CC BY
193
УДК: 543.3+556.551
P.P. Шагидуллин1, В.З. Латыпова2, О.Ю. Тарасов1, О.В. Никитин2 О.Г. Яковлева2, Д.В. Иванов1, A.M. Петров1, Н.Ю. Крапивина1, P. Ч. Юранец-Лужаева1
P.A. Шагидуллина3, Р.И. Камалов3
'Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, Казань 2Казанский (Приволжский) федеральный университет, Казань 3Министерство 'экологии и природныгх ресурсов РТ, Казань
ecoanrt@yandex.ru
ПРИРОДНЫЕ И АНТРОПОГЕННЫЕ ФАКТОРЫ ФОРМИРОВАНИЯ КАЧЕСТВА ВОДЫ ОЗЕРА СРЕДНИЙ
КАБАН ГОРОДА КАЗАНИ
В работе рассмотрены факторы формирования химического состава, дана характеристика гидрохимического режима и оценка качества воды озера Средний Кабан г. Казани, основанная на обобщении результатов мониторинга в период с 1999 по 2011 гг.
Ключевые слова: гидрохимический режим, оценка качества воды, озеро Средний Кабан.
Введение
Исторически человек всегда старался приурочить свои селения к водным объектам. Нельзя представить себе Казань без ее водоемов, как невозможно представить и понять историю края в отрыве от его водных богатств. В настоящее время проблема загрязнения и истощения водных ресурсов является одной из наиболее важных глобальных проблем. Одной из наиболее значимых является проблема химического загрязнения водных объектов в крупных городах. Непосредственно в черте г. Казани располагаются Куйбышевское водохранилище, оз. Нижний, Средний и Верхний Кабан, протока Булак, река Казанка, ее притоки Нокса, Киндерка, Солонка, озера системы Лебяжье и др.
Значительный интерес представляет качество водных ресурсов оз. Средний Кабан как в связи с проведением соревнований по водным видам спорта в рамках XXVII Всемирной летней универсиады 2013 г., так и с особой его значимостью как ценного элемента ландшафта в центре города с высокой эстетической и рекреационной привлекательностью и одновременно - как наиболее уязвимого, антропогенно-нагруженного элемента урбанизированной территории. После введения в строй Куйбышевского водохранилища в 1957 г. озеро трансформировалось в при-родно-техническую гидросистему с многоцелевым назначением и выполняет функции регулирующего бассейна для ливневых и паводковых вод центральной части города в системе инженерной защиты города от подтопления.
Целью данного исследования является выявление факторов формирования химического состава, оценка гидрохимического режима и качества воды оз. Средний Кабан г. Казани по результатам многолетнего мониторинга (с 1999 по 2011 гг.). В качестве фонового в 2011 г. исследовано оз. Архиерейское, расположенное в Лаишевском районе Республики Татарстан (РТ).
Методика исследования
Отбор проб производили на станциях, выбранных с учетом размещения источников загрязнения и гидрологических особенностей. Расположение и количество точек отбора проб на водоеме, периодичность отбора проб и перечень химических показателей определяли в соот-
ветствии с действующими нормативными документами и задачами специализированного исследования. Пробы воды отбирали из поверхностных и придонных горизонтов, а на ряде станций послойно с интервалом 1-3 м.
Химико-аналитические исследования проб воды выполняли на базе аккредитованных лабораторий эколого-аналитических измерений и мониторинга окружающей среды Института проблем экологии и недропользования Академии наук РТ и ЦСИАК Министерства экологии и природных ресурсов РТ по аттестованным методикам по основным гидрохимическим и гидрофизическим показателям, тяжелым металлам и специфическим показателям загрязнения.
Карты-схемы точек отбора проб воды приведены на рисунке 1.
По информации Управления Роспотребнадзора по РТ, при проведении соревнований по водным видам спорта качество воды должно соответствовать требованиям, предъявляемым к качеству воды водоемов в зонах рекреации (предельно допустимые концентрации (ПДКх6) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования (ГН 2.1.5.1315-03, ГН 2.1.5.2280-07)). Величины ПДКх6 применяются для контроля соответствия качества воды в водных объектах требованиям для зон отдыха. В качестве нормативов, определяемых общими требованиями к охране поверхностных вод (СанПиН 2.1.5.980-00), применяются нормативы для II (второй) категории водопользования. Международная Федерация студенческого спорта (БКи) и Международная федерация гребного спорта (ИБЛ) в своих требованиях к качеству воды водного объекта (до глубины 3 м) для проведения соревнований Универсиады-2013 также ссылаются на национальные санитарно-гигиенические нормативы, принятые в стране проводимых соревнований (ИБЛ ..., 2004) .
