CC BY
9Экономика строительства и природопользования № 4 (73) 2019 г. УДК 504.4.054:628.19
КРИТЕРИИ РАНЖИРОВАНИЯ КАЧЕСТВА РОДНИКОВЫХ ВОД СЕВАСТОПОЛЬСКОГО
РЕГИОНА
Сигора Г.А., Хоменко Т.Ю., Ляшко Т.В., Шевцова Ж. А., Ничкова Л.А.
Севастопольский государственный университет, г. Севастополь, ул. Университетская, 33, е-mail: sigora1@yandex.ru; tamara_homenko93@mail.ru
Аннотация. В статье представлены основные результаты исследования качества родниковых и подземных вод Севастопольского региона. Разработан определенный ряд критериев, по которым все исследуемые источники ранжировались по трем группам: «чистые», «условно чистые» и «загрязненные». Установлено, что доля «загрязненных» источников составляет около 44 %, к группе «условно чистые» относятся 18 % исследуемых источников, к группе «чистые» - 38 %. Предельно допустимые концентрации по отдельным показателям в некоторых родниках в среднем превышены в два-три раза. Выявлена тенденция к увеличению уровня загрязненности родниковых и подземных вод нитрат -ионами и хлоридами.
Ключевые слова: качество воды, ранжирование, критерии, загрязнение, концентрация, динамика, нитрат--ионы, мониторинг.
ВВЕДЕНИЕ
Подземные воды, являющиеся одновременно частью недр и частью общих водных ресурсов, представляют собой ценнейшее полезное ископаемое, использование которого для питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения населения, а в отдельных случаях и для технических нужд, с каждым годом возрастает [1]. Однако, в настоящее время в условиях постоянно нарастающей антропогенной нагрузки на природную среду и прогрессирующего загрязнения, химический состав не только поверхностных, но и подземных вод заметно изменился.
В ряду проблем рационального природопользования и охраны окружающей среды чрезвычайно остро стоит вопрос загрязнения подземных и родниковых вод за счет инфильтрации загрязненных атмосферных осадков и поверхностных вод, закачки промышленных отходов в подстилающую поверхность, промышленных и коммунальных стоков, автотранспорта, животноводства и площадного загрязнения минеральными удобрениями. Наибольшее влияние на химический состав оказывают интенсивное развитие промышленных городов, химизация сельского хозяйства и хозяйственная деятельность человека [2]. Поэтому определение качества родниковых вод, выявление наиболее загрязненных источников, установления причин наличия различных поллютантов в этих водах - более чем актуальны.
Севастопольский регион располагает значительным количеством подземных источников (родники, скважины, колодцы), расположенных как на территории города, так и в сельской местности. Они часто используются населением в качестве источников питьевого водоснабжения. Основной проблемой до последнего времени оставался тот факт, что уровень качества и степень загрязненности этих источников не изучались.
Впервые масштабные исследования по качеству родниковых вод Севастопольского региона и определению уровня их экологической комфортности проводятся с 2019 года, в рамках реализации проекта «Наставник» (при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований и Правительства города Севастополя).
ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ
Основной целью данной работы является оценка качества подземных источников по главным химическим показателям. Так как подземная гидросфера отражает наличие даже небольшого загрязнения окружающей среды (ОС), качество родниковой воды можно использовать как индикатор состояния ОС в районе расположения родника.
АНАЛИЗ МАТЕРИАЛОВ И МЕТОДОВ
За первые три квартала реализации проекта полевые и лабораторные исследования родниковых вод проведены в более чем 60 подземных источниках Севастопольского региона по 23 показателям качества.
Исследования проводились в несколько этапов. Подготовительный этап предусматривал проведение анализа различных методов по оценке качеств воды подземных источников и обоснования их выбора; построение модели проведения экспериментов по оценке качества подземных вод Севастопольского региона; закупку необходимых приборов и расходных материалов для полевых работ и лабораторных исследований.
Полевые исследования подразумевали выезд на места расположения родников, составление плана местности, измерения, фотографирование, фиксирование координат для дальнейшего занесения данных на интерактивную экологическую карту. Для полной гидрологической оценки определялись следующие характеристики: характер выхода источника, дебит, температура, органолептические показатели (запах, вкус, цветность, мутность), некоторые обобщенные показатели, которые измерялись непосредственно у самого источника с помощью переносных портативных приборов.
Химический анализ, с применением гравиметрических, титриметрических, спектрофотометрических, потенциометрических методов, проводился в специализированной лаборатории на базе кафедры «Техносферная безопасность» СевГУ по 23 показателям качества на соответствие гигиеническим нормативам, включая органолептические свойства воды, обобщенные показатели (рН, минерализация (сухой остаток), щёлочность свободная и общая, жесткость общая, окисляемость перманганатная), анионный и катионный состав.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
В результате исследования разработана интерактивная экологическая карта родников Севастопольского региона, общий вид которой представлен на рисунке 1. Карта включает полную информацию о расположении родников, их фотографии, результаты проведенных анализов, которые представлены описанием химического состава воды. Все данные находятся в открытом доступе на сайте: https://sevrodnik.000webhostapp.com/, где каждый желающий может получить интересующую его информацию о том или ином источнике более подробно.
