CC BY
138
БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ 2008. Вып. 1
УДК 556.3(470.51)(045)
Н.Г. Рылова, М. Ф. Кузнецов, В.В. Плавинская
СЕЗОННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВОДЫ РОДНИКОВ БАССЕЙНА РЕКИ ПОДБОРЕНКИ
Рассмотрены основные характеристики воды родников р. Подборенки, протекающей по территории г. Ижевска: дебит родников и их температурный режим, кислотность, общая жесткость, содержание ионов кальция, карбонатов и гидрокарбонатов, хлоридов, нитратов и сульфатов в воде. Выявлена сезонная динамика перечисленных показателей.
Ключевые слова: городские родники, химический состав родниковых вод, воды подземных источников, сезонная динамика качества родниковой воды.
Проблема качества питьевой воды в крупных городах вынуждает население искать альтернативные источники питьевого водоснабжения. Очень часто для этого используются воды подземных источников, расположенных в городской черте, поэтому необходим тщательный контроль их качества. Территория г. Ижевска весьма богата подземными водами - в черте города описано более 60 родников [1], многие из которых активно эксплуатируются горожанами. Для предотвращения микробного и химического загрязнения родниковых вод выделяется трехпоясная зона санитарной охраны, границы которой определяются гидродинамическими расчетами. В условиях города практически невозможно обеспечить необходимую чистоту данной зоны. Выбросы автотранспорта, промышленных предприятий, коммунальных служб поступают на почвенный покров и могут служить источником загрязнения родниковых вод. В связи с этим необходимо вести постоянный контроль качества воды, в том числе и сезонных изменений, и своевременно информировать население о возможной опасности.
Материал и методика
Изучение родников р. Подборенки проводилось в 2003-2004 гг. Исследованы воды 8 источников, их расположение представлено в табл. 1. При исследовании родников измерялись: температура - ртутным термометром, дебит - объемным способом, кислотность, содержание нитрат- и хлорид-ионов - потенциометрически, общая жесткость, содержание кальция, карбонатов и гидрокарбонатов - титриметрически, содержание сультат-ионов - фотометрически по общепринятым методикам.
Результаты и их обсуждение
Исследование сезонной динамики показателей родников р. Подборенки позволило достаточно полно охарактеризовать данные источники. По дебиту исследуемые родники можно поделить на 2 группы: низко- и среднедебитные (табл. 2).
2008. Вып. 1 БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ
При довольно небольшом дебите его колебания для различных родников в течение года сильно варьируются. Это позволяет нам выделить группу весьма постоянных и группу переменных родников (табл. 2). Соотношение максимального дебита к минимальному колеблется для них от 2 до 10 раз [2].
Таблица 1
Расположение исследованных родников
№ п/п* № по [1] Расположение
1 - ул. 50 лет ВЛКСМ в 15 м восточнее от русла р. Подборенки в основании левого коренного склона речной долины
2 57 территория автогаражного кооператива «Октябрь», в основании левого коренного склона долины реки
3, 4 55 К северо-востоку от пешеходного моста через реку в створе ул. 5-ой Подлесной, в основании левого склона долины реки
5 59 вблизи дома №1 по ул. 4-ой Подлесной, подошва правого склона долины реки
6 56 В створе ул. 2-ой Подлесной, в основании правого склона долины реки
7 48 вблизи дома №47 по ул. Родниковой и пешеходного моста через реку, в основании левого коренного склона ее долины
8 46 В 250 м западнее к/т «Удмуртия», в основании левого коренного склона реки
Примечание. * -порядок расположения родников при движении вниз по течению р. Подборенки и к центру г. Ижевска
При всех существующих отличиях в объемах изливаемой источниками воды наблюдаются общие тенденции в сезонном изменении данного показателя, типичные для умеренного климата (рис. 1).
Таблица 2
Характеристики дебита исследованных источников
№ родника Дебит родников в среднем за год, л/с Класс родника по дебиту Изменение дебита* и классификация родников по данному показателю
1 0,27 4 6 переменные
2 0,12 4 Малые 2 постоянные
3 0,23 4 низкодебитные 3 переменные
4 0,94 4 2 постоянные
5 3,37 5б Значительный среднедебитный 2 постоянные
6 1,18 5а Незначительные среднедебитные 4 переменные
7 1,88 5а 1 весьма постоянные
8 1,54 5а 1 весьма постоянные
Примечание. * - соотношение максимального дебита к минимальному в течение года
л/с
месяцы
Рис. 1. Изменение дебита родников р. Подборенки в течение года
Наименьший дебит наблюдается в осеннее-зимний период - с октября по март, затем происходит увеличение объема изливаемой воды в связи со снеготаянием и выпадением осадков в жидкой форме. Максимальные значения дебита для всех родников характерны для периода июль - сентябрь.
