней межени. В ыбор этого периода обоснован также и наиболее полной гидрохимической информацией - от истока до устья реки. В иснову выделения классов качества воды реки положен, широко применяемый в системе Гидрометеорологической службы России индекс загрязнения
воды (ИЗВ) [20].
В табл. 7 пр едставлено состояние воды р. Чапаевка на всем ее протяжении. На участке от истока до ст. 13 рачество воды относительно стабильно; в основном «умеренно загрязненная». Ниже (ст. 13-18) состояние водных масс резко меняется, р ека переходит от умеренно загрязненной и загрязненной к грязной
и очень грязной. В приустьевой (ст. 19-21) широкой части водотока, за счет ускорения процессов седиментации минеральных частиц и вместе с ними сорбированных химических компонентов, р также разбавляющего влияния водохранилищных водных масс, происходит улучшение качества воды.
Таблица 7. Качество воды р. Чапаевка, июль 1990 г.
Выше г. Чапаевска Ниже г. Чапае века
№ станции Класс Тип воды № станции Класс Тип воды
качества качества
1 II чистая 13 VI очень грязная
2 III умеренно загрязненная 14 V грязная
3 III умеренно загрязненная 15 IV загрязненная
4 IV загрязненная 16 IV загрязненная
5 III умеренно загрязненная 17 IV загрязненная
6 III умеренно загрязненная 18 V грязная
7 III умеренно загрязненная 19 IV загрязненная
8 III умеренно загрязненная 20 III умеренно загрязненная
9 III умеренно загрязненная 21 III умеренно загрязненная
10 III умеренно загрязненная
Примечание. Кл асс качества воды определялся по 6 ингредиентам - растворенный кислород, азот аммонийный, азот нитритный, органическое вещество (по бихроматной окисляемости), фосфаты, нефтепродукты.
Оценка состояния воды р. Чапаевка по отдельные районы бассейна водотока химическим ингредиентам адекватна интен- (табл. 8).
сивности антропогенного воздействия [4] на Последующие исследования экологическо-Таблица 8. И отен сив ность антропогенной нагрузки на участки реки и качество воды
Антропогенная нагрузка Качество воды
Участок Балл Характеристика Класс Характеристика
реки
I 9 слабая II-III чистая, умеренно загрязненная
II 13 умеренная III умеренно загрязненная
III 35 чрезвычайно большая IV-VI загрязненная, грязная, очень грязная
IV 18 значительная III-IV умеренно загрязненная, грязная
го состояния р. Чапаевка, пыполненные рос-сийско-полландской экспедицией в 1993 г. и Институтом экологии Волжского бассейна РАН в 2004 г., позволили на примере наиболее уязвимых участков реки отметить произошедшие изменения в качестве воды фис. 8 и 9). В связи с перепрофилированием военно-химических предприятий в ОАО «Средневол-жский завод химикатов» и последующей его реорганизацией в ООО «Волгапромхим» с остановкой ряда производств, привело к снижению объема стоков и количеству в них пол-
лютантов (тяжелых металлов, органических и неорганических соединений) [3]. Снижение антропогенной нагрузки на водоток, привело к улучшению качества воды на участке ниже г. Чапаевска (табл. 9, ст. 13). В зоне влияния выброса сточных вод г. Новокуйбышев-ска (ст. 18) питуация иная; увеличились концентрации тяжелых металлов, а биогенных и органических веществ, напротив, снизились фис. 8, 9), что, однако, практически не нашло своего отражения в классе качества воды (табл. 9).
Рис. 9. Содержание форм азота (а, б), фосфатов (в), нефтепродуктов (г), фенолов (д) и органического вещества (е) в воде р. Чапаевка в разные годы
Заметные изменения в состоянии воды отмечены и в верховье реки (ст. 3), находящейся вне зоны техногенного воздействия. Концентрации фосфатов и органических ве-
ществ увеличилось в 3 раза фис. 9в, 9е), содержание растворенного кислорода упало до уровня заморных значений - 0,98 мг/л (12% насыщения), что свидетельствует об усиле-
Таблица 9. М ежгодовые изменения качества воды р. Ч нн аевка в районах сброса сточных вод городов Чапаевск (ст. 13) и Новокуйбышевск (ст. 18)
Годы Ст. 13 (ниже г. Чапаевска) Ст. 18 (ниже г. Новокуйбышевска)
Класс качества Тип воды Класс качества Тип воды
1990, июль VI очень грязная V Грязная
1993, июль* V грязная IV Загрязненная
2004, июль IV загрязненная V Грязная
Примечание. * - по данным российско-голландского проекта «Волга» [7].
