CC BY
21УДК 556.5
М.В. Игонина, доцент, к.т.н. ФГБОУВО «ВГУВТ» ЕЮ. Чебан, доцент, к.т.н. ФГБОУ ВО «ВГУВТ» Е.В. Володченко, студент ФГБОУ ВО «ВГУВТ» Е.Ю. Бердникова, студент ФГБОУ ВО «ВГУВТ» Е.С. Рачкова, студент ФГБОУ ВО «ВГУВТ»
H.В. Молькова, студент ФГБОУ ВО «ВГУВТ» К.С. Юртаева, студент ФГБОУ ВО «ВГУВТ» М.С. Дмитриева, аспирант ФГБОУ ВО «ВГУВТ» 603950, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ВОДЫ В ОЗЕРНОЙ ЧАСТИ ГОРЬКОВСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА И НА УЧАСТКЕ р. ВОЛГА ВЫШЕ г. Н. НОВГОРОД В 2016 г. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
Ключевые слова: Горьковское водохранилище, гидрохимические показатели, экологическое состояние р. Волга.
Рассмотрены результаты экспериментов по исследованию качества воды в озерной части Горьковского водохранилища и на участке р. Волга выше г. Н. Новгород, а также в устье Р. Ока.
I. Введение
Как известно, сложная гидродинамическая структура потоков в водохранилищах оказывает влияние на термический, газовый и биогенный режим, перемещение и осаждение взвесей, процессы самоочищения, условия обитания гидробионтов и их распределение [1]. В свою очередь эти процессы оказывают влияние на содержание в воде различных химических веществ, содержание которых в воде оценивается с помощью гидрохимических показателей качества воды (цветность, прозрачность, общая минерализация, содержание конкретных загрязнителей, например, общее железо, аммоний и т.д.).
Содержание химических веществ в водах Горьковского водохранилища определяется составом подстилающих грунтов, составом воды в р. Волга выше по течению, притоков (включая крупнейший - р. Ока), а также стоками с прилегающих территорий и населенных пунктов, расположенных по берегам водохранилища.
По данным [2], донные отложения Горьковского водохранилища представлены различными видами илистых, песчанистых и трансформированных донных грунтов (затопленные почвы); доля песчаных отложений непрерывно увеличивалась с года создания водохранилища и к 2008 г превысила 50%.
При создании водохранилища было затоплено, в том числе и 68 тыс. га сельскохозяйственных земель. Доля пахотных земель, находящихся в зоне сильного подтопления по данным [2] составляет до 14%. Следовательно, вклад агрохимии должен приниматься во внимание при оценке загрязнения вод Горьковского водохранилища.
В целом же преобладающая часть стока Волги сформирована в лесной зоне при ее избыточной увлажненности, что обусловливает относительно низкое содержание солей на всем протяжении реки (табл. 1). По данным [1], воды Волги гидрокарбонатно-кальциевые с невысоким содержанием щелочных металлов, хлоридов и сульфатов.
Наиболее существенно ионный состав меняется в Чебоксарском водохранилище под влиянием р. Оки, водам которой свойственна высокая минерализация и высокое содержание ионов сильных кислот при относительном снижении гидрокарбонатной составляющей [1].
М.В. Игонина, ЕЮ. Чебан, Е.В. Володченко, ЕЮ. Бердникова, Е.С. Рачкова, Н.В. Молькова
Распределение показателей качества воды в озерной части Горьковского водохранилища ...
В таблице 1 приведены основные гидрофизические и гидрохимические показатели вод Горьковского и Чебоксарского водохранилищ.
Таблица 1
Гидрофизические и гидрохимические показатели Горьковского и Чебоксарского водохранилищ (по данным [1]).
