CC BY
54
DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2020.96.6.051
КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА ЗАГРЯЗНЕНИЯ РЕКИ ПРЕГОЛИ
И АКВАТОРИИ КАЛИНИНГРАДСКОГО ЗАЛИВА
Научная статья
Эйдельман Я. В.1' *, Королева Ю.В.2, Голубева Ю.В.3
1 2, 3 Балтийский федеральный университет им. И. Канта, Россия
* Корреспондирующий автор (pinaeva.yana[at]inbox.ru)
Аннотация
Целью исследовательской работы являлась оценка экологического состояния акватории Калининградского залива, испытывающего значительную биогенную нагрузку со стоком вод реки Преголи, на основе параметров гидрохимического мониторинга и метеорологической сводки за 2013-2019 гг. По данным многолетних наблюдений выполнен статистический анализ основных показателей загрязнения. Приведены результаты расчёта коэффициента корреляции Пирсона для анализируемых показателей за тёплый и холодный период наблюдений.
Ключевые слова: водные ресурсы, Калининградский залив, загрязнение, статистический анализ, критерий Пирсона.
COMPREHENSIVE ASSESSMENT OF POLLUTION OF PREGOLYA RIVER AND KALININGRAD BAY AQUATORIES
Research article
Eidelman Ya. V 1' *, Koroleva Yu.V.2, Golubeva Yu.V.3
1, 2, 3 Kant Baltic Federal University, Russia
* Corresponding author (pinaeva.yana[at]inbox.ru)
Abstract
The goal of this research work is to assess the ecological state of the water area of the Kaliningrad Gulf, experiencing significant nutrient load with the runoff of the Pregolya River, based on the parameters of hydrochemical monitoring and meteorological reports for 2013-2019 The authors have conducted the statistical analysis of main pollution indicators according to long-term observations. The results of calculating the Pearson correlation coefficient for the analyzed parameters for a warm and cold observation period are presented in the article.
Keywords: water resources, Kaliningrad Bay, pollution, statistical analysis, Pearson criterion.
Введение
Калининградский залив Балтийского моря является практически закрытой лагуной эстуарного типа и относится к одним из самых продуктивных водоемов Европы [1],[2]. Материковый сток Калининградского залива составляет 3,6 км3/год и формируется за счёт 6 рек, крупнейшие из которых по площади водосборного бассейна - Преголя, Прохладная и Эльблонг. Бассейн реки Преголя составляет 65% водосборной площади залива [3], [4]. На берегах р. Преголи и ее притоков расположены крупные города Калининградской области, в том числе Калининград. Следовательно, именно материковый сток реки Преголи, а также расположение залива и его водосборной площади в густонаселенном районе с интенсивно действующей промышленностью, сельским хозяйством и судоходством оказывает существенное влияние на поступление загрязнения в Калининградский залив.
Анализ поступления загрязняющих веществ позволяет дать комплексную геоэкологическую оценку состояния вод Калининградского залива и спрогнозировать уровень эвтрофирования Российской части Вислинского залива при изменении антропогенной деятельности на водосборной площади.
Цель работы - комплексная оценка состояния вод Калининградского залива на основе статистической обработки данных ежеквартального мониторинга состояния реки Преголи за период 2013 - 2019 гг. и выявление вклада различных источников в загрязнение водных ресурсов.
Материалы и методы исследования
Важнейшим элементом регулирования качества водных объектов является нормирование качества водной среды. Для оценки загрязнения стока реки Преголи и акватории Калининградского залива проведен анализ основных показателей экологического мониторинга (температура, растворенный кислород, взвесь, БПКполн, нитриты, нитраты, нефтепродукты и т.д.) на основе теории о нормальном распределении. Статистическая обработка результатов проводилась с использование программных продуктов Microsoft Office Excel 2016 и SPSS Statistics 23.0.
Основные результаты
Объектом исследования является акватория Калининградского залива и впадающая в него река Преголя, в створах которой располагаются точки отбора проб (см. рисунок 1).
Рис. 1 - Расположение точек отбора проб
Река Преголя относится к рекам с весенним половодьем и паводочным режимом в течение всего года; имеет смешанное питание. Среднегодовой объём речного стока составляет 27 км3/год. Температура воды в Преголе имеет хорошо выраженный годовой ход с максимумом в июле (до 26°С) и минимумом в январе - феврале (около 0°С). Сток наносов Преголи составляет 34 тыс. т/год. Среднее значение мутности - 13 г/м3, повышается в половодье до 60 г/м3. Минерализация воды в половодье около 140 мг/л, в межень возрастает до 490 мг/л [5], [6].