нии эвтрофирования этого участка реки, объясняемого возникновением пруда при перекрытии реки плотиной. В результате, произошли изменения морфологических показателей (площади водной поверхности, илубин и т. д.) и гидрологических условий (снижения скорости течений и более высокое прогревание воды в вегетационный период), иио способствовало интенсификации фотосинтеза. иСичество воды на этом отрезке водотока ухудшилось по сравнению с 1990 г. на два класса; относится к VI ишассу - «очень грязная».
Донные отложения ЩО). Донные осадки являются одним из важнейших абиотических компонентов экосистемы, отражающих совокупность биологических, химических и физических процессов, происходящих в водном объекте; ини активно участвуют во внут-риводоемных процессах; являются средой обитания организмов бентоса, продуктивность которого существенно влияет на многие звенья пищевой цепи. Роль донных отложений неоднозначна: и одной стороны, они благоприятствуют удалению веществ из водной толщи и тем самым способствуют улучшению качества воды, и другой - значительные запасы различных химических соединений в них при изменении условий водной среды могут стать источником вторичного загрязнения воды [21]. Грунты выступают, о собенно в техногенных водных системах, в роли индикатора загрязнения. К сожалению, до настоящего времени в России не разработаны единые нормативные показатели предельно допустимого содержания химических веществ в донных отложениях, что затрудняет определение уровня их загрязненности. В итом направлении есть разработки Российского научного центра реабилитации и физиотерапии (ПДК для лечебных грязей), Концерна «ГЕОЭКОцентр» (фоновые значения для Московского региона), Института минералогии, иеохимии и кристаллографии редких элементов (фоновые значения для донных отложений) [7]. В нормативном документе «Критирии оценки экологической обстановки территорий для выявления зон чрезвычайной экологической ситуации и зон
экологического бедствия» [22] итепень химического загрязнения грунтов проводится по величине коэффициента донной аккумуляции
В основе суждений о типе грунтов р. Ча-иаевка, их загрязнения химическими соединениями положены материалы наших исследований в июле 1990 г. (ст. 13-23, рис. 1) и российско-иоландских по [7]. Исследованный участок - от плотины до устья - можно рассматривать как относительно замкнутый водоем с практически отсутствующим течением; обмен водных масс происходит за счет подпорного влияния Саратовского водохранилища. Такой гидрологический режим способствует накоплению мощных иловых отложений (сирые и черные илы). Кроме иловых отложений, зpyзиы реки на разных участках в зависимости от глубины и скорости течения представлены песками с разной степенью заиленности и затопленными почвами с остатками растительности; на ст. 18 (протока Кривуша) обнаружены мелкие шарики ззкyccтвeннoгo происхождения [1].
Биогенные компоненты. Максимальные величины содержания общего азота (0,57%) и органического вещества (6,99%) обнаружены в слабо заиленных песках с признаками присутствия нефти в техногенно-з^рязнен-ной протоке Кривуша фис. 10, ст. 18). Повышение концентраций биогенных веществ в приустьевой части (ст. 21-23) и ики связано с преобладанием тонкодисперсной фракции в гранулометрическом составе отложений; воздействие сточных вод проявляется в слабой степени. Концентрация фосфора в грунтах реки соответствует низкому уровню загрязнения; значений выше фона не обнаружено. Для азотных форм, напротив, характерно превышение фоновых показателей: иитратного азота - в 5-10 раз, аммонийного - в 3 раза (табл. 10).
Загрязнение нефтепродуктами и фенолами также высоко, их содержание находится в пределах 1527-9487 и 0,32-1,29 мг/кг, соответственно, ири норме 1000 и 0,05 мг/кг. Накопленные количества хлорорганических соединений в грунтах ниже устья отводного канала и в протоке Кривуша превышают нор-
N общ.
0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0
Р общ
0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0
13 14 15 16 17 18 19 21 22 23
станции
13 14 15 16 17 18 19 21 22 23 станции
С орг. 61
4 х
| 3
1013 14 15 16 17 18 19 21 22 23
станции
Рис. 10. Содержание биогенных веществ ( в % на воздушно- сухой грунт) в донных отложениях нижней части р. Чапаевка, июль 1990 г.
мативы в десятки, сотни и тысячи раз [7].