Водохранили- Про- Цвет- Взве- Сумма Электро- О2, % Жобщ; Робщ5
ще зрач- ность, шенные ионов, провод- насы- мг/л мкг/л
ность, град. вещест- мг/л ность щения
см ва, мг/л мкСм/см
Горьковское 98 62 9,3 156 182 89 1,10 66
Чебоксарское 103 54 9,1 200 262 82 1,32 139
Известно [3], что основными питательными веществами для фитопланктона являются азот и фосфор. В 1975 г в Горьковском водохранилище [3] значения общего азота и общего фосфора составляли соответственно 1,25-1,32 мгЖл и 54-56 мкг Р/л. В более поздний период наблюдений [3], с 1980 по 1991 гг., на участке г. Юрьевец -г. Чкаловск содержание азота минерального варьировалось в диапазоне 0,38-0,73 мг Жл, а среднее значение за период составило 0,56 мг Жл. Содержание фосфора общего на этом же участке варьировалось от 34 до 61 мкг Р/л, а среднее значение составило соответственно 48 мкг Р/л. Причем, в воде речного участка наблюдалось большее содержание биогенов, чем в воде озерного.
Вода водохранилищ характеризуется нейтральными или слабощелочными величинами рН, которые могут смещаться в щелочную сторону при высокой интенсивности фотосинтеза [1].
Кроме биогенных азота и фосфора в водах волжского каскада регулярно контролируются такие гидрофизические и гидрохимические показатели как прозрачность, цветность, содержание взвесей и др. По данным [2] прозрачность воды Горьковского водохранилища изменяется от 0,7 до 1,5 м, концентрация взвешенных веществ от 4,3 до 19,2 мг/л, цветность воды от 45 до 119 градусов платиново-кобальтовой шкалы, биохимическое потребление кислорода (БПК5) 1,2-3,9 мг/л, химическое потребление кислорода 24,4-64,4 мг/л, минерализация воды от 46,4 до 279 мг/л, содержание общего азота 0,72-1,78 мг/л, общего фосфора 28-238 мкг/л. Кроме того [2], основными загрязняющими веществами являются нефтепродукты, медь, фенолы, марганец, аммоний, цинк, нитриты, формальдегиды, СПАВ (синтетические поверхностные активные вещества). Превышение экологических (рыбохозяйственных) нормативов для указанных веществ составляет 5-12 ПДК (предельно допустимых концентраций).
В [3] указывается на то, что абиотические (гидрохимические и гидрофизические) условия формирования продукционных процессов и структуры фитопланктонных ценозов в Горьковском водохранилище, как и в других водохранилищах Волжского каскада, сильно изменчивы как во времени, так и в пространстве. Известно также, что источником биогенных элементов для бурного роста водорослей могут быть устья рек, места сброса сточных вод населенных пунктов, расположенных по берегам водохранилища или стока с пахотных территорий [2].
Исследования гидрохимических показателей качества воды в Горьковском водохранилище и бассейне р. Волга проводятся в ходе государственного мониторинга состояния окружающей среды учреждениями системы Росгидромета [4]. Эти измерения, однако, выполняются в стандартных створах и их недостаточно для построения карт распределений этих показателей по акватории водоемов и водотоков. Поэтому целью настоящей работы явилось проведение гидрохимических измерений, существенно расширяющих данные Росгидромета, что позволит дать более полное представление о пространственных распределениях гидрохимических показателей.
Кроме того, отбор проб воды проводился одновременно с отбором биологических проб воды на зоопланктон, а также квазисинхронно с гидрологическими измерениями полей течений, скорости и направления ветра, профиля дна, концентрации сине-зеленых водорослей и др., что позволит связать гидрохимические показатели воды с указанными биологическими и гидрологическими характеристиками. Данная задача, однако, выходит за рамки настоящей статьи.
2. Методика исследований
Выполнение исследований гидрохимических показателей воды выполнялось на борту учебного судна ВГУВТ «Петр Андрианов» в ходе экспедиционных работ в рамках грантового проекта Русского географического общества «Экспедиция Плавучий университет Волжского бассейна». Исследовалась акватория Горьковского водохранилища и прилегающих к нему участков рек Ока и Волга г. Н. Новгорода.
В рамках экспедиции были реализованы четыре этапа измерений (в июне, июле, августе и сентябре), ниже будут представлены результаты первых трех, сопоставление с данными четвертого этапа будет выполнено позднее.