Температура воды за наблюдаемый промежуток времени в среднем составляла в тёплый период (март - октябрь) -+17,35°С, в холодный период ноябрь - февраль) - -5,97°С. Величина водородного показателя воды (рН) в течение года изменяется в пределах 6,5 - 8,5.
Оценка экологического состояния водных объектов проводилась на основе данных гидрохимического анализа путем сравнения фактического содержания химических веществ в воде исследуемых объектов с нормативами содержания этих веществ в водных объектах рыбохозяйственного значения - предельно допустимыми концентрациями (ПДКр-х). (см. рисунок 2)
100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%
192 113 57 114 94
359 220 138 244 248
р. Преголя 8 км от устья
р. Преголя 6,7 км от устья
р. Преголя 1,5 км от устья
Калининградский Калининградский залив (Взморье) залив
(Балтийск)
■ Общее количество наблюдений ■ Количество превышений ПДК за наблюдаемый период Рис. 2 - Диаграмма превышения ПДКр-х по отношению к общему числу измерений по точкам
За всё время наблюдений отмечены ежегодные превышения ПДКр-х по ионам аммония (2,7 ПДК), нитрит-ионам (2 ПДК), хлорид-ионам (8 ПДК), железу (4 ПДК), меди (9 ПДК), сульфатам (3,5 ПДК), фенолам (4,7 ПДК). Показатель БПКполн в течение всего периода варьировался незначительно, поэтому превышение ПДК отмечается не критичное. В 2013 г. отмечалось превышение по формальдегиду в 32 из 32 измерений (3,2 ПДК).
Наибольшее количество превышений по иону аммония, нитрит-ионам, фенолу и железу приходится на точки, располагающиеся в непосредственной близости от г. Калининграда. Это посты в 8 и 6,7 км от устья реки Преголи.
75
Наибольшие значения БПКполн отмечаются на постах 1,5 км от устья реки Преголи и в посёлке Взморье. Это говорит о том, что элементный состав речной воды в значительной степени формируется под влиянием антропогенной нагрузки со стороны города. Наименьшие показатели загрязнения встречаются в Калининградском заливе, пост в г. Балтийске, где происходит водообмен с Балтийским морем, а значит и интенсивное движение водных масс, которое способствует перемешиванию и распределению определяемых параметров. (см. рисунки 3 и 4)
река Преголя 6,7 км от река Преголя 1,5 км от Калининградский залив Калининградский залив устья устья (Взморье) (Балтийск)
0
Рис. 3 - Диаграмма распределения NO2+
ПДК Тёплый период Холодный период
0,016
0,012
0,008
0,004
река Преголя 6,7 км от река Преголя 1,5 км от Калининградский залив Калининградский залив устья устья (Взморье) (Балтийск)
0
Рис. 4 - Диаграмма распределения ^
Значения показателей хлорид-ионов и сульфатов, наоборот, возрастают при перемещении вдоль реки к заливу, подобные высокие показатели можно было бы объяснить сбросом недостаточно очищенных сточных вод, если бы точки наблюдений находились в черте города. Возможно, такие концентрации связаны с воздействием морских вод на гидрохимический режим Калининградского залива и реки Преголи при сгонно-нагонных явлениях. Приповерхностная граница клина солоноватых водных масс в периоды западных ветровых нагонов, свободно поступающих по Калининградскому морскому каналу (связывающему открытую акваторию Балтийского моря и устье реки Преголя) распространяется на 7 км выше от устья реки [7], [8]. (см. рисунки 5 и 6)
ПДК Тёплый период Холодный период
3000
2000
1000
0 река Преголя 8 км река Преголя 6,7 км река Преголя 1,5 Калининградский от устья от устья км от устья залив (Взморье) Калининградский залив (Балтийск)
Рис. 5 - Диаграмма распределения Cl
ПДК Тёплый период Холодный период
350
300
250
200
150
100
50
0 река Преголя 8 км река Преголя 6,7 км река Преголя 1,5 км Калининградский от устья от устья от устья залив (Взморье) Калининградский залив (Балтийск)
Рис. 6 - Диаграмма распределения SO42
Таким образом, исследуемые водные объекты по ряду параметров не соответствуют требованиям, предъявляемым к водным объектам рыбохозяйственного назначения (значения). Река Преголя, для устьевой части которой характерна критическая ситуация загрязнения в связи с деятельностью промышленных предприятий, транспортных потоков и поступлению слабоочищенных стоков бытового характера от промышленного центра - г. Калининграда несёт загрязнённые воды в Калининградский залив, где степень загрязнения снижается, зачастую не всегда достигая установленных норм.
