О ДОПУСТИМЫХ АНТРОПОГЕННЫХ НАГРУЗКАХ НА ВОДОСБОРАХ РЕК СТЕПНОЙ ЗОНЫ ЮГА РОССИИ (В ПРЕДЕЛАХ РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ) Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УДК 504.064

DOI: 10.24412/cl-37200-2024-463-468

О ДОПУСТИМЫХ АНТРОПОГЕННЫХ НАГРУЗКАХ НА ВОДОСБОРАХ РЕК СТЕПНОЙ ЗОНЫ ЮГА РОССИИ (В ПРЕДЕЛАХ РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ)

ALLOWABLE ANTHROPOGENIC LOADS ON WATER CHANGES OF RIVERS OF THE STEPPE ZONE OF SOUTH RUSSIA (THE ROSTOV REGION)

Закруткин В.Е.1, Решетняк ОС.1,2, Усова Е.В.3 Zakrutkin V.E.1, Reshetnyak O S.12, Usova E.V.3

1Южный федеральный университет, Ростов-на-Дону, Россия 2Гидрохимический институт, Ростов-на-Дону, Россия

3Российский научно-исследовательский институт комплексного использования и охраны

водных ресурсов, Ростов-на-Дону, Россия

1Southern Federal University, Rostov-on-Don, Russia 2Hydrochemical Institute, Rostov-on-Don, Russia 3Russian Research Institute for Integrated Use and Protection of Water Resources, Rostov-on-Don, Russia

E-mail: olgare1@mail.ru

Аннотация. В статье обозначена серьезность проблемы ухудшения гидроэкологического состояния водных ресурсов в Ростовской области. Представлены и проанализированы сведения о сбросе сточных вод в поверхностные водотоки и водоемы Ростовской области за периоды до и после 2000 года. Показано, что несмотря на снижение объемов сброса сточных вод, доля недостаточно очищенных сточных вод остается достаточно высокой (в среднем 15-20%). Приведены данные о качестве воды и основных характерных загрязняющих речные воды веществах. Показано, что после 2000 года загрязненность нижнего течения реки Дон снизилась до категории «загрязненная» (3-й класс качества воды) на фоне стабильно высокого уровня загрязненности воды основных притоков (4-5 классы). Наибольшую озабоченность вызывает экологическое состояние малых рек степной зоны, несмотря на уменьшение поступления в них загрязняющих веществ со сточными водами ситуация не улучшилось. На фоне длительного маловодного периода интенсивность загрязнения средних и малых рек осталась стабильно высокой.

Сопоставление данных по антропогенной нагрузке за счет сброса сточных вод и динамики качества воды позволило оценить допустимый уровень нагрузки. Выделены региональные нормативы содержания отдельных загрязняющих веществ в загрязненных сточных водах. Полученные результаты могут быть использованы в качестве первого шага при оценке допустимых антропогенных нагрузок на водные ресурсы Ростовской области в связи с хозяйственной деятельностью на водосборах.

Ключевые слова: антропогенная нагрузка, реки степной зоны Юга России, сброс точных вод, качество воды.

Abstract. The article outlines the seriousness of the problem of deterioration of the hydroecological condition of water resources in the Rostov region. Information on wastewater discharges into surface watercourses and reservoirs of the Rostov region for the periods before and after 2000 is presented and analyzed. It is shown that, despite the reduction in wastewater discharge volumes, the share of insufficiently treated wastewater remains quite high (15-20%). Data on water quality and the main characteristic pollutants of river waters are provided. It is shown that after 2000, the pollution of the lower reaches of the Don River decreased to the "polluted" category (3rd class of water quality) against the backdrop of a consistently high level of water pollution in the main tributaries (classes 4-5). The greatest concern is the ecological state of small rivers in the steppe zone; despite the decrease in the flow of pollutants into them from wastewater, the situation has not improved. Against the backdrop of a long period of low water, the intensity of pollution of medium and small rivers remained consistently high. Comparison of data on anthropogenic load due to wastewater discharge and water quality dynamics made it possible to estimate the permissible load level. Regional standards for the content of individual pollutants in contaminated wastewater have been identified. The results obtained can be used as a first step in assessing the permissible anthropogenic loads on water resources of the Rostov region in connection with economic activities in watersheds.