Кроме того, согласно Справке ФГУ «Средневолжрыб-вод» от 23.06.2010 №1372, ГОСТ 17.1.2.04-77 «Показатели состояния и правила таксации рыбохозяйственных водных объектов» и приказу Федерального агентства по рыболовству от 17.09.2009 №818 «Об установлении категории водных объектов рыбохозяйственного значения.», оз. Сред-
|— научно-техническим журнал
7 (49) 2012 I еоресурсь
ний Кабан относится к водным объектам рыбохозяйствен-ного использования II (второй) категории. В связи с этим в качестве нормативных значений использованы также предельно допустимые концентрации (ПДКрх) химических веществ (Нормативы качества воды..., 2010) и общие требования к составу и свойствам воды водных объектов рыбо-хозяйственного значения II категории (Методические указания по разработке нормативов качества воды., 2009).
Оценку степени загрязнения поверхностных вод проводили по обобщенному показателю - индексу загрязнения вод (ИЗВ) и интегральному показателю - удельному комбинаторному индексу загрязнения вод (УКИЗВ) в соответствии с РД 52.24.643-2002, принятым в системе Росгидромета при проведении мониторинга.
Статистическую обработку результатов проводили с использованием программы 81а1181;1са 8.0.
Результаты и их обсуждение
Гидрохимический режим оз. Средний Кабан в целом формируется под влиянием природных факторов, а также состава условно-чистых сточных вод промышленных предприятий, расположенных на водосборе, ливневого стока с городских территорий, промышленных предприятий и садовых участков (Исследование гидрохимического и гидробиологического состояния ..., 2011).
Усредненные гидрохимические характеристики оз. Средний Кабан в период 1999-2010 гг. приведены в таблице 1.
Для выявления основных тенденций изменения химического состава воды с глубиной в июле 2011 г. проведены специальные гидрохимические исследования на двух створах (станции 3,6 и 4,7,8; Рис. 2). Результаты представлены в таблице 3.
Более детальное исследование поверхностных вод озера проведено в ходе натурных обследований в период июнь-ноябрь 2011 г. (Табл. 2).
По многолетним гидрохимическим данным (Табл. 1) охарактеризован тип поверхностных вод оз. Средний Кабан, представленный в виде формулы Курлова (Зенин,
f
▼ выпуски ливневых вод • станции отбора проб МЭПР РТ
У
и
Рис. 1. Станции отбора проб воды на озере Средний Кабан в 1999-2010 гг. (А) и 2011 г. (В).
Рис. 2. Температурная и кислородная стратификация оз. Средний Кабан, отбор 30. 06. 2011.
10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0
Рис. 3. Изменение коэффициента комплексности загрязнения (К,%) вод оз.Средний Кабан в 2011 г.
Белоусова, 1988):
М(0,97/11,83)
S0455HC(X32[C113]
2117
ь
т выпуски ливневых вод станции отбора проб ИПЭН АН РТ
• поверхностные
• поверхностные и глубинные
• станции отбора проб МЭПР РТ
Са551У^26[№119] '
Вода оз. Средний Кабан относится к типу сульфатно-кальциевых вод. Величина общей минерализации воды (М, г/л), представленная слева от псевдо-дроби Курлова, характеризует воду оз. Средний Кабан как воду «с относительно повышенной минерализацией». Повышенная минерализация воды озера обусловлена минерализованными грунтовыми водами, питающими этот водоем. Так, сульфатные воды кальциево-магниевые, кальциево-натри-евые с минерализацией 0,4-1,0 г/л имеют устойчивое площадное распространение в долине р. Казанки и по западному побережью системы озер Средний и Нижний Кабан (Исследование гидрохимического и гидробиологического состояния ..., 2011). Повышенная минерализация воды озера, таким образом, связана с разгрузкой напорных водоносных горизонтов. После подъема уровня в р. Волге в связи с вводом в строй Куйбышеской ГЭС (1957 г.) и наполнения водохранилища до абсолютной отметки 53.0 м на значительной площади территории города изменились гидродинамические условия водоносных горизонтов.
По результатам режимных наблюдений ГУП «Гео-^Л центр РТ» (Исследование гидрохимического и гидробиологического состояния ..., 2011) в начале лета каждого года, когда уровни имеют
10 19
максимальное свое положение, подтопляемые участки с глубиной залегания подземных вод менее 2,0 м отмечаются по всему побережью рек Волга и Казанка, включая системы озер Средний и Нижний Кабан.