Для исследования взаимосвязи количественных показателей загрязнения и установления происхождения использовали линейный коэффициент корреляции Пирсона. Значение коэффициента корреляции до 0,30 показывает слабую связь между вариантами, 0,31-0,50 - умеренную, 0,51-0,70 - значительную, 0,71-0,90 - высокую и более 0,91 -очень высокую. Учитывали только значимые корреляции: при р=0,01 (надежность 99%) и при р=0,05 (надёжность 95%) [9], [10].
Теплый и холодный период года имеют существенные различия в содержании загрязняющих веществ в воде реки и залива. Так в холодный период наблюдений установлена высокая положительная корреляция (г2>0.7, p=0,01) между хлорид-и сульфат-ионами-, нитрит-и ионами аммония, а также между общим азотом и нитрат-ионами и формальдегидом.
В тёплый период наблюдений по-прежнему отмечался сходный характер в содержании (г2>0,7, p=0,01) хлорид- и сульфат-ионов, а также формальдегида и цинка. Содержание фосфора, общего азота, БПКполн, а также формальдегида и нефтепродуктов в воде также значительно коррелировали между собой. Высокие значения коэффициента корреляции Пирсона указывают на единый источник происхождения основных показателей загрязнения. Наиболее вероятным происхождением которых представляются бытовые и промышленные стоки.
Заключение
Комплексная оценка состояния, гидрологически связанных, Калининградского залива и реки Преголи, на основе анализа метеорологических и гидрохимических данных за 2013-2019 гг. не позволяет сделать вывод о снижении биогенной нагрузки на исследуемую водную систему. Промышленный центр г. Калининград по-прежнему является
основным источником поступления недостаточноочищенных стоков хозяйственно-бытового характера со стоком реки Преголя в Калининградский залив.
Для исследования было недостаточно установить факт превышения ПДК, также важно выявить взаимосвязь измеряемых параметров и причинно-следственную связь. Для получения объективных сведений о характере взаимосвязей между изучаемыми показателями, характеризующими экологические системы и их компоненты, был произведён расчёт коэффициента корреляции Пирсона для показателей с учётом сезонности (теплый и холодный периоды наблюдений).
Конфликт интересов Conflict of Interest
Не указан. None declared.
Список литературы / References
1. HELCOM. HELCOM Thematic assessment of eutrophication 2011-2016 // Baltic Sea Environment Proceedings [Электронный ресурс]. - 2018. - No. 156. Режим доступа: http://www.helcom.fi/baltic-sea-trends/holistic-assessments/state-of-the-baltic-sea-2018/ reports-and-materials/ (дата обращения: 25.03.2020)
2. HELCOM. State of the Baltic Sea - Second HELCOM holistic assessment 2011-2016 // Baltic Sea Environment Proceedings [Электронный ресурс]. - 2018. -P.155. (дата обращения: 25.03.2020)
3. Лазаренко Н. Н. Гидрометеорологический режим Вислинского залива. Ленинград: Гидрометеоиздат. 1971. 279
с.
4. Emelyanov E. M. Baltic Sea: geology, geochemistry, paleoceanography, pollution. P. P. Shirshov Institute of Oceanology RAS, Atlantic Branch. Kaliningrad: Yantarny Skaz, 1995. 119 p.
5. Богданов Н. А. Гидро- и литодинамический контроль химического загрязнения внутренних водоемов: Калининградский залив / Н. А. Богданов, О. В. Басс, А. А Воронцов // Астраханский вестник экологического образования. - 2019. - № 1 (49). - С. 14 - 39.
6. Нагорнова Н.Н. Гидрогеохимическая характеристика малых рек Калининградской области / Н.Н. Нагорнова, Т.А. Берникова, Н.А. Цупикова // Вестник БФУ им. И. Канта. - 2011. - Вып. 7. - С. 160-166.