Key words: anthropogenic load, rivers of the steppe zone of Southern Russia, waste water discharge, water quality.

Введение. Неблагополучная экологическая обстановка, сложившаяся к началу 90-х годов в России в целом и в Ростовской области, в частности, наряду с ухудшающимися условиями финансирования природоохранной деятельности вызвали необходимость поиска

нестандартных решений в области управления охраной окружающей среды, в том числе водными ресурсами.

На протяжении многих десятков лет поверхностные воды подвергаются интенсивному антропогенному воздействию. Источниками загрязнения поверхностных вод бассейна р. Дон являются сточные воды крупных предприятий машиностроительной, пищевой, химической и др. отраслей промышленности, хозбытовые сточные воды, смыв с сельхозугодий, неорганизованные сбросы животноводческих комплексов, шахтные воды и т.д. Большая часть сточных вод подвергается различным видам очистки, однако очистные сооружения работают не всегда достаточно эффективно, поэтому довольно часто в водоемы и реки сбрасываются недостаточно очищенные сточные воды, содержащие органические и взвешенные вещества, нефтепродукты, фенолы, соединения азота, тяжелые металлы и другие химические соединения, негативно влияющие на гидрохимический режим водных объектов [1].

По данным на 2000 год выпуски сточных вод осуществляли в основном в реки Дон, Северский Донец, Маныч, Миус и Таганрогский залив 213 крупных предприятий Ростовской области. Всего же в границах области было размещено 866 водопользователей, имеющих собственные водозаборы, в том числе в бассейне Северского Донца (на территории России) - 331 [1]. В период с 2008 по 2022 год количество официальных водопользователей изменялось от 431 (в 2015 г.) до 601 (в 2020 г.), что приводило к значительным изменениям в количественных характеристиках и структуре сбрасываемых сточных вод.

В связи с этим особенно актуальным является исследование антропогенной нагрузки на водные объекты особенно в вододефицитных степных районах России, к которым относится и Ростовская область.

Результаты исследований и их обсуждение. Сведения о сбросе сточных вод в поверхностные водотоки и водоемы Ростовской области за период с 1992 по 1999 гг. и после 2000 года приведены в таблице 1. Как видно, суммарный объем выпуска сточных вод в поверхностные водные объекты был наибольшим в 90-х годах и неуклонно сокращался, что являлось следствием сокращения промышленного и сельскохозяйственного производства в тот период. Так, в 1999 г. по сравнению с 1992 г. он уменьшился на 34%. В то же время сброс загрязненных вод оставался за рассматриваемый период практически неизменным (даже увеличился в 1999 г. на 4%). Поступление в водные объекты большинства загрязняющих веществ, содержащихся в сточных водах, также снизилось [1] (таблица 2). Снижение антропогенной нагрузки в 1990-е годы должно было способствовать улучшению качественного состояния водных ресурсов.

Таблица 1

Динамика сброса сточных вод по категориям степени очистки (млн м3/год) по Ростовской

области

Год Суммарный объем выпуска сточных вод в поверхностные водные объекты В том числе

нормативно чистые или нормативно очищенные загрязненные/ требующие очистки (доля, %)

До 2000 года [1]

1992 3669 3052,0 617,0 (16,8)

1993 3460 2632,1 827,9 (23,9)

1994 3225 2565,0 660,0 (20,4)

1995 3066 2346,8 719,2 (23,4)

1996 3183 2424,5 758,5 (23,8)

1997 2627 2049,3 577,7 (22,0)

1998 2370 1728,8 641,2 (27,0)