Подпиткой озера минерализованными подземными водами сульфатно-кальциевого состава обусловлена повышенная концентрация сульфат-ионов в
Л
1.
f s
|— научно-технический журнал
Георесурсы 7 (49) 2012
воде оз. Средний Кабан (Табл. 1, 2). Влияние подземного питания на формирование химического состава воды отражается и в увеличении с глубиной ряда показателей состава воды (концентрации ионов кальция, магния, марганца, гидрокарбонат-ионов и показателей - жесткости, сухого остатока, электропроводности) (Табл. 3).
Важнейшими классификационными признаками природных вод являются кислотно-основные свойства воды. С 1999 г. величина рН воды оз. Средний Кабан на всех станциях находилась в пределах нормативного диапазона (6,58,5) для поверхностных вод.
Средний Кабан является типичным стратифицированным водоемом с отчетливо выраженным зональным распределением температуры и растворенного кислорода по глубине (Рис. 2). При этом характер изменения температуры с глубиной в Среднем Кабане как водоеме-охла-
Рис. 4. Частные оценочные баллы (БЪ) загрязняющих веществ и показателей качества воды оз. Средний Кабан (2011 г.)
Рис. 5. Общие оценочные баллы (Б) загрязняющих веществ и показателей качества воды озера Средний Кабан (2011 г.)
Рис. 6. Общие оценочные баллы загрязняющих веществ и показателей качества воды (Б) озера Средний Кабан (1999-2010 гг.)
дителе ТЭЦ-1 отличает его от других озер системы.
Кислородный режим поверхностных вод во многом определяет облик, характер функционирования, тип жизнедеятельности в водной экосистеме. Вертикальная стратификация в содержании кислорода в водной толще озера также характерна для нормально функционирующих глубоководных водоемов (Рис. 2). Следует отметить, что содержание растворенного кислорода в поверхностных слоях за весь период наблюдений с 1999 по 2011 гг. находилось не ниже нормативных значений (Табл. 1-3) и характеризовало кислородный режим водоема как благоприятный.
В пробах воды, отобранных из глубинных (6-9 м) слоев оз. Средний Кабан, присутствует сероводород - естественный внутриводоемный продукт полного разложения белкового вещества в анаэробных условиях гиполимниона и донных отложений. Его средняя концентрация в глубинных пробах намного превышает ПДКрх. Однако данные многолетних исследований (1999-2011 гг.) указывают на полное отсутствие сероводорода в поверхностных слоях водоема (Табл. 1-3). Отсюда следует, что образующийся в придонных слоях озера Н2Б стабильно трансформируется в его водной толще, и водная экосистема, характеризуемая благоприятным кислородным режимом, способна «перехватить» сероводород, не допуская его накопления в эпилимнионе.
Таким образом, результаты химических анализов содержания сероводорода по глубине свидетельствуют о нормальном функционировании экосистем исследованного стратифицированного озера, стабильном характере процессов самоочищения и о высокой организованности продукционно-деструктивных процессов, поддерживаемых энергией Солнца (фотосинтез в эпилимнионе), энергией важнейших биохимических реакций (хемосинтез в мета-лимнионе) и энергией окислительно-восстановительного разложения органических соединений (анаэробные процессы в гиполимнионе и донных отложениях).
Основными обобщенными показателями содержания органического вещества, играющего фундаментальную роль в структурно-функциональной организации водных экосистем, являются: биохимическое потребление кислорода (БПК5, мгО2/дм3), химическое потребление кислорода (ХПК, мгО2/дм3) и перманганатная окисляемость (ПО, мгО2/дм3).
В поверхностных водах величины БПК5 изменяются обычно в пределах 0,5-4 мг02/дм3 и подвержены сезонным и суточным колебаниям. Величина БПК5 для водоемов рыбохозяйственного назначения не должна превышать 2 мг02/дм3. Для воды оз. Средний Кабан в период исследования выявлено превышение содержания легко-окисляемого органического вещества (по показателю БПК5) в 2,1-2,65 раза; при этом имеется характерная тенденция к некоторому понижению величины БПК5 с глубиной (Табл. 3).
Величина ХПК для водоемов хозяйственно-бытового и культурного водопользования не должна превышать 30 мг02/дм3. Для воды оз. Средний Кабан показатель ХПК в среднем составлял величину 26,1 мг02/дм3, в 2011 г. -29,3 мг02/дм3 также с тенденцией к понижению с глубиной (Табл. 3).
Биогенные элементы участвуют в продукции органического вещества поверхностных вод, их недостаток ли-
|— научно-техническим журнал
7 (49) 2012 I еоресурсы
митирует фотосинтез, а повышение концентрации приводит к росту уровня первичной продуктивности и эвтро-фикации водоемов. Основными эвтрофирующими элементами для пресноводных водоемов являются фосфор и азот. Источниками этих элементов в оз. Средний Кабан служат поверхностный сток и прямой сброс промышленных сточных вод, ливневых стоков урбанизированных территорий и т.д.