В ходе работ проводилась экспресс-диагностика гидрохимических показателей, в частности, в период бурного роста фитопланктона («цветения воды»), что особенно важно как для мониторинга степени влияния данного явления на нарушение природных экосистем, так и контроля качества воды [5]. Ввиду невозможности быстрой доставки проб на берег без нарушения технологии их хранения и проведения соответствующих анализов, исследования химических показателей отбираемых проб проводились непосредственно на судне, т.е. in situ. Для этого на судне была оборудована химико-аналитическая лаборатория, оснащенная необходимыми приборами, материалами и реактивами для определения целого ряда показателей качества воды, приведенных в табл. 2.
Несмотря на ряд трудностей в проведении измерений в судовой лаборатории (ограниченность помещения, ограниченность воды для мытья посуды и приготовления реактивов и др.), были соблюдены все требуемые нормы проведения подобных измерений, что обеспечило достоверность результатов.
В силу вредности для здоровья и сложности выполнения анализа, некоторые показатели были исследованы в стационарной лаборатории ВГУВТ, оснащенной необходимым оборудованием (см. табл. 2). В каждом из четырех рейсов было отобрано не менее 24 проб и выполнено непосредственно на судне более 312 анализов и еще более 50 анализов было выполнено после каждого рейса в стационарной лаборатории ВГУВТ.
Отметим, что поскольку одной из целей гранта задач экспедиции является углубленная подготовка молодых специалистов в области мониторинга и охраны окружающей среды, то к выполнению исследований были привлечены студентки 3 курса ВГУВТ специальности «Техносферная безопасность», которыми под руководством преподавателей ВГУВТ было организовано рабочее пространство и налажено выполнение химических анализов. При выполнении исследований студенты руководствовались знаниями, умениями и навыками, полученными в процессе обучения во ВГУВТе по направлению подготовки «Техносферная безопасность». Особую благодарность авторы публикации выражают зав. Лабораторией «Экологии» ВГУВТ Е.М. Блюдис за активную помощь в подготовке к лабораторным исследованиям.
При подготовке экспедиции «Плавучий университет Волжского бассейна-2016» выбор анализируемых показателей определялся поиском взаимосвязей между гидрологическими, гидрохимическими и гидробиологическими показателями вод Горьков-ского водохранилища для составления комплексной картины экологического состояния участка р. Волги и водохранилища.
Перечень этих показателей определялся с одной стороны, необходимостью охватить как можно большее число факторов, обуславливающих жизнедеятельность зоо- и
М.В. Игонина, ЕЮ. Чебан, Е.В. Володченко, ЕЮ. Бердникова, Е.С. Рачкова, Н.В. Молькова
Распределение показателей качества воды в озерной части Горьковского водохранилища ...
фитопланктона. С другой стороны, этот перечень ограничивался возможностями судовой лаборатории и лаборатории «Экологии» ВГУВТ (табл. 2).
Таблица 2
Перечень исследуемых гидрохимических показателей в экспедиции «Плавучий университет Волжского бассейна-2016»
№ Показатели ПДК или др. норматив Место выполнения анализа Методы и средства измерений
1 Прозрачность, см Не нормируется на судне Цилиндр Снеллена
2 Цветность, град. цв., Не нормируется на судне «Сг - Со» шкала цветности
3 Показатель среды рн 6,5-8,5(9) на судне рН-метр марки «Анион 410»
4 Температура Не более чем до 28 °С летом на судне датчик температуры кисло-родомер марки «Марк 302Э»
5 Железо общее, мг/л 0,1 на судне фотометрический, прибор Фотоэлектроколориметр КФК-3М
6 Общее содержание солей, мг/л нормируется согласно таксации рыбохо-зяйственных водных объектов на судне прибор кондуктометр «Анион-4100»
7 Растворенный кислород, мгО2/л Не менее 6 на судне Кислородомер марки «Марк 302Э»
8 Аммоний-ион, мг/л Не более 0,5 на судне Фотометрический, с реактивом Несслера, ПНДФ 14.1:2.1-95
9 Нитраты, мг/л Не более 40 на судне Фотометрический, ПНДФ 14.1:2.4-95
10 БПК5, мгО2/л Не более 3 на судне Кислородомер марки «Марк 302Э», РД 52.24.420-2006
11 А-ПАВ синтетические (анионактив-ные), мг/л Не более 0,1 в лаборатории ВГУВТ фотометрический, ПНД Ф 14.1:2.15-95 ПНД Ф 14.1:2.258-2010
12 Нефтепродукты, мг/л Не более 0,05 в лаборатории ВГУВТ ИК-спектрофотометрия; прибор ИКН-025
13 Фосфаты (сумма ионов), мг/л Не более 0,2 на судне фотометрический, ПНДФ 14.1:2.112-97
Поскольку на распространение водорослей большое влияние оказывают ветровые течения [6], то предсказать заранее их местонахождение и спланировать маршрут отбора проб не представлялось возможным. В качестве фонового предполагалось считать состав воды в основном русле реки Волга. Расположение основных точек отбора проб в целом совпадало со створами, указанными в [3] и показано на рис. 1 и 2. Расположение дополнительных точек отбора проб на приведенных ниже рисунках не показано, т.к. оно определялось непосредственно в ходе рейса и зависело от места скопления водорослей.