По температурному режиму воды исследованных родников относятся в холодным [3]. Температура их в течение года колеблется незначительно: от +6 до +10 0С, в среднем составляя +8,3 0С (рис. 2).
Самой «теплой» является вода источника №7 (+9,6 С), самой холодной -родника №2 (+6,8 0С). Колебания в течение года для всех исследованных родников не превышают двух градусов. В связи с чем можно утверждать, что зафиксированное для воды источников урбаносистем В.М. Гольдбергом тепловое загрязнение в г. Ижевске на группе родников р. Подборенки не отмечено [4].
Кислотность вод исследованных источников отличается незначительно, в течение года данный показатель колеблется от 6,7 до 7,6, в среднем составляя 7,2 ед. рН. Таким образом, воды исследованных родников относятся к щелочным, однако за пределы норматива СанПиНа (6 - 9 ед. рН), данный показатель не выходит [5].
Наименее щелочными из исследованных источников являются родники под № 1, 2 и 3, что наглядно демонстрируется рис. 3.
родники
I I минимум I I максимум А среднее
Рис. 2. Колебания температуры родниковой воды источников р. Подборенка в течение года.
8,0 7,8 7,6 7,4 7,2 7,0 6,8 6,6 6,4 6,2 6,0
рн
родник 1 родник2 родник3 родник4 родник5 родник6 родник7 родник8
зима
весна
лето
осень
Рис. 3. Сезонное изменение кислотности родниковых вод р. Подборенки
Это наиболее удаленные от центральной части города источники, однако заявить о том, что только этот фактор повлиял на кислотность воды, не вполне корректно, так как расположенный рядом с источником №3 родник №4 имеет более высокие значения рН. Тем не менее антропогенное воздействие на данный показатель нами отмечено. Сезонная динамика кислотности, на первый взгляд, выражена слабо (рис. 3), однако выявлено достоверное
БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ 2008. Вып. 1
подщелачивание воды в весенний период, результаты двухвыборочного 1-теста приведены в табл. 3.
Таблица 3
Результаты проверки достоверности сезонных отличий кислотности (ед. рН) и общей жесткости (мг-экв/л) воды родников р. Подборенки
Кислотность Общая жесткость
Зима Весна Лето Осень Зима Весна Лето Осень
Среднее 7,18 7,32 7,15 7,13 12,6 13,9 12,7 13,1
Достоверность сезонных отличий исследуемых показателей (р)
Весна 0,010 0,013
Лето 0,313 0,004 0,479 0,024
Осень 0,170 0,001 0,337 0,217 0,086 0,252
При этом, несмотря на сходные тенденции, достоверной корреляции между рН и общей жесткостью нами не отмечено (г=+0,31). Общая жесткость воды обусловлена суммарным содержанием в ней ионов кальция и магния, все исследованные нами родники р. Подборенки имеют очень жесткую воду. Данный показатель колеблется от 10 до 20 мг-экв/л, что превышает норматив СанПиНа - 7-10 мг-экв/л.
Таким образом, качество родниковой воды по данному показателю не удовлетворяет нормативным требованиям. Регулярное потребление родниковых вод с высоким содержанием кальция и магния может привести к кальци-фикации и ослаблению процессов регенерации [6].
Выявлены также значительные сезонные колебания данного показателя (рис. 4). Общие закономерности для всех родников совпадают: максимальная жесткость характерна для весеннего периода, что, вероятно, обусловлено поступлением ионов с талыми водами. Выявленная разница в 0,8 - 1,3 мг-экв/л между весной и другими сезонами (зима, лето) является достоверно значимой (р< 0,05) (табл. 3).