Значительный уровень загрязнения донных отложений нефтепродуктами, фенолами, пестицидами на исследованном участке р. Чапаевка свидетельствует о мощном техногенном прессе. Основной фон загрязнения формируется за счет деятельности промышленного комплекса городов Чапаевск и Но-вокуйбышевск. Надо полагать, что при такой степени насыщения поллютантами донных осадков, возможно их возвращение в водную массу, что приведет к ухудшению качества речной воды.
Из микроэлементов донных отложений рассматривались медь, кадмий, хром, свинец, цинк, никель и ртуть на участке, находящемся в зоне максимального техногенного воздействия. Отмечается значительный размах концентраций для кадмия, никеля, хрома и ртути с максимальными значениями всех исследуемых показателей на участках ниже стоков г. Чапаевска - ст. 50 (13) и ниже стоков г. Новокуйбышевска - ст. 51 (18) фис. 11). Содержание микроэлементов в грунтах превы-
шают фоновые значения в большинстве случаев в 1,3-3,4 раза; ковщентрации меди на всех исследуемых станциях ниже фона, а кадмия и ртути выше на ст. 51 (18) в 70 и 7 раз соответственно (табл. 10).
С целью оценки эффекта воздействия всех исследуемых элементов в донных отложениях на экосистему р. Чвпаевка использовался суммарный показатель загрязнения (СПЗ), предложенный Институтом минералогии, геохимии и кристаллохимии редких металлов [7].
СПЗ определяется по формуле:
СПЗ = !кс - (п-1),
где кс - коэффициент концентрации, равный отношению фактического содержания вещества в ДО к его фону;
п - число суммируемых веществ, коэффициент которых выше 1.
Согласно числовому значению СПЗ, донные отложения по уровню загрязнения классифицируются следующим образом: СПЗ < 8 - слабо загрязненные;
Рис. 11. Схема отбора проб донных отложений в р. Чапаевка [по: 7] ( в скобках номера станций, соответствующих рис. 1)
8 < СПЗ < 16 - допустимая степень загрязнения;
16 < СПЗ < 32 - умеренноопасная степень загрязнения;
32 < СПЗ < 128 - опасная степень загрязнения;
СПЗ > 128 - чрезвычайноопасная степень загрязнения.
Донные осадки р. Чапаевка в районе сброса сточных вод городов Чапаевск - ст. 50 (13) и Новокуйбышевск - ст. 51 (18) относятся к категории «чрезвычайноопасная степень загрязнения». В устье отводного канала - ст. 49 (14) - уровень загрязнения грунтов снижается и характеризуется: иоСП31 как «слабо загрязненные», по СП32 - «опасная степень загрязнения» (табл. 11).
Таблица 10. Содержание (мг/кг) хи мических элементов в донных отложениях р. Чапаевка
(по: [7])
Показатели Станции Норматив
47 (141) 48 (12) 49 (14) 50 (13) 51 (18)
Кадмий 10,87 1,15 0,50 11,23 0,10 0,16*
Медь 4,30 2.31 4,90 5,10 9,30 21,0*
Никель 23,.90 16,40 4,26 44,90 22,82 29,0*
Хром 54,80 38,15 10,30 96,11 50,80 28,0*
Свинец 24,80 14,20 13,30 23,87 23,45 10,0*
Цинк 13,00 20,05 13,00 14,0 39,0 30,0*
Ртуть 0,10 0,10 0,30 0,10 0,70 0,10*
Нефтепродукты 1706 9120 1527 8750 9487 1000**
Фенолы 0,34 0,62 0,32 1,23 1,29 0,05**
Нитратный азот 800 384 700 1200 1300 130*
Аммонийный азот 73,50 26,50 68,00 250,0 265,0 92,5*
Нитритный азот 0,60 0,30 0,60 1,00 2,00 -
Общий фосфор 240 311 210 400 420 800
ГХЦГ- альфа, мкг/гг - 6,311 0,117 0,037 сл. 2,5**
ГХЦГ - гамма, мкг/кг - - 0,039 0,136 сл. 0,05**
ГХЦГ - бета, мкг/кг - 7,738 0,175 0,011 н/о 1**
Примечание: Ст. 47-200 м от впадения отводного канала сточных вод в р. Чапаевка; ст. 48 - отсеченная часть р. Чапаевка; ст. 49 - остье отводного канала; ст. 50 - 1 то ниже устья отводного канала; ст. 51 - пр. Кривуша ниже впадения стоков г. Новокуйбышевска. Нормативные значения загрязняющих веществ: * - российские (Институт минералогии, геохимии и кристаллографии редких металлов); ** - голландские (намеченные нормы после 2000 г.).