1999 2414 1768,6 645,4 (26,7)

После 2000 года (составлено по данным [2])

2007 1453,96 1139,87 314,09 (21,6)

2008 1462,51 1161,24 301,27 (20,6)

2009 1302,55 1009,38 293,17 (22,5)

2010 1389,38 1127,09 262,29 (18,9)

2011 1258,46 1023,22 235,24 (18,7)

Год Суммарный объем выпуска сточных вод в поверхностные водные объекты В том числе

нормативно чистые или нормативно очищенные загрязненные/ требующие очистки (доля, %)

2012 1716,90 1480,70 236,20 (13,8)

2013 1731,21 1478,42 252,79 (14,6)

2014 1868,64 1606,67 261,97 (14,0)

2015 1365,19 1112,40 252,79 (18,5)

2016 1422,66 1148,77 273,89 (19,3)

2017 1663,22 1413,13 250,09 (15,0)

2018 1701,55 1466,42 235,13 (13,8)

2019 - - -

2020 1234,81 1008,52 226,29 (18,3)

2021 1400,60 1161,62 238,98 (17,1)

2022 1526,04 1281,25 244,79 (16,0)

После 2000 г. суммарный объем выпуска сточных вод в поверхностные водные объекты Ростовской области значительно ниже данного показателя 90-х годов, но имеет место быть межгодовая динамика. Так в 2015 г. объем сбрасываемых сточных вод снизился на 26,9% по сравнению с 2014 годом, а в 2021 - наоборот, возрос на 13,43%. При этом доля загрязненных и требующих очистки сточных вод стала несколько ниже и после 2010 года не превышала 20% (таблица 1).

Таблица 2

Динамика сброса отдельных загрязняющих веществ в поверхностные водные объекты Ростовской области в период до 2000 г. (составлено по [1])

Виды загрязняющих веществ 1992 1995 1997 1999 1999 в % к 1992

Нефтепродукты (тыс. т) 1,68 0,40 0,17 0,12 -93

Сухой остаток (тыс. т) 898 1095 866 816 -9,2

Сульфаты (тыс. т) 316,0 414,1 370,1 347,6 +10

Хлориды (тыс. т) 125,0 174,1 144,8 159,1 +27

Фосфор общий (т) 1004,0 692,7 455,3 529,2 -47,2

Азот аммонийный (т) 2693,0 1335,0 866,7 781,5 -71

Нитриты (т) 132,0 126,0 109,7 164,0 +24

Железо (т) 394,0 145,0 117,5 189,0 -52,1

Медь (т) 8,90 2,60 2,42 2,98 -66,6

БПК (тыс. т) 16,4 8,90 7,08 8,80 -42,4

Вода р. Дон - главной водной артерии Ростовской области - в основном характеризовалась в период до 2000 года, как «очень загрязненная» или «грязная». При этом отмечалось повышенное содержание железа (1,1-6,1 ПДК), нефтепродуктов (1,0-4,0 ПДК), цинка (1,3-2,6 ПДК), марганца (1,8-6,6 ПДК), алюминия (1,3-8,7 ПДК), сульфатов (1,0-2,5 пДк) [1]. Уровень загрязненности воды реки Дон возрастает ниже впадения ее основных притоков - рек Северский Донец и Маныч, вода которых чаще всего имеет 4-й класс качества и характеризуется как «грязная». После 2000 года загрязненность воды в нижнем течении реки Дон снизилась до категории «загрязненная» (3-й класс качества воды) на фоне стабильно высокого уровня загрязненности воды основных притоков [3].

Главный приток р. Дон - р. Северский Донец имеет высокую минерализацию воды - от 687 до 2123 мг/дм3 [1]. За многолетний период степень загрязненности вод находится на стабильно высоком уровне («очень загрязненная» или «грязная»). Постоянно фиксируются превышения норматива по содержанию соединений меди (3-4 ПДК), железа (2-3 ПДК), сульфатов (3-5 ПДК), фосфатов (1,6 ПДК), азота нитритного (1,5-2,5 ПДК), органических веществ (1,5-2,0 ПДК) [4].