Усредненные данные за предшествующий период 19992010 гг. (Табл. 1) указывают на превышение рыбохозяй-ственных нормативов (1,98 ПДК) фосфат-ионов в поверхностных водах оз. Средний Кабан для водоемов, однако за указанный период содержание фосфатов не достигало предельно допустимых уровней, установленных для водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования. Таким образом, по данному показателю качество воды соответствовало требованиям санитарно-гигиенических нормативов, а в 2011 г. в поверхностных слоях вод оз. Средний Кабан не превышало нормативов для водоемов разного целевого назначения (Табл. 2,3).
В 2011 г. выявлена тенденция повышения концентрации иона РО43" с глубиной, связанная с переходом нерастворимого фосфата железа (III) в растворимую форму железа (II) в восстановительных условиях гиполимниона.
В глубинных слоях водоема концентрация фосфатов превышает ПДКрх почти в 5 раз.
Главными минеральными формами азота_в природных водах являются: ионы аммония (ЫН4+), нитрит- (N0^) и нитрат-ионы (N0^). Среднее содержание нитрит-ионов в поверхностных водах оз. Средний Кабан в период 19992010 гг. в 2,22 раза превышало нормативы для водоемов рыбохозяйственного назначения (Табл.1), но не достигало предельно допустимых уровней для водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования, т.е. качество воды озера соответствуют требованиям санитарно-гигиенических нормативов. В 2011 г. содержание нитрит-ионов отвечало требованиям к качеству вод обоих типов водопользования.
Показатели загрязнения ливневыми стоками и сточными водами предприятий. К числу обязательных контролируемых загрязняющих веществ при оценке воздействия ливневых стоков с территорий городских улиц, дорог, промышленных площадок в водные объекты и сточных вод, отводимых непосредственно в водоем относятся, прежде всего, нефтепродукты и взвешенные вещества.
По гидрохимическим данным, полученным за период обследования 2011 г., содержание нефтепродуктов в поверхностных водах озера вне зоны воздействия сбросов
Показатели пдк„х пдкх6 с Ссед/ПДКох Сотед/ЩКсб
рН 6.5-8.5 6.5-8.5 7.9 - -
Взвешенные вещества, мг/дм3 +0.75 к фону +0.75 к фону 22.8 - -
Электропроводность, См/м - - 0.0727 - -
Сухой остаток, мг/дм3 - 1000 855.5 - 0.86
Кислород растворенный, мг02/дм3 6 4 10.5 - -
ХПК, мг02/дм3 - 30 26.1 - 0.87
БПК5, мгОг/дм3 2 4 4.2 2.09 1.05
Аммоний ион, мг/дм3 0.5 1.5 0.53 1.07 0.36
Нитриты, мг/дм3 0.08 3.3 0.18 2.22 0.05
Нитраты, мг/дм3 40 45 5.3 0.13 0.12
Фосфаты, мг/дм3 0.2 3.5 0.34 1.68 0.10
Сульфаты, мг/дм3 100 500 311.3 3.11 0.62
Хлориды, мг/дм3 300 350 53.8 0.18 0.15
Гидрокарбонаты, мг/дм3 - - 233.6 - -
Жёсткость, ° Ж - - 9.6 - 1.38
Кальций, мг/дм3 180 - 130.8 0.73 -
Фториды, мг/дм3 0.75 1.5 0.27 0.36 0.18
Ртуть, мг/дм3 0.00001 0.0005 <0.0005 - -
Кадмий, мг/дм3 0.005 0.001 <0.001 - -
Свинец, мг/дм3 0.006 0.01 <0.005 - -
Кобальт, мг/дм3 0.01 0.1 <0.01 - -
Медь, мг/дм3 0.001 1 0.0049 4.85 -
Никель, мг/дм3 0.01 0.02 0.0086 0.86 0.43
Цинк, мг/дм3 0.01 1 0.0086 0.86 0.01
Хром общ., мг/дм3 - - <0.005 - -
Марганец, мг/дм3 0.01 0.1 0.074 7.4 0.74
Железо, мг/дм3 0.1 0.3 0.106 1.06 0.35
Алюминий, мг/дм3 0.04 0.2 <0.04 - -
АСПАВ, мг/дм3 0.5 0.5 0.048 0.10 0.10
Формальдегид, мг/дм3 0.1 0.05 <0.025 - -
Фенолы, мг/дм3 0.001 0.1 0.0028 2.80 0.03
Нефтепродукты, мг/дм3 0.05 0.3 0.058 1.16 0.19
Табл. 1. Средние значения показателей качества воды оз. Средний Кабан за 1999-2010 гг. и нормативные требования к качеству воды водных объектов культурно-бытового (рекреационного) водопользования (ПДКх6) (ГН 2.1.5.1315-03) и рыбохозяйственного использования (ПДК(Методические..., 2009; Нормативы..., 2010).