Таблица 11. Коэффициенты концентраций загрязняющих веществ в донных осадках р. Чапаевка (по: [7])
Станции Компоненты
Cd № Pb Hg Zn СП31
49 (14) 5,00 0,23 0,25 0,47 1,19 3,00 0,33 7
50 (13) 112,3 0,24 2,64 4.37 2,13 1,00 0,35 120
51 (18) 1,00 0,44 1,34 2,31 2,09 7,00 0,98 10
Станции Компоненты
Фосфор Азот нитратный Азот аммонийный Фенолы Нефтепродукты СП32
49 (14) 0,26 5,38 0,74 6,44 30,54 47
50 (13) 0,50 9,23 2,70 24,52 175,00 341
51 (18) 0,53 10,00 2,87 25,74 189,74 234
Примечание: СП31 - включает тяжелые металлы, СП32 - аммонийный азот, нитратный азот, фенолы, нефтепродукты (н/п) т хлорорганические соединения.
Для оценки уровня загрязнения ДО р. Чапаевка токсичными тяжелыми металлами использовался и коэффициент донной аккумуляции (ВДД), который отражает величину накопления поллютантов в осадках относительно водной массы (ВДА=Сд/Св, где Сд и Св -концентрации элемента, соответственно, в донных отложениях и воде) и позволяющий определить экологическую ситуацию в районе наибольшей антропогенной нагрузки на реку [22].
Как видно из табл. 12 кначения коэффициентов обогащения донных отложений реки медью, свинцом, кадмием, хр омом и цинком
дает право охарактеризовать состояние грунтов «чрезвычайная экологическая ситуация», что показало практически полное совпадение с расчетными данными по СПЗ.
Таким образом, кыявленные закономерности распределения физико-химических показателей, концентраций биогенных и органических веществ разного генезиса, тяжелых металлов в воде и донных отложениях позволили разделить р. Чкпаевка на участки с разной степенью загрязнения поллютантами: • первый участок - от истока до ст. 4 - характеризуется наименьшими концентрациями химических ингредиентов;
Таблица 12. Зо ны экологической ситуации в донных отложениях р. Чапаевка
Ком- Станции
понент 49 (14) 50 (13) 51 (18)
чрезвычайная чрезвычайная эко- чрезвычайная экологи-
Си 0,6-103 экологическая ситуация 0,2-103 логическая ситуация 2,1 -103 ческая ситуация
чрезвычайная чрезвычайная эко- чрезвычайная экологи-
РЬ 1,3-104 экологическая ситуация 2,7-104 логическая ситуация 3,1 -104 ческая ситуация
1,1 -103 чрезвычайная 1,4-104 чрезвычайная эко- 0,2-103 чрезвычайная экологи-
СЬ экологическая ситуация логическая ситуация ческая ситуация
1,9-103 чрезвычайная 1,9-104 чрезвычайная эко- 1.4-103 чрезвычайная экологи-
Сг экологическая ситуация логическая ситуация ческая ситуация
чрезвычайная чрезвычайная эко- чрезвычайная экологи-
гп 8,7-103 экологическая ситуация 0,7-103 логическая ситуация 5,5-103 ческая ситуация
• второй участок - от ст. 4 до плотины у г. Чапаевска - имеет повышенную прозрачность воды, обеднен органическими веществами, взотными минеральными соединениями, нефтепродуктами и фенолами;
• третий участок - вт плотины до предустье-вой части - с максимальными концентрациями в воде и донных отложениях большого спектра химических загрязнителей как результат техногенного воздействия;
• четвертый участок - устье р. Чапаевка - находится под влиянием водохранилшцных
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Экологическое состояние бассейна реки Чапаевка в условиях антропогенного воздействия (Биологическая индикация). Экологическая безопасность и устойчивое развитие Самарской области. Вып. 3. Тольятти: ИЭВБРАН, 1997.
2. Гв суцарственный доклад о состоянии окружающей среды Самарской области в 1993 году. Самара, 1994.
3. Го суцарственный доклад о состоянии окружающей среды Самарской области в 2003 году. Самара, 2004.