К* Форос
Рис. 1. Интерактивная экологическая карта родников Севастопольского региона
Как показано на рисунке 1, все исследуемые источники Севастопольского региона ранжируются по трем основным группам, характеризующим степень их загрязненности: «чистые», «условно чистые», «загрязненные». По результатам исследований установлено, что из 60 исследуемых источников 26 являются «загрязненными», 11 - «условно чистыми», 23 - «чистыми». На рисунке 2 показана их доля в процентном соотношении.
5096 45 96 40% 35 96 3096 25 9Й 20% 15 9Й ШЖ 596 С№6
44%
ЗВ96
13
Группа "Загрязненные" Группа "Условно
чистые"
Группа "Чистые"
Рис. 2. Ранжирование источников по группам загрязненности
«Чистые» источники практически не несут следов воздействия человека и пригодны для всех видов водопользования.
«Условно чистые» источники характеризуются повышенным содержанием нитрат -ионов, хлоридов, повышенной жесткостью и высокой минерализацией. Они несут в себе признаки загрязнения поверхностным стоком и бытовыми водами. После соответствующей очистки такие воды пригодны только для хозяйственного использования.
К категории «загрязненные» отнесены источники, природные свойства которых значительно изменены в результате поступления в них различных поллютантов. Такие воды непригодны для питьевого, хозяйственно-бытового и культурно-бытового назначения. Они могут быть использованы, да и то с ограничениями, в некоторых производственных процессах и для орошения.
Для ранжирования исследуемых источников Севастопольского региона по степени загрязненности и по уровню экологической комфортности выбран системный подход. Для этого разработан следующий ряд критериев оценки, непременным условием использования которых является единая методологическая основа проведения отбора проб и химического анализа воды:
1) органолептические свойства воды;
2) химическое загрязнение;
3) динамика изменения концентрации загрязняющих веществ;
4) месторасположение источника;
5) близость к береговой линии (интрузия).
Степень загрязненности родниковых и подземных вод первоначально оценивается по критерию «органолептические свойства воды». По интенсивности цвета, запаха, вкуса и прозрачности можно дать предварительную оценку качеству воды и судить о ее пригодности для питьевого использования. Согласно СанПиН 2.1.4.1175 - 02 [3], к группе «чистые» отнесены источники, где все органолептические показатели качества воды находятся в установленных пределах. «Условно чистыми» и «загрязненными» являются те источники, где некоторые органолептические характеристики превышают установленные нормативы.
Также одним из главных критериев ранжирования, позволяющим судить о степени загрязненности источника, является «химическое загрязнение». По результатам химического анализа все исследуемые источники подразделялись на группы, в зависимости от превышения некоторых определяемых компонентов предельно допустимых концентраций (ПДК). Оценка показателя «химическое загрязнение» представлена в таблице 1.
Таблица 1.
Альтернативы критерия «химическое загрязнение»
Критерий Группа «Чистые» Группа «Условно чистые» Группа «Загрязненные»
Концентрация всех определяемых компонентов в пробах не превышает ПДК *
Концентрация некоторых определяемых компонентов в пробах превышает ПДК в 1,5 - 2 раза *
Концентрация некоторых определяемых компонентов в пробах превышает ПДК более чем в 2 раза *
Из всего перечня определяемых компонентов превышения нормы зафиксированы по следующим показателям: жесткость общая, щелочность общая, магний, натрий, нитраты и хлориды.
Основными маркерами «загрязненности» родниковых вод Севастопольского региона, по нашему мнению, являются повышенное содержание нитратов и хлоридов. Среднее содержание нитрат-ионов и хлоридов в «чистых» источниках составляет 17,8 мг/л и 124 мг/л при норме 45 мг/л и 350 мг/л соответственно. В группе «условно чистые» содержание нитратов в 1,5 раза превышает ПДК. Средняя концентрация хлоридов не превышает установленных нормативов и составляет 192 мг/л. В группе «загрязненные» средняя концентрация нитрат-ионов в источниках равна 175,8 мг/л, что значительно превышает ПДК (почти в 4 раза) и свидетельствует о непригодности использования их в хозяйственно-питьевых, культурно-бытовых и рыбохозяйственных целях. Среднее значение хлоридов не превышает норму (251 мг/л), но варьируется в пределах от 50 - 568 мг/л.