В пределах Ростовской области качество воды р. Северский Донец формируется под влиянием его многочисленных притоков, главным образом рек Большая Каменка, Кундрючья, Глубокая, Лихая, Калитва и Быстрая. Уровень загрязненности воды в р. Северский Донец незначительно увеличивается к устью и «определяется рядом макро- и микрокомпонентов, среди которых соединения марганца и меди вносят значительный вклад» [5]. Выявлена значимая взаимосвязь между уровнем загрязненности донных отложений на устьевом участке Северского Донца и степенью загрязненности воды (по УКИЗВ), что указывает на существенный вклад микрокомпонентов в общий уровень загрязненности речных вод.

Экологически напряженной зоной является бассейн р. Маныч, зарегулированной каскадом Манычских водохранилищ (Пролетарским, Веселовским, Усть-Манычским), расположенных на территории Ростовской области, Калмыкии и Ставропольского края. Вода р. Маныч характеризуется повышенной естественной минерализацией, что наряду с поступающими в водохранилища высокоминерализованными коллекторно-дренажными водами с орошаемых площадей Ростовской области и Ставропольского края обусловило превышение ПДК по величине общей минерализации до 30 раз. В 1999 г. вода р. Маныч характеризовалась как «очень грязная» (4-й класс качества). Уровень загрязненности воды наиболее высок в устьевой ее части. По сравнению с 1998 г. в устье реки увеличилось содержание железа с 3,7 до 6,4 ПДК, взвешенных веществ с 20,0 до 37,7 мг/дм3 [1]. После 2000 года ситуация не улучшалась, по-прежнему, «превышение предельно допустимых концентраций было характерно для следующих химических компонентов: суммы ионов, сульфатов, ионов магния, легкоокисляемых органических веществ по БПК5, органических веществ (по ХПК), нитритов, соединений железа и ионов меди. Качество воды за период 2001-2017 гг. не улучшилось» [6].

Экологическое состояние малых рек области, несмотря на уменьшение поступления в них загрязняющих веществ со сточными водами вследствие экономического кризиса в производстве в 90-х годах не улучшилось [1], интенсивность загрязненности воды средних и малых рек практически не снизилась и в период после 2000 года. Наиболее сильно загрязнены воды рр. Тузлов, Аюта, Кундрючья и Большая Гнилуша. Класс качества воды этих малых рек 5-й («грязная») [7]; отмечается превышение ПДК по сульфатам, соединениям железа и меди, нитритному азоту, ионам магния, органическим веществам и нефтепродуктам.

В бассейнах рек Лихая, Кундрючья и Большая Гнилуша ухудшение качества речной воды под влиянием техногенных шахтных вод произошло примерно на 12% [8] и в отдельных случаях фиксировались случаи экстремально высокого уровня загрязнения воды соединениями алюминия, железа и цинка.

Для оценки степени антропогенной трансформации химического состава речных вод нами использованы данные ретроспективного анализа. В частности, было сопоставлено содержание макрокомпонентов (ионов Са2+, Mg2+, НСО-з, 8О42", С1-) для р. Дон в створе станицы Раздорская с их содержанием, осредненным за 1955-1960 гг. и принятым в качестве условного природного фона. Как было показано ранее [1], к началу 90-х годов химический состав вод оказался существенно трансформированным в результате все усиливавшегося в то время антропогенного пресса. Это проявилось в динамике содержания сульфатов, хлоридов и минерализации воды. Так, к 1991 г. средние значения концентраций макрокомпонентов увеличились соответственно в 2,1; 2,25 и 1,75 раза. Затем в связи со спадом производства их содержание стало уменьшаться и к 1999 г. среднегодовая концентрация сульфатов снизилась на 13%, хлоридов - на 36%, минерализации - на 17%.

