СОСТОЯНИЕ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД НА УРБАНИЗИРОВАННОЙ ТЕРРИТОРИИ (НА ПРИМЕРЕ КУРОРТА КИСЛОВОДСКА) Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УДК 556.535.8

СОСТОЯНИЕ ПОВЕРХНОСТНЫХ вод НА УРБАНИЗИРОВАННОЙ ТЕРРИТОРИИ (НА ПРИМЕРЕ КУРОРТА КИСЛОВОДСКА)

© 2011 г. И.С. Помеляйко

ООО «Нарзан-гидроресурсы», г. Кисловодск

Ключевые слова: курорт, загрязнение, река, тяжелые металлы, превышение ПДК.

В статье приведены данные состояния рек, протекающих по территории курорта федерального значения Кисловодска. Оценены степень и характер их загрязнения. Выявлены и проанализированы основные источники поступления поллю-тантов в поверхностные водотоки с нанесением их на схему города. Проанализирована динамика резкого ухудшения качества речной воды на примере реки Белой. Установлена антропогенная природа большинства загрязнений.

«Где пъет толпа, все родники отравлены»

Ф. Ницше

Введение

Человек — единственное существо на Земле, чьи отходы хозяйственной деятельности природа не способна переработать без ущерба для экосистемы. На урбанизированных территориях существенно и не в лучшую сторону изменены все природные оболочки среды обитания. Воздушный бассейн, поверхностные и подземные воды, почва, растения — на всем лежит печать бурной деятельности человека. Чем больше людей и чем ниже уровень их развития, тем больше грязи и запустения вокруг. Самые грязные, биологически мертвые реки протекают по территории перенаселенных стран. Река Цитарум, признанная самой грязной рекой в мире, протекает рядом с 9-ти миллионной Джакартой в Индонезии [1]. Второе «почетное» место занимает река Джамна (Ямуна), протекающая по территории 12-ти миллионного Дели. На третьем месте — биологически мертвая река Буриганга, протекающая около столицы Бангладеш 10-ти миллионной Дакки. Следующие в скорбном

Водное хозяйство России

списке — реки Хуанхе в Китае и Марилао на Филлипинах загрязненные нефтью, хромом, кадмием, медью и мышьяком.

По данным ВОЗ, около 80 % всех проблем со здоровьем и треть летальных исходов в этих странах, связаны с потреблением грязной воды. «Бери что хочешь, но плати за это сполна» — старинная испанская пословица, как нельзя более отражает взаимодействие человека и природы ей вторит и закон экологии Б. Коммонера гласящий «ничто не дается даром» [2]. Желание человечества «брать даром» по отношению к природе приводит к многочисленным катаклизмам, уносящим сотни и тысячи жизней. Рост числа онкологических заболеваний, заболеваний пищеварительного тракта и органов дыхания, рождение детей с врожденными пороками развития (ВПР) и хромосомными аномалиями, ослабление иммунитета — вот далеко не полный перечень последствий игнорирования отдачи долгов природе.

Город Кисловодск относится к особо охраняемому эколого-курорт-ному региону РФ — Кавказским Минеральным Водам (КМВ). Основными лечебными факторами курорта являются уникальный климат, курортный парк площадью 13,8 км2 и минеральная вода Нарзан. Кисловодск — город небольшой: в нем на 65 км2 площади проживает 135,1 тыс. человек. Промышленная индустрия представлена немногочисленными предприятиями пищевой и легкой промышленности. Несмотря на это в последнее время экологическая ситуация на курорте существенно ухудшилась.

Одним из лучших индикаторов оценки экологического состояния городской территории являются реки, иначе именуемые «водными артериями». Учитывая, что на сегодняшний день большинство рек России относятся к категории загрязненных и грязных, правильно было бы назвать их «водными венами» нашей страны. Река, протекая по территории населенного пункта, принимает на себя антропогенную нагрузку включающую: тяжелые металлы (ТМ), органические соединения, ядохимикаты, нефтепродукты и т. д. В реки происходит разгрузка подземных вод, сброс сточных и ливневых вод. Приуроченность рек к наиболее низким отметкам рельефа, особенно для города расположенного в закрытой котловине, позволяет принять их в качестве природного объекта подвергающегося максимальной антропогенной нагрузке.