Рис. 1. Расположение основных точек отбора проб воды в озерной части Горьковского водохранилища в рамках экспедиции «Плавучий университет Волжского бассейна-2016»
Рис. 2. Расположение основных точек отбора проб воды на участке р. Волга выше Н. Новгорода и в устье р. Ока в рамках экспедиции «Плавучий университет Волжского бассейна-2016»
3. Результаты
В качестве предварительных результатов представлены диаграммы распределения некоторых из исследованных показателей в направлении от г. Юрьевец к г. Н. Новгороду и устью р. Ока.
Установлено, что среднее по водохранилищу содержание растворенного кислорода снизилось с 7,48 мг/л в июле до 6,37 мг/л в августе. Напротив, на участке р. Волга
М.В. Игонина, Е.Ю. Чебан, Е.В. Володченко, Е.Ю. Бердникова, Е.С. Рачкова, Н.В. Молькова
Распределение показателей качества воды в озерной части Горьковского водохранилища .
от Городца до Н. Новгорода оно составляло в июле 5,65 мг/л, а в августе 6,41 мг/л. В устье р. Ока растворенный кислород менялся в июле-августе с 6,06 мг/л до 6,745 мг/л соответственно. Снижение уровня кислорода в водохранилище связано, по-видимому, с интенсификацией цветения сине-зеленых водорослей и увеличением потребления кислорода на процессы окисления продуктов распада отмершей органики.
Проведенные измерения цветности воды по хром-кобальтовой шкале показали, что в озерной части водохранилища цветность воды в среднем составляла 65 градусов цветности в июне и 50 градусов цветности в июле и августе. На речном участке цветность составила 70, 50 и 45 градусов цветности в июне, июле и августе соответственно (рис. 3).
!
Рис. 3. Распределение цветности воды на исследуемом участке
Поскольку цветность воды обусловлена прежде всего растворенными органическими соединениями (напр. гуминовыми кислотами), то существенное увеличение цветности может свидетельствовать об увеличении концентрации этих веществ в воде. Увеличение этого показателя в начале лета может быть связано с последствиями весеннего половодья и вымыванием органических соединений из пойменных почв.
Рис. 4. Распределение температуры воды в подповерхностном слое (на глубине до 1м) на исследуемом участке
Наименьшие температуры на протяжении всего исследуемого участка наблюдались ниже плотины, в районе Городецкого рейда. Это может быть обусловлено перемешиванием верхних более нагретых и нижних прохладных слоев воды при пропуске через плотину. В целом, за все летние месяцы температура воды находилась в пределах 21-23,5 градусов. Причем разница средних температур в озерной части водохранилища и на участке р. Волга составляли не более 0,5 градусов за все летние месяцы.