4. Зинченко Т.Д., Выхристюк Л А., Шитиков В.К. Методологический подход к оценке экологического состояния речных систем по гидрохимическим и гидробиологическим показателям // Изв. Самар. НЦ РАН. 2000.
вод; испытывает меньший пресс сточных вод и, следовательно, менее нагружен пол-лютантами.
Наиболее экологически опасным является участок реки, ввсположенный вблизи сброса сточных вод промышленных узлов городов Чапаевск и Новокуйбышевск. В ода и донные отложения здесь содержат кадмий, фенолы, нефтепродукты, хлорорганические соединения в количествах, значительно превышающих нормативы.
Т. 2, № 2.
5. Выхристюк Л.А., Варламова О.Е. ^этичес-
кий состав воды и донных отложений // Экологическое состояние бассейна реки Чапаевка в условиях антропогенного воздействия (Биологическая индикация). Экологическая безопасность и устойчивое развитие Самарской области. Вып. 3. Тольятти. ИЭВБРАН, 1997.
6. Выхристюк Л.А., Червякова Н. Г., Цыкало В А. Экологическое состояние бассейна реки Чапаевка в условиях антропогенного воздействия (Биологическая индикация). Экологическая безопасность и устойчивое развитие Самарской области. Вып. 3. Тольятти. ИЭВБРАН, 1997.
7. Волга: Независимые исследования. Н. Новгород, 1994.
8. О вновные положения по использованию и
охране водных ресурсов реки Чапаевка: Краткий ТЭР-схема. Пояснительная записка № 1018478-39-00-ПЗ. Самара, 1992.
9. Алекин O.A. Основы гидрохимии. Л., 1953.
10. Ежегодник качества поверхностных вод на территории деятельности Приволжского УКГС. Самара, 1988.
11. АыхристюкЛ.А. Биогенная нагрузка и гидрохимический режим // Экология фитопланктона Куйбышевского водохранилища. Л.: Наука, 1989.
12. Taylor W.D., Lambou V.W., WilliamsL.R., Hern S.C. Trophic state of lakes and reservoirs //Environ. water Qnality operational studies Technical report. 1980. №3.
13. Ежегодник качества поверхностных вод на территории деятельности Приволжского УКГС. Самара, 1994.
14. СкопинцевБ.А. Содержание органического вещества в некоторых водах Подмосковья // Докл. АН СССР. 1948. Т. 61, БГ° 2.
15. Бульон В.В., Кожанова ТС., Морев Ю.Б. Физико-Беоргафические и гидрохимические особенности реки Тюп и Тюпского залива озера Иссык-Куль // Гидробиологические исследования на реке Тюп и Тюрпском заливе озера Иссык-Куль. Л., 1977.
16. БулъонВ.В., НикулинаВ.И. Боль фитоплан-
ктона в процессах самоочищения в водотоках // Гидробиологические основы самоочищения вод. Л., 1976.
17. Драч ее С.М. Признаки загрязнения и оценка состояния водоемов // Порьба с загрязнением рек, озер и водохранилищ промышленными и бытовыми стоками. М., 1964.
18. Жукинский Л А., Оксиюк О.П., Олейник Т.Н., Кошелева С.И. Принципы и опыт строения экологической классификации качества поверхностных вод суши // Гидробиол. журн. 1981. Т. 12, №2.
19. Оксиюк О.П., Жукинский ВН., Брагинский Л.П. и др. Комплексная экологическая классификация качества поверхностных вод суши // Гидробиол. журн. 1993. Т. 29, № 4.
20. Временные методические указания по комплексной оценке качества поверхностных и морских вод. Утв. Госкомитетом СССР от 22.09.86. №250-1163.
21. Выхристюк Л.А., Варламова О.Е. Дппные отложения и их роль в экосистеме Куйбышевского водохранилища. Самара, 2003.
22 Критерии оценки экологической обстановки территорий для выявления зон чрезвычайной экологической ситуации и зон экологического бедствия. М., 1992.
QUALITY OF WATER AND BOTTOM SEDIMENTS OF THE RIVER CHAPAEVKA
© 2006 L.A. Vikchristyuk, Y. A. Romashkova Institute of Ecology of the Volga River Basin of Russian Academy of Sciences, Togliatti
Research materials (1990-1995, 2004 years) and the literary data on chemical composition of water and bottom sediments of the river Chapaevka are generalized. The different degree of pollution on the separate fields of the river is shown. Adequacy of the state of river waters to the degree of intensity of anthropogenic impact on the chosen zones of the river stream is revealed.