Несмотря на статус города, гидрометрических постов на реках в Кисловодске не имеется.

Целью данного исследования было проследить и проанализировать изменение химического состава воды горных рек Кисловодска, от истока к устью, и выявить основные источники их загрязнения.

Для достижения данной цели ставились следующие задачи:

Водное хозяйство России № 5, 2011

Водное хозяйство России

1. Разработка методики проведения мониторинга малых рек с учетом специфики города-курорта.

2. Оценка гидрохимического состояния рек Кисловодска и расчет индекса загрязнения воды (ИЗВ) по всем постам наблюдений.

3. Выявление основных поллютантов в воде, анализ причин их появления в реках.

4. Выявление основных источников загрязнения с нанесением их на карту города.

5. Районирование территории Кисловодска по степени экологического благополучия (СЭБ) и разработка мероприятий по стабилизации экологической обстановки на курорте.

Основная часть

Реки Кисловодска берут свое начало на Скалистом и Джиналь-ском хребтах и протекают непосредственно по территории курорта, впадая за городом в реку Подкумок (рис. 1). Город Кисловодск — первый населенный пункт на их пути. Гидрографическая сеть города представлена реками: Березовая, Ольховка, Аликоновка и Белая, на которых были заложены 13 постов наблюдения. Реки позволяют оценить экологическую ситуацию на всей территории города, поскольку протекают соответственно: Аликоновка с запада на северо-запад, Березовая с юго-запада на север, Ольховка с юго-востока, а Белая с востока к центру курорта. Посты располагались таким образом, чтобы иметь возможность оценить качественный и количественный состав ксенобиотиков, а также определить места поступления их в речные воды.

Основные гидрологические характеристики рек, протекающих по территории Кисловодска, представлены в табл. 1.

Химический анализ воды проводился по 34 компонентам. Их выбор был обусловлен рядом причин, сведенных в табл. 2. Кроме того, в пробах определялась общая минерализация (М), удельная суммарная а и Р-активность.

Замеры расходов проводятся 1 раз в сезон с обязательным отбором проб в половодье (март), паводок (июнь) и 2 раза в межень (октябрь и январь).

По водохозяйственному индексу все реки Кисловодска относятся к 4 группе: водный объект рыбохозяйственного назначения второй категории. В данном случае, регламентом ПДК загрязняющих веществ, является приказ № 20 от 18.01.2010 г. [3]. Следует учитывать также тот факт, что реки протекают непосредственно по территории курорта, сле-

Водное хозяйство России № 5, 2011

Водное хозяйство России

Рис. 1. Схема антропогенной нагрузки курорта Кисловодска.

довательно, являются объектом культурно-бытового водопользования и регламентируются ГН 2.1.5.1315—03 [4]. В дальнейших расчетах, учитывая статус города, уникальность местных минеральных вод, специфику и особенности геологической среды, в качестве ПДК принимаются наиболее жесткие нормативы из перечня вышеназванных (из рыбохо-зяйственных и культурно-бытовых ПДК).

Водное хозяйство России № 5, 2011

Водное хозяйство России

Таблица 1. Гидрологическая характеристика рек Кисловодска

Река Длина реки, км Площадь водосбора, км2 Расходы, м3/с

Средне-многолетний Максимальный Минимальный

Березовая 22,0 147 0,86 64,7 0,28

Белая 7,0 13,6 0,039 0,08 0,006

Ольховка 21,0 68,8 0,21 27,5 0,043

Аликоновка 27,0 118 0,46 29,5 0,17

Таблица 2. Критерии выбора компонентов, входящих в химический анализ

Критерий выбора компонентов Компоненты

Основные ионы речных вод К+, Са2+, №+, ]^2+, НС03

Компоненты обязательные для расчета ИЗВ КИ+, N02,, N0-, БПКполн, растворенный О2, рн

Тяжелые металлы РЬ-, ^2+, Сё2+, 2п2+, №2+, Реобщ, Мп2+, Си2+

Индикаторы различных видов загрязнений Нефтепродукты, фосфаты, Б04-, А13+, 8е2+, перманганатная окисляемость (П.О.), фенолы

Компоненты с повышенным фоновым со- Ва2+, Бг2+

держанием в геологической среде КМВ

Неорганические ядовитые вещества Ве2+, Вг-, С1-, Р-, АЭ

Изменение состава воды горных рек от истока к устью, в паводок приведено в табл. 3.