Рис. 5. Распределение общей минерализации воды на исследуемом участке
Благодаря различному химическому составу грунтов, выстилающих ложа рек Оки и Волги, общая минерализация воды р. Ока в 2-2,5 раза выше, чем р. Волга. В среднем, на всех участках минерализация воды увеличивалась от июня к августу. Средняя минерализация в озерной части Горьковского водохранилища составляла 93,9 мг/л в июне и 110,9 мг/л в июле и августе. На речном участке минерализация составила 75,1 мг/л, 105,4мг/л и 113,2 мг/л в июне, июле и августе соответственно. Минерализация вод р. Ока в районе г. Н. Новгород составляла 222,35мг/л, 279,25 мг/л и 260,6 мг/л соответственно.
1,2
1
0,3 0,6 0,4 0,2 О
I I
1
4
1 г 1 1 1 И 1.1 1.1 □ □ 1.. ||| 1.1 1..
////////
У Л'4 У У Л? ^ Д ¿> V 0 Л-
л? л? ^ Л? ^ л? У / ¿г ^ / #
> .Л, ч ел N Ал , > уАд _у-" -О* ¿¡О л.\
■ Июнь
■ Июль
■ Август
■я
Рис. 6. Распределение концентрации нефтепродуктов (растворенных и пленочных) в пробах с поверхности воды на исследуемом участке.
В ходе экспедиции исследовались также некоторые химические загрязнители вод,
М.В. Игонина, Е.Ю. Чебан, Е.В. Володченко, Е.Ю. Бердникова, Е.С. Рачкова, Н.В. Молькова
Распределение показателей качества воды в озерной части Горьковского водохранилища .
присутствие которых в воде может существенно повлиять на жизнедеятельность водных организмов. Так, при анализе проб воды на нефтепродукты было обнаружено превышение предельно-допустимой концентрации их в поверхностном слое до 5 и более раз. Эти данные не противоречат измерениям, проводимым службой государственного мониторинга состояния окружающей среды учреждениями системы Росгидромета [4]. В целом, по водохранилищу превышение ПДК нефтепродуктов составляло 4-5 раз, а в августе достигло десятикратного превышения. Нефтепродукты в таких концентрациях могут существенно нарушить кислородный режим водного объекта.
Установлено, что среднее по водохранилищу содержание растворенного кислорода снизилось с 7,48 мг/л в июле до 6,37 мг/л в августе. Напротив, на участке р. Волга от Городца до Н. Новгорода оно составляло в июле 5,65 мг/л, а в августе 6,41 мг/л. В устье р. Ока растворенный кислород менялся в июле-августе с 6,06 мг/л до 6,745 мг/л соответственно. Снижение уровня кислорода в водохранилище связано, по-видимому, с интенсификацией цветения сине-зеленых водорослей и увеличением потребления кислорода на процессы окисления продуктов распада отмершей органики.
4. Выводы:
- проведены исследования гидрохимических показателей воды in situ в озерной части Горьковского водохранилища, на участке р. Волга выше г. Н. Новгорода, а также в устье р. Ока. За 4 рейса выполнено более 1200 анализов;
- установлено, что среднее по водохранилищу содержание растворенного кислорода снизилось с 7,48 мг/л в июле до 6,37 мг/л в августе. Напротив, на участке р. Волга от Городца до Н. Новгорода оно составляло в июле 5,65 мг/л, а в августе 6,41 мг/л. В устье р. Ока растворенный кислород менялся в июле-августе с 6,06 мг/л до 6,745 мг/л соответственно. Снижение уровня кислорода в водохранилище связано, по-видимому, с интенсификацией цветения сине-зеленых водорослей и увеличением потребления кислорода на процессы окисления продуктов распада отмершей органики;
- получено, что общая минерализация увеличивается в 2-2,5 раза при вхождении в воды р. Ока. Такое различие минерального состава вод наблюдается благодаря различному химическому составу грунтов, выстилающих ложа рек Оки и Волги;
- было обнаружено превышение предельно-допустимой концентрации нефтепродуктов в поверхностном слое воды водохранилища и участка р. Волга до 5 и более раз. В целом, по водохранилищу превышение ПДК нефтепродуктов составляло 4-5 раз, а в августе достигло десятикратного превышения. Нефтепродукты в таких концентрациях могут существенно нарушить кислородный режим водного объекта.