Г~ научно-технический журнал
^^ Георесурсы 7 (49) 2012
сточных вод и ливневой канализации не превышало соответствующих нормативов для водоемов разного целевого назначения (Табл. 2, 3).
В предшествующий период (1999-2010 гг.) средняя концентрация нефтепродуктов в воде оз. Средний Кабан была лишь незначительно (в 1,16 раз) выше норматива ПДКрх, но не достигала предельно допустимых уровней для водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования.
Природные воды содержат и в процессе стока переносят вещества во взвешенном состоянии. Взвешенные вещества играют важную роль в процессах самоочищения водной толщи по адсорбционно-седиментационному механизму. В основном в составе взвешенного вещества в зависимости от диапазона размеров частиц происходит сток многих микроэлементов, тяжелых металлов, органических веществ природных вод. Количество взвешенного вещества в исследуемых водах не превышало значений, характерных для озер РТ.
За последние десятилетия появилась большая группа органических соединений, которые создали дополнительную проблему с загрязнением вод: это поверхностно-активные вещества (ПАВ), используемые как моющие средства, понижающие поверхностное натяжение воды, вызывающие пенообразование, оказывающие токсическое действие на гидробионтов и способные активизировать ток-
сичные вещества, адсорбированные в донных отложениях. Гидрохимические данные, полученные в 2011 г., а также усредненные данные за предшествующее десятилетие показывают (Табл. 1-3), что содержание анионогенных ПАВ в воде оз. Средний Кабан незначительно без выраженной тенденции к изменению по глубине.
К числу важнейших факторов загрязнения природных вод относятся токсичные металлы. Источником их поступления служит поверхностный сток с водосбора, особенно в период половодья, и сброс сточных вод промышленных предприятий.
Из всего спектра токсичных элементов аномально высокое содержание имеют медь и марганец (Табл. 1-3), что характерно в целом для водных объектов на территории РТ и может быть связано с геохимическими региональными особенностями (Степанова, Латыпова, 2007).
Комплексная оценка степени загрязненности воды по гидрохимическим показателям проведена с использованием наиболее жестких (минимальных) значений предельно допустимых концентраций (ПДКрх) по индексу загрязненности вод (ИЗВ6) и по удельному комбинаторному индексу загрязнения воды (УКИЗВ).
По индексу загрязненности вод (ИЗВ6 = 3,47), рассчитанному с использованием ПДКрх, категория качества воды оз. Средний Кабан определяется как «загрязненная» (IV класс качества).
Показатели пдк„х пдкх6 с Сс„ед/ПДК„х Ссшед/ ПДКх6
рН, ед. рН 6.5-8.5 6.5-8.5 8.1 - -
Цветность, град - 20 20.3 - 1.01
Мутность, ЕМФ - 2.6 11.4 - 4.38
Прозрачность, см - - 15.8 - -
Взвешенные вещества, мг/дм3 +0.75 к фону +0.75 к фону 17.7 - -
Электропроводность, См/м - - 0.0983 - -
Кислород растворенный, мг02/дм3 >6 >4 10.9 0.55 0.37
Сухой остаток, мг/дм3 - 1000 745.4 - 0.75
ХПК, мг02/дм3 - 30 29.3 - 0.98
БПК5, мг02/дм3 2 4 5.3 2.66 1.33
Перманганатная окисляемость, мг02/дм3 - 5 5.3 - 1.07
Аммоний ион, мг/дм3 0.5 1.5 0.27 0.54 0.18
Нитриты, мг/дм3 0.08 3.3 0.068 0.85 0.02
Нитраты, мг/дм3 40 45 1.6 0.04 0.04
Фосфаты, мг/дм3 0.2 3.5 0.15 0.76 0.04
Сульфаты, мг/дм3 100 500 319.3 3.19 0.64
Хлориды, мг/дм3 300 350 60.9 0.20 0.17
Гидрокарбонаты, мг/дм3 - - 165.4 - -
Жесткость, ° Ж - - 8.9 - -
Кальций, мг/дм3 180 - 115.7 0.64 -
Магний, мг/дм3 40 - 37.2 0.93 -
Калий, мг/дм3 50 - 7.4 0.15 -
Натрий, мг/дм3 120 200 40.1 0.33 0.20
Медь, мг/дм3 0.001 1.0 0.0028 2.75 0.003
Никель, мг/дм3 0.01 0.02 0.0016 0.16 0.08
Цинк, мг/дм3 0.01 1.0 0.0038 0.38 0.004
Марганец, мг/дм3 0.01 0.1 0.0146 1.46 0.15
Железо, мг/дм3 0.1 0.3 0.099 0.99 0.33
АСПАВ, мг/дм3 0.5 0.5 0.034 0.07 0.07
Фенолы, мг/дм3 0.001 0.1 0.0014 1.40 0.01
Нефтепродукты, мг/дм3 0.05 0.1 0.032 0.63 0.11
Табл. 2. Средние концентрации (март-октябрь 2011 г.) химических веществ в поверхностном (0-3 м) слое водыг и кратность превышения установленным нормативов. * здесь и далее в таблицах курсивом обозначены! значения соответствующих концентраций на уровне половиныг минимально определяемыгх концентраций.