Кальций относится к макрокомпонентам природных вод. Рассматривая его содержание в родниковых водах источников р. Подборенки, необходимо в первую очередь отметить значительные отличия источников по данному показателю (рис. 5). В целом на фоне довольно высокого содержания кальция источники можно разделить на 3 подгруппы:
1) источники 1 и 2 с высоким содержанием - 11,6 мг-экв/л;
2) родники 3-6 со средней концентрацией - 9,5 мг-экв/л;
3) родники 7 и 8, где количество кальция значительно ниже и в среднем составляет 8,2 мг-экв/л.
17,0 16,0 15,0 14,0 13,0 12,0 11,0 10,0 9,0 8,0
мг-экв/л
♦ - родник 1
—■ родник 2
родник 3
—X- родник 4
—Ж- родник 5
—• родник 6
—1— родник 7
родник 8
зима весна лето осень
Рис. 4. Сезонные изменения общей жесткости воды родников р. Подборенки
Ярко выраженных сезонных колебаний в содержании кальция для исследуемых источников нами не выявлено (рис. 5), для большинства родников изменения укладываются в 1 мг-экв/л, исключениями являются родники 1-3, но и для них разброс составил менее 2 мг-экв/л.
13 12 11 10 9 8 7 6
мг-экв/л
п
Г1
Л
I
□ родник 1
□ родник 2
□ родник 3
□ родник 4
□ родник 5
□ родник 6
□ родник 7
□ родник 8
зима
весна
лето
осень
Рис. 5. Количество катионов кальция и сезонные колебания его концентрации в воде родников р. Подборенки
К макрокомпонентам природных вод относят следующие анионы: хлориды, сульфаты, карбонаты и гидрокарбонаты [1]. Суммарное содержание
БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ 2008. Вып. 1
карбонатов и гидрокарбонатов в воде исследуемых источников значительно превышает количество других анионов (рис. 6 и 7) и в среднем по родникам р. Подборенки на исследуемый период составляет 453,3 мг/л.
По количеству данных анионов исследуемые источники значительно отличаются (рис. 6), максимальные концентрации типичны для родников 1 и 2 - 562,2 мг/л; более низкие значения выявлены для источников 3 и 4 - 475 мг/л, и самые низкие типичны для воды родников 5-8 - 390,4 мг/л.
Выявленные группы совпадают с распределением родников по показателю общей жесткости (рис. 4) и в целом сумма карбонатов и гидрокарбонатов связана обратной зависимостью с общей жесткостью: г= -0,540 (р < 0,05), тем не менее четких сезонных отличий, типичных для общей жесткости, характеризуемые анионы не имеют (рис. 6). Выявленная разница по сезонам не достоверна, даже для родника 1, где сезонные отличия наиболее выражены (р > 0,077).
650 600 550 500 450 400 350 300 250 200
мг/л
-X-
-X
«— родник 1
—■— родник 2
родник 3
родник 4
0 родник 5
- родник 6
-•— родник 7
—A— родник 8
Рис. 6. Сезонные изменения содержания карбонатов и гидрокарбонатов в водах родников р. Подборенки
Содержание в воде исследованных родников нитратов в большинстве случаев выходит за пределы нормативов СанПиНа (45 мг/л), среднее содержание нитратов составляет 77,6±2,4 мг/л. Колебания показателя в целом весьма значительны: от 22,6 до 169,3 мг/л, выявлена существенная разница между родниками (рис. 7).
Фактически соответствуют СанПиНу только воды родника № 2, превышение нормативов здесь единичное. Вода всех других источников, несмотря на то что нитраты (так же как сульфаты и хлориды) относятся к III категории токсичности, является потенциально опасной. Высокое содержание нитратов в потребляемой воде может привести к образованию метгемог-
2008. Вып. 1 БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ
лобина, вследствие чего наблюдаются признаки удушья, цианоза, вплоть до сердечной недостаточности [1].
мг/л
120
100
80
60
40
20
I
п
п
□ сульфаты
□ хлориды
□ нитраты -
гг
1 2 3 4 5 6 7 8 родники
0
Рис. 7. Содержание сульфатов, хлоридов и нитратов в родниковой воде источников р. Подборенки
Проводимые ранее в 1997-99 гг исследования родниковой воды [7], также выявили высокое содержание нитратов. Так, ПДК в 1997 г. была превышена в водах всех родников, исключение составили № 1 (не исследовался) и №8, где вода соответствовала требованиям. Отмеченные колебания весьма значительны - от 8,9 до 136,9 мг/л, в целом тенденции изменения содержания нитратов в течение года и в 1997-99 гг. и в 2003-2004 гг. неоднозначны, колебания показателя имеют явно выраженный скачкообразный характер (рис. 8). Сезонные изменения, вероятно, обусловлены разбавлением в результате снеготаяния, потреблением азота растениями и выпадением осадков в жидкой форме.