Трансформация ионного состава речных вод в бассейне Нижнего Дона происходила не только за счет изменения антропогенной нагрузки, но и за счет нарушения гидрологического режимы вследствие строительства Цимлянского водохранилища. Особенности пространственно-временных изменений состава воды и возможность засоления речных вод в нижнем течении Дона представлены в работе [9].

В последние годы также отмечается возрастание содержания макрокомпонентов в воде рек степной зоны. В основном это связывают со снижением водности рек и длительным периодом маловодья на Дону.

Таким образом, снижение антропогенной нагрузки на водный компонент окружающей среды (снижение объемом водопотребления и объемов сброса сточных вод) должно было способствовать увеличению речного стока и улучшению качества воды. Однако этого не произошло в силу природно-климатических причин (длительного маловодья в бассейне Нижнего Дона) и того, что изменение качества воды не всегда адекватно изменению антропогенной

нагрузки. Во всяком случае, значительного улучшения состояния рек и водоемов, как можно было ожидать, исходя, например, из динамики сбросов загрязняющих веществ, не произошло.

Для решения проблемы нормирования хозяйственной деятельности на водосборах, с точки зрения ее влияния на поверхностные воды, нами в качестве основного методического приема использован сопряженный пространственно-временной анализ нагрузок на водосборы и состояния речных систем. При этом мы исходили из предположения, что один и тот же уровень антропогенной нагрузки на водосборы соответствует адекватной реакции речных экосистем.

Воздействие промышленности и городского хозяйства на речную сеть в интегральном виде, как известно, осуществляется за сет сброса сточных вод и диффузного стока с территории. Поступление с этими потоками в реки загрязняющих веществ регламентируется природоохранными органами на локальном уровне нормативом допустимого сброса (НДС). Причем, для каждого водопользователя рассчитываются свои нормативные объемы сброса сточных вод (ПДС - предельно допустимы сброс). Однако при этом не учитывается суммарный региональный эффект, который оказывают сточные воды на состояние речных вод. Поэтому представляется целесообразным корректировать ПДС с учетом региональных нормативов [1].

Региональные нормативы на сброс сточных вод могут быть оценены, в первом приближении, путем сопоставления динамики состояния загрязненности речных вод по гидрохимическим показателям и загрязненности сточных вод. Так ранее в работе [1] было показано, что в период 1993-1994 гг. по Ростовской области в целом произошел переход качества воды из 4 класса («грязная») в 3-й («загрязненная») и данному переходу соответствовали условная расчетная величина индекса загрязненности сточных вод (ИЗст), равная примерно 10. Этому рубежу соответствовал в среднем объем загрязненных сточных вод около 700 млн м3, а средний объем всех сточных вод - примерно 3300 млн м3 (таблица 1). Эти величины, на наш взгляд, и могут быть рекомендованы в качестве ориентировочных региональных нормативов на ближайшую перспективу. Дальнейший переход качества воды во 2-й класс («слабо загрязненная» вода) в условиях высокого уровня эвтрофирования речных экосистем степной зоны на ближайшую перспективу не реален, требует огромных материальных затрат, хотя к нему, необходимо стремиться и окончательное решение за природоохранными и административными органами.

В начале 2000-х годов объем сброса сточных вод в поверхностные воды снизился почти в 2 раза, но значительного улучшения качества воды рек не произошло. Это говорит о том, что на изменение качества воды оказывают влияния в значительной степени и другие факторы. Можно ориентировочно оценить для периода после 2000 г. региональные нормативы на средний объем загрязненных сточных вод около 350 млн м3, а средний объем всех сточных вод -примерно 1650 млн м3. Это предварительные данные, требующие дальнейшего детального исследования и подтверждения. Но это наиболее «мягкий» вариант нормативов («задача -минимум»), направленных на удержание качества воды на уровне 3-го класса («загрязненные» воды). При необходимости могут быть рассчитаны и более «жесткие» их параметры, ориентирующие на улучшение качественного состава речных вод.