7. Домнин, Д.А. Формирование затока солоноватых вод в лагунно-эстуарной системе водосборного бассейна Вислинского залива и реки Преголи в результате сгонно-нагонных явлений / Д.А. Домнин, В.А. Пилипчук, К.В. Карманов // Естественные и технические науки. - 2013. - №6. - С. 206 - 211.
8. Сергеева Л. Г. Исследование штормовых нагонов в устье р. Преголи у Калининграда // Известия ВГО, 1991. Т. 123. Вып. 3. С. 275-279.
9. Белюченко, И.С. Анализ данных и математическое моделирование в экологии и природопользовании / И.С. Белюченко [и др.]. - Краснодар: КубГАУ, 2015. - 313 с.
10. Рождественский А.В. Статистические методы в гидрологии / А.В. Рождественский, А.И. Чеботарев. - Л.: Гидрометиздат, 1974. 424 с.
Список литературы на английском языке / References in English
1. HELCOM. HELCOM Thematic assessment of eutrophication 2011-2016 // Baltic Sea Environment Proceedings [Electronic resource]. - 2018. - No. 156. Режим доступа: http://www.helcom.fi/baltic-sea-trends/holistic-assessments/state-of-the-baltic-sea-2018/ reports-and-materials/ (accessed: 25.03.2020)
2. HELCOM. State of the Baltic Sea - Second HELCOM holistic assessment 2011-2016 // Baltic Sea Environment Proceedings [Electronic resource]. - 2018. -P.155. (accessed: 25.03.2020)
3. Lazarenko N. N. Gidrometeorologicheskij rezhim Vislinskogo zaliva [Hydrometeorological conditions of the Vistula Lagoon]. Leningrad: Gidrometeoizdat. 1971. 279 p. [in Russian]
4. Emelyanov E. M. Baltic Sea: geology, geochemistry, paleoceanography, pollution. P. P. Shirshov Institute of Oceanology RAS, Atlantic Branch. Kaliningrad: Yantarny Skaz, 1995. 119 p.
5. Bogdanov N. A. Gidro- i litodinamicheskij kontrol' himicheskogo zagrjaznenija vnutrennih vodoemov: Kaliningradskij zaliv [Hydro- and lithodynamic control of chemical pollution of inland waters: Kaliningrad Bay] / Bogdanov N. A., Bass O. V., Voroncov A. A. // Astrahanskij vestnik jekologicheskogo obrazovanija [Astrakhan Bulletin of Environmental Education]. -2019. - № 1 (49). - P. 14 - 39. [in Russian]
6. Nagornova N.N. Gidrogeohimicheskaja harakteristika malyh rek Kaliningradskoj oblasti / N.N. Nagornova, T.A. Bernikova, N.A. Cupikova // Vestnik BFU im. I. Kanta [Bulletin of the Baltic Federal University]. - 2011. - Vyp. 7. - P. 160-166. [in Russian]
7. Domnin D.A. Formirovanie zatoka solonovatyh vod v lagunno-jestuarnoj sisteme vodosbornogo bassejna Vislinskogo zaliva i reki Pregoli v rezul'tate sgonno-nagonnyh javlenij [Zatoka formation of brackish water in the lagoon-estuarine system of catchment of the Vistula Lagoon and the Pregel River as a result of wind-driven waves] / D.A. Domnin, V.A. Pilipchuk, K.V. Karmanov // Estestvennye i tehnicheskie nauki [Natural and technical sciences]. - 2013. - №6. - P. 206 - 211. [in Russian]
8. Sergeeva L. G. Issledovanie shtormovyh nagonov v ust'e r. Pregoli u Kaliningrada [A study of storm surges at the mouth of the Pregoli river near Kaliningrad]// Izvestija VGO [News of the Union Geographical Society]. - 1991. T. 123. №. 3. P. 275-279. [in Russian]
9. Beljuchenko, I.S. Analiz dannyh i matematicheskoe modelirovanie v jekologii i prirodopol'zovanii [Data analysis and mathematical modeling in ecology and nature management] / I.S. Beljuchenko and others. - Krasnodar: KubGAU, 2015. - 313 p. [in Russian]
10. Rozhdestvenskij A.V. Statisticheskie metody v gidrologii [Statistical methods in hydrology] / Rozhdestvenskij A.V., Chebotarev A.I. - L.: Gidrometizdat, 1974. 424 p. [in Russian]