Отметим, что данные результаты следует рассматривать как предварительные. Дополнение полученных данных результатами измерений на четвертом этапе, а также сопоставление с результатами изучения гидробиологических и гидрологических характеристик позволит получить более определенные выводы об экологическом состоянии исследуемого водного бассейна.
Публикация осуществлена при финансовой поддержке Всероссийской общественной организации «Русское географическое общество» (РГО) в рамках грантового проекта РГО «Экспедиция «Плавучий университет Волжского бассейна»" (Договор № 10/2016-И).
Список литературы:
[1] Минеева Н.М. Первичная продукция планктона в водохранилищах Волги / Н.М. Минеева. Ярославль: Принтхаус, 2009. - 279с.
[2] Авакян А.Б., Салтанкин В.П., Шарапов В.А. Водохранилища. М.: Мысль, 1987. - 325 с.
[3] Охапкин А.Г., Микульчик И.А., Корнеева Л.Г., Минеева Н.М. Фитопланктон Горьковского водохранилища. - Тольятти, 1997. - 224с.
[4] Государственный доклад «Состояние окружающей среды и природных ресурсов Нижегородской области». Министерство экологии и природных ресурсов Нижегородской области, 2010-2015 гг.
[5] Лидарное зондирование пресноводной акватории с высокой концентрацией фитопланктона / В.Н. Леднёв, М.Я. Гришин, С.М. Першин, А.Ф. Бункин, И.А. Капустин, А.А. Мольков, С.А. Ермаков // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2016. Т. 13. № 1. С. 119-134.
[6] С.А. Ермаков, И.А. Капустин, Т.Н. Лазарева, И.А. Сергиевская, Н.В. Андриянова О возможностях радиолокационной диагностики зон эвтрофирования водоемов. // Изв. РАН. Физика атмосферы и океана. 2013. Т. 49. № 3. С. 336-343.
PRELIMINARY RESULTS OF THE WATER QUALITY'S RESEARCH IN THE LACUSTRINE OF GORKY RESERVOIR AND VOLGA AND OKA RIVERS ABOVE NIZHNY NOVGOROD ON 2016
M.V. Igonina, E.Yu. Cheban, E.V. Volodchenko, E.Yu. Berdnikova, E.S. Rachkova, N. V. Molkova, K.S. Yurtaeva, M.N. Dmitriev
Keywords: Gorky reservoir, hydro-chemical indicators, the ecological state of the river Volga.
Results of water quality's research in the lacustrine of Gorky Reservoir and in the areas of Volga and Oka rivers above Nizhny Novgorod are given.
Статья поступила в редакцию 19.09.2016 г.
УДК 628.4.032
В.Н. Плотникова, к.х.н., доцент ФГБОУВО «ВГУВТ» Д.С. Сухарева, студентка ТБ-Ш ФГБОУ ВО «ВГУВТ» 603950, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5
ОБЗОР И АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ РАЗДЕЛЕНИЯ ТВЁРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ НА УРОВНЕ НАСЕЛЕНИЯ
В РОССИИ
Ключевые слова: твёрдые бытовые отходы; система разделения, население, утилизация ТБО.
Работа посвящена проблеме разделения твёрдых бытовых отходов на уровне населения в России. Авторами показаны преимущества этой системы на примере стран Европы и США; выяснены причины, тормозящие внедрение этой системы в России. Намечены основные пути решения данной проблемы на примере города Нижнего Новгорода.
В 2018 году Россия в первый раз в своей истории станет страной-хозяйкой мирового чемпионата по футболу. Проведение соревнований запланировано на двенадцати стадионах в одиннадцати городах страны. В список этих городов входит и Нижний Новгород. Становится ясно, что в этот период времени численность населения будет активно расти, а это значит, что количество твёрдых бытовых отходов (ТБО) будет увеличиваться.
Сейчас, согласно статистическим данным [1-2], каждый россиянин ежегодно «производит» 0,3 т (1,5 м3) ТБО. Эта цифра согласуется с количеством ТБО на чело-