Заключение. В заключении хотелось бы еще раз подчеркнуть, что на сегодняшний момент наибольшую озабоченность вызывает экологическое состояние малых рек степной зоны, несмотря на уменьшение поступления в них загрязняющих веществ со сточными водами. В последние годы на фоне длительного маловодного периода уровень загрязненности воды средних и малых рек остается стабильно высоким.

Дополнительно к нормированию нагрузки сточными водами необходимо учитывать нагрузку в связи с активной сельскохозяйственной деятельностью на водосборах степных рек Юга России. Здесь нередко пересекаются противоречивые экономические интересы землепользователей и водопользователей [1]. Так, получение высоких урожаев не мыслится без внесения большого количества удобрений, что в то же время приводит к ухудшению качества речных вод, развитию эвтрофикации. Но и наличием только чистых речных вод, конечно, не могут ограничиваться интересы населения. В задачи природоохранных органов, поэтому должен входить поиск компромиссных решений. Пока же многие возникающие при этом вопросы решаются, как правило, в интересах сельского хозяйства.

Представленные в работе результаты носят предварительный характер и будут уточняться в дальнейших наших исследованиях. Полученные результаты могут быть использованы в качестве первого шага при оценке допустимых антропогенных нагрузок на водные ресурсы Ростовской области в связи с хозяйственной деятельностью на водосборах.

Список литературы

1. Закруткин В.Е. О допустимых антропогенных нагрузках на водный компонент окружающей природной среды в связи с хозяйственной деятельностью на водосборах (на примере Ростовской области) // Регион: проблемы и перспективы. Специальный выпуск: Экология Северского Донца. Ноябрь. 2001. С. 29-35.

2. Сайт Министерства природных ресурсов и экологии Ростовской области. URL: https://минприродыро.рф (дата обращения: 23.01.2024).

3. Решетняк О.С. Многолетняя изменчивость химического состава и качества воды в бассейне реки Дон // Грозненский естественнонаучный бюллетень. 2023. Т. 8. N° 1 (31). С. 52-60. DOI: 10.25744/genb. 2023.87.88.005.

4. Сайт Гидрохимического института / Ежегодники «Качество поверхностных вод РФ». URL: https://gidrohim.com (дата обращения: 17.01.2024).

5. Решетняк В.Н., Закруткин В.Е. Взаимосвязь химического состава и уровня загрязненности речных вод и донных отложений рек бассейна Северского Донца (в пределах Ростовской области) // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. 2022. № 3. С. 91-102.

6. Сазонов А.Д., Решетняк О.С., Закруткин В.Е. Изменчивость гидрохимических характеристик рек Сал и Западный Маныч в условиях современного антропогенного воздействия и климатических изменений (в пределах Ростовской области) // Наука Юга России. 2021. Т. 17. № 1. С. 24-36.

7. Закруткин В.Е., Скляренко Г.Ю., Бакаева Е.Н., Решетняк О.С., Гибков Е.В., Фоменко Н.Е. Подземные и поверхностные воды в пределах техногенно нарушенных геосистем Восточного Донбасса: формирование химического состава и оценка качества. Ростов н/Д.: Изд-во ЮФУ, 2016. 172 с.

8. Закруткин В.Е., Решетняк О.С., Гибков Е.В. Эколого-гидрохимические особенности речных вод степной зоны юга России (в пределах Ростовской области) // Степи Северной Евразии: материалы VIII междунар. симпоз. (Оренбург, 10-13 сент. 2018 г.). Оренбург, 2018. С. 379-383.

9. Пирумова Е.И. Особенности пространственно-временных изменений минерализации и компонентов солевого состава воды р. Дон в нижнем течении: автореф. дис. ... канд. геогр. наук: 25.00.27. Ростов-на-Дону, 2006. 28 с.