Немаловажным критерием по оценке качества и уровню загрязненности родниковых вод также является «динамика изменения концентрации загрязняющих веществ». Альтернативы данного критерия представлены в таблице 2.
Таблица 2.
Характеристики критерия «динамика изменения концентрации загрязняющих веществ»
Критерий Группа «Чистые » Группа «Условно чистые» Группа «Загрязненные»
Изменения концентрации определяемых компонентов в пробах (нитрат-ионы, хлориды, сульфаты) в пределах ПДК *
Изменения концентрации определяемых компонентов в пробах (нитрат-ионы, хлориды, сульфаты) варьируется в небольших пределах *
Изменения концентрации определяемых компонентов в пробах (нитрат-ионы, хлориды, сульфаты) значительно варьируются *
Результаты исследований позволяют выявить тенденцию к увеличению концентрации нитрат -ионов в некоторых источниках. Например, родник № 64 («Родник в СТ «Металлист») (рис. 1) по результатам первых исследований был отнесен к группе «условно чистые», так как концентрация нитрат-ионов в воде превышала ПДК в 1,5 раза и составляла 73 мг/л. Однако, последующие исследования показали значительное повышение концентрации до 132 мг/л, за сравнительно недолгий период времени (рис. 3).
Концентрация хлоридов и сульфатов также увеличились с 50 мг/л до 290 мг/л и с 62 мг/л до 126 мг/л соответственно (рис. 3).
Рис. 3. Динамика изменения концентрации нитрат-ионов, хлоридов и сульфатов в роднике № 64
(Родник в СТ «Металлист»)
Значительные изменения в химическом составе воды зарегистрированы во многих источниках, отнесенных к группе «условно чистые» и «загрязненные». Одним из таких источников также является родник в СТ «Родник», где за два года концентрация нитрат-ионов увеличилась примерно в 2 раза (с 55 мг/л до 92 мг/л). Результаты исследований представлены на рисунке 4.
2018 2019
Рис. 4. Динамика изменения концентрации нитрат-ионов в роднике в СТ «Родник»
Важность критерия «динамика изменения концентрации загрязняющих веществ» определяет необходимость постоянного мониторинга в группах «загрязненные» и «условно чистые» источники, где зафиксировано нестабильное содержание загрязняющих компонентов (нитратов, хлоридов, сульфатов), которые варьируется в широких пределах и превышают ПДК.
Так, мониторинг по содержанию главного «маркера загрязненности» - нитрат-ионов, в родниках Севастопольского региона ведется с 2013 года [4-6].
На рисунке 5 и 6 представлена динамика изменения концентрации нитрат-ионов в родниках, наиболее популярных и часто используемых жителями города для питьевых целей.
Рис. 5. Динамика изменения концентрации нитрат-ионов в роднике «Максимова дача»
Рис. 6. Динамика изменения концентрации нитрат-ионов в роднике в балке Сарандинакина
Следующий по значимости критерий - «месторасположение источника». Он характеризуется степенью антропогенной нагрузки, которая увеличивается по мере близости источника к городской агломерации и повышенным влиянием хозяйственной деятельности человека.
Данный критерий был рассмотрен на примере обстановки, сложившейся в селе Резервное. На рисунке 7 представлены результаты исследований по содержанию нитрат-ионов в колодезной воде из трех источников.
Рис. 7. Содержание нитрат-ионов в колодцах с. Резервное
По результатам исследований, представленных на рисунке 6, можно сделать вывод, что степень загрязненности подземных источников значительно зависит от их месторасположения. Так, «чистым» является источник, расположенный за пределами сельской местности, где антропогенная нагрузка на окружающую среду, и в том числе гидросферу, практически отсутствует. В пробе из колодца, который находится в центре села, зарегистрировано превышение концентрации нитратов в 1,5 раза. Данный источник относится к группе «условно чистые» и характеризуется умеренным антропогенным воздействием. В колодце, который находится во дворе частного участка, в непосредственной близости к сельско-хозяйственным угодьям, а также подверженный возможным загрязнением канализационными и бытовыми стоками, концентрация нитрат-ионов превышает установленные нормы в 7,5 раз.
Учитывая вышесказанное, для критерия «месторасположения источника» предложены следующие альтернативы:
- к группе «чистые» относятся источники, расположенные за чертой города;
- к группе «условно чистые» - источники, расположенные в черте города с умеренной антропогенной нагрузкой;
- к группе «загрязненные» - источники, которые находятся в черте города вблизи городской агломерации, испытывающие значительное антропогенное воздействие, вследствие жизнедеятельности человека.
При ранжировании родниковых и подземных вод Севастопольского региона по критерию «близость к береговой линии», следует учитывать интрузию морских вод в подземные водоносные горизонты.
Соприкосновение подземных вод с морями в естественных условиях сопровождается разгрузкой пресной воды в море и одновременным проникновением морских вод в пресноводные подземные горизонты. Вторжение морской (соленой) воды меняет качество подземных вод и делает их непригодными для питьевого водоснабжения.