Минимум нитратов в воде отмечен в апреле, а максимальные значения типичны для зимнего периода - в среднем 92±5,2 мг/л, который достоверно отличается от летнего и осеннего (р < 0,001), отличия от весны не достоверны в силу очень значительного разброса показателей с марта по май, а значит, высокой дисперсии, на основании которой и проводится двухвыборочный 1-тест Стьюдента. Таким образом, наибольшую опасность для потребителей из-за высокого содержания нитратов представляет зимний период, когда в среднем концентрация данного аниона в воде родников превышает ПДК в 2 раза.
мг/л
месяц
Рис. 8. Изменение содержания нитратов в воде источников р. Подборенки в течение года
Содержание других анионов (СГ, 8042-) в воде исследуемых источников близко к количеству нитратов (рис. 7). Однако по нормам СанПиНа содержание хлоридов в воде не должно превышать 350 мг/л, а сульфатов и того более - 500 мг/л. Поэтому по данным показателям воды исследуемых родников безопасны.
Содержание хлоридов в воде разных родников отличается незначительно (рис. 6), в целом показатель колеблется от 36,4 до 78,1 мг/л, то есть даже максимальные значения далеки от ПДК. Среднее содержание хлоридов в родниковой воде составило 57,9±1,5 мг/л.
Сезонные изменения концентрации хлоридов выражены слабо, тенденции для большинства родников совпадают (рис. 9). Наиболее высокие значения типичны для осеннего периода, в среднем 58,2 мг/л, далее содержание падает и достигает минимума либо весной (родники 1 и 2), либо летом (родники 3-8). Такое деление родников может быть связано с их расположением, для наиболее удаленных № 1 и 2, вероятно, наибольшее значение имеет эффект разбавления в результате поступления талых вод. Для остальных, расположенных в более освоенной части города, смещение минимума может быть вызвано загрязнением тех же самых талых вод хлоридами, которые входят в состав ряда противогололедных смесей. Достоверные отличия в количестве хлоридов между сезонами выявлены для пар: осень - весна, осень -лето (р < 0,015).
70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20
-♦— родник 1 -■— родник 2 -А— родник 3 -х— родник 4 -ж— родник 5 -•— родник 6 —I— родник 7 -родник 8
зима
весна
лето
осень
Рис. 9. Изменение содержания хлоридов в воде источников р. Подборенки в течение года
Количество сульфатов в воде разных источников отличается довольно значительно (рис. 6), в среднем по родникам - 82,8 мг/л. Наиболее богат сульфатами родник под № 1, расположенный ближе к истокам р. Подборен-ки. Для него же выявлены существенные сезонные отличия в содержании сульфатов от остальных источников (рис. 10).
160 140 120 100 80 60 40 20 0
♦— родник 1 родник 2 родник 3 родник 4 родник 5 родник 6 родник 7 родник 8
зима
весна
лето
осень
Рис. 10. Изменение содержания сульфатов в воде источников р. Подборенки в течение года
БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ 2008. Вып. 1
Количество сульфатов в воде большинства родников по сезонам колеблется незначительно, с трудом можно выделить два максимума - зимой и летом, тогда как родник № 1 имеет один ярко выраженный пик - летом, когда содержание данного аниона увеличено в 1,4 раза по сравнению с другими сезонами. И это несмотря на то, что нами, в соответствии с требованиями статистики, был выбракован максимум - 259 мг/л, который пришелся на первую половину июля. Выявить причины таких отличий не представляется возможным, вероятнее всего, это результат какого-то локального загрязнения сульфатами территории питания родника. Тем не менее такие высокие показатели, как уже отмечалось выше, не выходят за рамки нормативов.
Выводы
В рамках проведенного исследования нами рассмотрено изменение основных характеристик вод родников р. Подборенки на протяжении года. Выявлены значительные отличия исследуемых источников по дебиту и ряду химических показателей: общей жесткости, содержанию нитратов, катионов кальция, карбонатов и гидрокарбонатов.