|— научно-технический журнал
7 (49) 2012 I еоресурсы
По результатам химического анализа воды оз. Средний Кабан в период с марта по октябрь 2011 г. дана комплексная оценка степени ее загрязненности в соответствии с РД 52.24.643-2002. Изменение коэффициента (К) комплексности загрязненности воды в течение изучаемого периода показано на рисунке 3.
Получен следующий ранжированный вариационный ряд значений К: 11,54; 11,54; 16,00; 19,23; 20,00; 20,83; 23,00; 24,00; 25,00; 25,00; 25,00; 26,92; 28,00; 28,00. Для указанного ряда определены статистические показатели: К = 11,54 %; К = 28,00 %; К, = 16,5 %;
тт 7 7 шах 7 'К 77
К = 21,72 %; у\ = 30,39; у, = 5,51; т = 1,47. Наименьшие
ср ' ' ^ К ' ' ^ К ' ' кср '
значения приходились на летний сезон (в среднем 19,4 %).
Значения коэффициента комплексности загрязненности воды оз. Средний Кабан изменялись с вероятностью 99,7 % в пределах 21,72-31,47 %, а доверительные границы составили от 17,3 до 26,1 %. Среднее значение коэффициента превышает стандартную погрешность более чем в три раза, что дает основание считать ее достоверной.
Вода оз. Средний Кабан в течение периода обследования не обладала высокой комплексностью загрязненности, которая отмечалась лишь по нескольким ингредиентам и показателям качества. Химический состав воды не был подвержен существенным изменениям: размах варьирования коэффициента комплексности составил 16,5 %. Согласно классификации воды по повторяемости случаев
Период УКИЗВ Класс качества воды
Март 2.32 3 класс разряд «а» - «загрязненная»
Май 1.61 2 класс - «слабо загрязненная»
Июнь 2.21 3 класс разряд «а» - «загрязненная»
Июль 1.30 2 класс - «слабо загрязненная»
Август 1.87 2 класс - «слабо загрязненная»
Сентябрь 1.67 2 класс - «слабо загрязненная»
Октябрь 2.31 3 класс разряд «а» - «загрязненная»
Лето в целом 2.18 3 класс разряд «а» - «загрязненная»
Среднее за период март-октябрь 2.41 3 класс разряд «а» - «загрязненная»
Глубина, м 0.5 3.0 6.0 9.0
рН, ед. рН 8.58 7.94 7.62 7.53
Взвешенные вещества, мг/дм3 17.5 19.3 18.7 9.2
Цветность, град 17.6 16.3 23.9 32.3
Мутность, ЕМФ 18.7 17.7 6.7 9.4
Прозрачность, см 15.0 14.4 23.8 29.3
Электропроводность, См/м 0.0862 0.0895 0.1059 0.1237
Сухой остаток, мг/дм3 667 686 786 991
ХПК, мг02/дм3 32.6 29.6 21.9 15.5
БПК5, мг02/дм3 5.9 5.0 1.5 1.8
Перманганатная окисляемость, мг02/дм3 6.75 6.53 4.62 4.65
Кислород растворенный, мг02/дм3 12.53 6.03 1.47 1.05
Сероводород, мг/дм3 0.0005 0.0005 0.0005 0.867
Аммоний ион, мг/дм3 0.13 0.11 0.82 2.26
Нитриты, мг/дм3 0.01 0.01 0.40 0.02
Нитраты, мг/дм3 1.19 1.23 2.94 1.75
Фосфаты, мг/дм3 0.025 0.025 0.214 0.992
Сульфаты, мг/дм3 328.7 345.3 386.7 426.0
Хлориды, мг/дм3 63.2 61.1 61.9 57.8
Гидрокарбонаты, мг/дм3 105.8 115.5 207.7 280.0
Жесткость, ° Ж 7.1 7.2 10.1 12.2
Кальций, мг/дм3 95.3 93.3 135.7 170.5
Магний, мг/дм3 28.9 30.4 42.0 44.5
Калий, мг/дм3 7.7 8.8 7.8 6.1
Натрий, мг/дм3 40.2 41.6 39.9 36.8
Медь, мг/дм3 0.0027 0.0030 0.0022 0.0020
Никель, мг/дм3 0.0020 0.0038 0.0028 0.0024
Цинк, мг/дм3 0.0037 0.0093 0.0092 0.0040
Марганец, мг/дм3 0.009 0.016 0.056 1.092
Железо, мг/дм3 0.100 0.123 0.075 0.095
АСПАВ, мг/дм3 0.025 0.032 0.028 0.034
Фенолы, мг/дм3 0.001 0.001 0.001 0.001
Нефтепродукты, мг/дм3 0.014 0.033 0.014 0.010
Табл. 3. Изменение показателей качества вод в оз. Средний Кабан с глубиной (июль 2011 г.).