Альтернативы данного критерия представлены в таблице 3.
По результатам лабораторных исследований установлено, что источники №3, №36, №56, №68, №88, №89 (рис. 1), расположенные у береговой линии и подверженные интрузии морских вод в подземные горизонты, характеризуются повышенной минерализацией (от 670 - 1550 мг/л, при норме 1000 мг/л), высокой жесткостью (от 7 - 17 мг-экв/л, при норме 7 мг-экв/л) и высокой концентрацией хлоридов (от 300 - 660 мг/л, при норме 350 мг/л).
Таблица 3.
Характеристики критерия «близость к береговой линии»
Критерий Группа «Чистые» Группа «Условно чистые» Группа «Загрязненные»
Источник расположен вдали от береговой линии (северо-восточная и центральная часть региона) * *
Источники расположены у береговой линии, где загрязнение происходит вследствие смешивания морских вод с подземными (интрузия) *
ВЫВОДЫ
Ранжирование родниковых и подземных вод Севастопольского региона по рассмотренным критериям позволяет сделать вывод, что воды большинства исследованных родников (группа «условно чистые» и «загрязненные») не соответствуют санитарно-гигиеническим нормативам по содержанию целого ряда веществ: жесткости общей, минерализации, нитрат-ионам, хлоридам.
Результаты физико-химического анализа воды подземных источников показывают необходимость систематического комплексного контроля экологического состояния родниковой воды. Это позволит осуществлять прогноз экологической обстановки и дать населению необходимую информацию о качестве воды подземного источника, воды которого они используют в качестве питьевой.
В рамках дальнейших исследований планируется увеличить количество исследуемых химических показателей, для более комплексной оценки качества родниковой и подземной воды, а также расширить список источников в пределах Севастопольского региона.
Для донесения полученной информации местным жителям о качестве родниковых вод, в настоящее время ведется работа над созданием аншлагов (объявлений), которые планируются разместить у источников. Также на сайте https://sevrodnik.000webhostapp.com/ ежемесячно обновляется информация о химическом составе воды, полученная в ходе мониторинга.
«Исследование выполнено при поддержке РФФИ и г. Севастополя в рамках научного проекта №18-35-50004
ЛИТЕРАТУРА
1. Методические рекомендации по организации мониторинга подземных вод на мелких групповых водозаборах и одиночных эксплуатационных скважинах [Текст]. - М.: Геоинформмарк, 2000. - 28 с.
2. О качестве питьевой воды [Текст]. // Америка. 1994. - № 3. - С. 44-45.
3. СанПиН 2.1.4.1175 - 02. Требования к качеству воды нецентрализованного водоснабжения. Санитарная охрана источников: утв. Главным государственным санитарным врачом РФ 17.11.02. [Текст]. - М.: МинюстРФ, 2002. - 17 с.
4. Сигора, Г.А. Анализ нитратного загрязнения подземных вод г. Севастополя [Текст]. // Экологическая геология: теория, практика и региональные проблемы: материалы четвертой науч. -практ. конф. (г. Петрозаводск, 30 сентября - 2 октября 2015 года). Воронеж: Научная книга, 2015. -С. 119-122.
5. Сигора, Г.А. Изменение загрязненности нитрат-ионами родников города Севастополя [Текст]. / Г.А. Сигора, Т.В. Ляшко, Л.А. Ничкова, Т.Ю. Хоменко // Системы контроля окружающей среды. - 2018. - № 14 (34). - С. 150-156.
6. Сигора, Г.А. Проблема исследования экологического состояния родников Севастопольского региона [Текст]. / Г.А. Сигора, Т.Ю. Хоменко, Т.В. Ляшко, Л.А. Ничкова // Экономика строительства и природопользования. - 2019. - № 1 (70). - С. 115-123.
CRITERIA FOR RATING QUALITY OF SPRING WATERS OF SEVASTOPOL REGION
Sigora G.A., Khomenko T.Yu., Lyashko T.V., Nichkova L.A. Sevastopol State University, Sevastopol
Annotation. The article presents the main results of a study of the quality of spring and groundwater in the Sevastopol region. A certain set of criteria has been developed by which all the sources studied were ranked in three groups: "clean", "conditionally clean" and "polluted". It was found that the share of "contaminated" sources is about 44 %, 18 % of the studied sources belong to the "conditionally clean" group, and 38 % belong to the "clean" group. The maximum allowable concentrations for certain indicators in some springs are on average exceeded two to three times. A tendency towards an increase in the level of pollution of spring and groundwater by nitrate ions and chlorides has been revealed.
Keywords: water quality, criteria, ranking, pollution, concentration, dynamics, nitrate ions, monitoring.