Группа исследуемых родников включает низко- и среднедебитные источники, по изменению объемов изливаемой воды в течение года можно выделить весьма постоянные (родники 7 и 8); постоянные (источники 2, 4 и 5) и переменные (источники 1, 3 и 6). Выявленные сезонные колебания для всех родников сходны и типичны для источников умеренного климата, когда максимум приходится на июль - сентябрь.
По температурному режиму родники довольно слабо отличаются, все воды исследованных родников холодные - в среднем 8,3 0С, колебания по сезонам выражены слабо.
Кислотность исследуемых родников также отличается незначительно: все они изливают щелочную воду в среднем с рН = 7,2; нормы СанПиНа не превышены. Выявлено достоверное подщелачивание воды в весенний период до 7,3 ед. рН (р < 0,01), как и увеличение ее жесткости по сравнению с зимой и летом (р < 0,03).
В целом все исследуемые родники имеют очень жесткую воду, не соответствующую требованиям СанПиНа, в ней отмечено высокое содержание кальция - до 12,5 мг-экв/л, что особенно выражено для родников 1 и 2. Регулярное употребление такой воды может привести к различным нарушениям обмена веществ.
Среди анионов в воде исследуемых родников преобладают карбонаты и гидрокарбонаты, их суммарное количество в среднем составило 453,3 мг/л, при этом лидирующее положение среди источников вновь занимают родники 1 и 2. Сезонные колебания данного показателя сходны с изменением общей жесткости (выявлена достоверная отрицательная корреляция рассматриваемых показателей), однако разница между сезонами не достоверна.
Содержание в исследуемой воде нитратов в большинстве случаев превышает нормы СанПиНа, максимальные выше ПДК в 3,8 раза, соответствует требованиям только родник № 2. Количество нитратов в родниковой воде в
2008. Вып. 1 БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ
течение года колеблется весьма значительно, максимумы отмечены в зимний период, минимум зарегистрирован в апреле, достоверны отличия зимы от лета и осени ( р < 0,001).
Хлоридов и сульфатов в родниковой воде содержится немного, в среднем 57,9 мг/л и 82,8 мг/л при ПДК 350 и 500 мг/л соответственно. Сезонные колебания незначительны, достоверных отличий между сезонами по сульфатам не выявлено, но отмечено достоверно увеличение содержания хлоридов в осенний период.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Астафьева Л. С. Экологическая химия. - М.: Изд. центр «Академия», 2006. - 224 с.
2. Гордеев В.П., Шемелина В. А., Шулякова О.К. Гидрогеология. - М.: Высш. шк., 1991. - 253 с.
3. Климентов П.П. Общая гидрогеология. - М.: Высш. шк. 1962. - 215 с.
4. Гольдберг В.М. Взаимосвязь загрязнения поземных вод и природной среды. - Л.: Гидрометеоиздат, 1987. - 27 с.
5. СанПиН 2.1.4.1175-02. Гигиенические требования к качеству воды нецентрализованного водоснабжения. Санитарная охрана источников: Государственное санитарно-эпидемиологическое нормирование РФ. Государственные санитарно-эпидемиологические правила и нормы. - М., 2003. - 35с.
6. Вредные химические вещества. Неорганические соединения: Справ. изд. / Под ред. В.А. Филова. - Л.: Химия, 1989. - 592 с.
7. Родники Ижевска / Под ред. В. В. Туганаева. - Ижевск: Изд. дом «Удмуртский университет», 2002. - 156 с.
Поступила в редакцию 05.05.08
N.G. Rylova, M.F. Kuznetsov, V. V. Plavinskaya Seasonal dynamics of spring water of the Podborenka river
The main descriptions of spring water of the river Podborenka on the territory of Izsevsk are viewed in the article. Discharge and routine temperature of springs, acidity, total harshness, abundance of calcium ions, carbonates, hydrogen carbonates, chlorides, nitrates and sulphates in the water are viewed. Seasonal dynamics of the listed indices is discovered.
Рылова Наталья Григорьевна Кузнецов Максим Филиппович Плавинская Валентина Викторовна
ГОУВПО «Удмуртский государственный университет» 426034, Россия, г. Ижевск, ул. Университетская, 1 Е-mail: rng@uni.udm.ru