Табл. 4. Классификация качества воды оз. Средний Кабан по значению УКИЗВ в период с марта по октябрь 2011 г.
загрязненности, загрязненность воды по таким ингредиентам как сульфаты, соединения меди, железа, легкоокис-ляемые вещества (по БПК5), нитриты определялась как «характерная», с повторяемостью фиксируемых случаев более 50 %. Для марганца и фосфатов отмечалась «устойчивая» загрязненность воды (повторяемость 30-50 %).
Оценен также уровень загрязненности воды озера по отдельным ингредиентам. По растворенному кислороду наблюдался «низкий» уровень загрязненности воды с частным оценочным баллом < 2,00. По цинку, магнию, ионам аммония, ХПК, железу, фенолам, легкоокисляемым органическим веществам (БПК5), фосфатам, марганцу, нитритам, меди и сульфатам имел место «средний» уровень загрязненности воды. Частные оценочные баллы для перечисленных ингредиентов и показателей качества воды приведены на рисунке 4.
Полученные значения удельного комбинаторного индекса загрязненности (УКИЗВ=2,41) при отсутствии критических показателей загрязненности (КПЗ=0) позволяют отнести воду оз. Средний Кабан в 2011 г. к 3-му классу качества (разряд «а») и охарактеризовать ее как «загрязненную».
Загрязнение поверхностного слоя воды оз. Средний Кабан в 2011 г. было обусловлено превышением действующих нормативов по 13 ингредиентам химического состава из 30 контролируемых нормируемых показателей с наибольшим вкладом сульфат-ионов и меди (Рис. 5), определяющих «характерную» загрязненность озера Средний Кабан «среднего» уровня. Класс качества воды в летний период (Табл. 4) был аналогичен оцененному для всего периода наблюдений. Наименьшие значения УКИЗВ были отмечены в июле (1,30), когда вода озера характеризовалась как «слабо загрязненная».
Анализируя данные о содержании сульфат-ионов в воде оз. Средний Кабан (Табл. 1-3), можно отметить постоянный характер загрязнения (С5042" ~ 2-3 ПДК), вероятно, как за счет естественного источника, связанного с разгрузкой минерализованных сульфатных подземных напорных водоносных горизонтов, так и с
I-^^шшж р~ научно-технический журнал
ШЛ Георесурсы 7 (49) 2012
процессом окисления сероводорода, мигрирующего в вышележащие кислородсодержащие слои.
Повышенное содержание меди характерно в целом для поверхностных вод РТ и связано с геохимическими региональными особенностями.
Качество воды оз. Средний Кабан в 2011 г. было выше, чем в предшествующие годы (Рис. 6). В 1999-2010 гг. значение УКИЗВ составляло 2,77, что соответствовало 3-му классу качества разряда «б» («очень загрязненная»), при наличии двух критических показателей загрязненности (КПЗ=2, марганец и медь).
Как следует из полученных данных (Табл. 1-3), поверхностные слои воды оз. Средний Кабан (до глубины 3 м) по санитарно-гигиеническим нормативам практически удовлетворяют требованиям для поверхностных водоемов культурно-бытового (рекреационного) водопользования.
Это согласуется с данными проведенных токсикологических исследований поверхностных вод оз. Средний Кабан за весь период наблюдений в 2011 г., которые не выявили их острого токсического действия в отношении стандартных тест-объектов, а также с гидробиологическими показателями качества вод (Исследование гидрохимического и гидробиологического состояния ..., 2011).
Заключение
Вода оз. Средний Кабан относится к типу гидрокарбо-натно-сульфатных, магниево-кальциевых вод с относительно повышенной минерализацией, обусловленной минерализованными грунтовыми водами, питающими этот водоем. По материалам гидрохимического мониторинга оз. Средний Кабан 1999-2010 гг. и результатам комплексных исследований в период с марта по октябрь 2011 г. выполнена оценка качества воды по индексу загрязненности вод (ИЗВ6) и удельному комбинаторному индексу загрязнения воды (УКИЗВ), рассчитанным с использованием наиболее жестких (минимальных) значений предельно допустимых концентраций (ПДКрх) вредных веществ для воды водоемов рыбохозяйственного назначения.
В 1999-2010 гг. вода оз. Средний Кабан по средним многолетним показателям характеризовалась как «очень загрязненная» (3 класс качества разряда «б»). Преобладающий вклад в загрязнение воды в эти годы вносили соединения марганца и меди, повышенная концентрация которых в воде озера обусловлена геохимическим фоном.
В 2011 г. поверхностные слои воды оз. Средний Кабан (до глубины 3 м) по рыбохозяйственным нормативам ха-растеризовались как «загрязненные». Наименьшие значения индекса УКИЗВ отмечены в июле, когда вода озера характеризовалась как «слабо загрязненная» (2 класс); наибольшие значения УКИЗВ обнаружены для воды озера весной (март) и осенью (октябрь) (3 класс разряд «а» -«загрязненная») в условиях активизации поверхностного стока. Методами математической статистики показано, что преобладающий вклад в загрязнение воды вносили сульфат-ионы (генетически связанные как с разгрузкой минерализованных сульфатных подземных напорных водоносных горизонтов, так и с процессом окисления сероводорода, мигрирующего в вышележащие кислородсодержащие слои) и ионы меди (генетически связанные с геохимическим фоном); эти ионы определяют «характерную» загрязненность оз. Средний Кабан «среднего» уровня.
Выявленные за период исследования превышения концентраций легкоокисляемых органических соединений (по БПК5) и биогенных элементов (азота и фосфора) относительно рыбохозяйственных нормативов носят антропогенный характер и диктуют необходимость строительства очистных сооружений ливневой канализации как первоочередного мероприятия для оздоровления водоема.
Качество поверхностных вод оз. Средний Кабан (до глубины 3 м) в период 1999-2011 гг. практически удовлетворяло требованиям, установленным для водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования, которых придерживаются FISU и FISA при проведении международных соревнований по водным видам спорта.
Литература
ГН 2.1.5.1315-03. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования. М. 2003.
Зенин А.А, Белоусова Н.В. Гидрохимический словарь. Л.: Гид-рометеоиздат. 1988. 75.
Исследование гидрохимического и гидробиологического состояния систем оз. Кабан и протоки Булак с целью разработки комплекса мероприятий по восстановлению механизмов саморегулирования водной среды. Отчет по государственному контракту №11МЭ-9н от 14.06.2011 г. Казань: ГБУ ИПЭН АН РТ. 2011. 304.
Степанова Н.Ю., Латыпова В.З. Региональные нормативы качества воды и донных отложений Куйбышевского водохранилища. Куйбышевское водохранилище: экологические аспекты водохозяйственной деятельности Казань: Фолиант. 2007. 236-248.
Методические указания по разработке нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативов предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения. М. 2009.
Нормативы качества воды водных объектов рыбохозяйствен-ного значения, в том числе нормативы предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяй-ственного значения. М. 2010.
РД 52.24.643-2002. Метод комплексной оценки степени загрязненности поверхностных вод по гидрохимическим показателям. М.: Росгидромет. 2002.
СанПиН 2.1.5.980-00. Водоотведение населенных мест, санитарная охрана водных объектов. Гигиенические требования к охране поверхностных вод. М. 2000.
FISA. Environmental sustainability policy and guidelines. 2004.
R.R. Shagidullin, V.Z. Latipova, O.Yu. Tarasov, O.V. Nikitin, O.G. Yakovleva, D.V. Ivanov, A.M. Petrov, R.A. Shagidullina, N.Yu. Krapivina, R.Ch. Yuranets-Lugaeva. Natural and anthropogenic water quality formation factors of the Kaban lake (Kazan, Russia).
The paper shows the factors of chemical compound formation, characteristics of hydrochemical conditions and water quality evaluation of the Middle Kaban lake in Kazan (Russia) based on the monitoring results synthesis for the period from1999 to 2011.
Key words: hydrochemical conditions, evaluation of water quality, inner city water basin.
Регина Чеславовна Юранец-Лужаева Научный сотрудник лаборатории эколого-аналитичес-ких измерений и мониторинга окружающей среды. Научные интересы: аналитическая химия, экологический мониторинг.
Институт проблем экологии и недропользования АН РТ 420087, Казань, ул. Даурская, 28. Тел. (843) 298-59-65.
|— научно-техническим журнал
7 (49) 2012 I еоресурсь