В целом, анализируя полученные данные, можно сделать следующие выводы:

1. Наиболее загрязненными являются пробы, отобранные в половодье (март) и паводок (июнь).

2. Превышение концентрации алюминия отмечено в 100 % проб и варьирует от 3 до 14 ПДК.

3. Увеличение концентрации стронция зафиксировано в 85 % проб и составляет 1,3—7,5 ПДК.

4. Концентрация фосфатов в речной воде превышена в 85 % проб и составляет порядка 1—2,3 ПДК.

5. Превышение концентрации железа отмечено в 62 % проб и варьирует от 1 до 10 ПДК.

Водное хозяйство России № 5, 2011

Водное хозяйство России

Таблица 3. Гидрохимические характеристики рек, протекающих по территории города Кисловодска

Река

Показатели

Березовая Олъховка Аликоновка Белая

ИЗВ исток 0,75 0,68 0,53 1,71

ИЗВ устье 2,68 2,74 2,16 3,48

Класс качества

вод: исток 2 чистые 2 чистые 2 чистые 3 умеренно за-

устье 4 загрязненные 4 загрязненные 4 загрязненные грязненные 4 загрязненные

Основные загрязняющие вещества 804-, А13+, Реобщ, Бг2+, Нф*, фосфаты, №2+, 8е2+, N02 А13+, №2+, Бг2+, Ре<,бщ, фосфаты Б04-, А13+, фосфаты Бг2+, №2+, Нф*, Геобщ БО2-, N0-, Реобщ, Бг2+, Нф, А13+, №2+, П.О. фосфаты

Примечание: Нф* — нефтепродукты.

6. Концентрация сульфатов в речной воде превышена в 60 % проб и составляет 1,2—2,5 ПДК.

7. Нефтепродукты выявлены в 54 % проб концентрации их варьируют от 1 до 5 ПДК.

8. Увеличение концентрации никеля зафиксировано в 54 % проб и составляет 1—2,5 ПДК.

Отдельные превышения ПДК отмечались по нитритам, аммонийному азоту, БПКполн, перманганатной окисляемости, барию, селену и магнию.

Из положительных моментов можно отметить отсутствие или ничтожно малые концентрации в речных водах таких опасных веществ, как, бериллий, кадмий, ртуть, свинец, мышьяк, фенолы. Кроме того во всех пробах, показатели радиационной безопасности не превышают установленные нормы.

Возможные источники поступления ксенобиотиков в речную воду были сведены в реестр основных видов антропогенной нагрузки (табл. 4).

Совмещая полученные в ходе мониторинга речных вод данные, и схему антропогенной нагрузки на городскую территорию, можно сделать следующие выводы:

• Наличие выше по течению неканализованного жилого фонда приводит к увеличению, по сравнению с фоном, показателей органического за-

водное хозяйство России № 5, 2011

Водное хозяйство России

Таблица 4. Виды антропогенного воздействия на водные объекты, расположенные на территории города Кисловодска

Виды антропогенной нагрузки Река

Березовая Олъховка Аликоновка Белая

Неканализованный жилой фонд + + + +

АЗС, склады ГСМ, ПАТП, гаражные кооперативы и т. д. + - + +

ТЗХ, садовые товарищества, тепличные хозяйства + + + +

ТЭЦ, промышленность + - - +

Кладбища (в 1-й водоохранной зоне) - - - +

Крупные автодороги + - + +

Железная дорога + - - +

Свалки ТБО + + + +

Примечание: + наличие нагрузки, - отсутствие нагрузки.

грязнения в 1,5—18,0 раз: на р. Белой БПКполн от 2,11 до 5,72 мг/дм3, NO2 от 0,05 до 0,29 мг/дм3, NO3 от 2 до 37,5 мг/дм3; на р. Березовой БПКполн от 2,56 до 3,70 мг/дм3, NO2 от 0,05 до 0,13 мг/дм3, NO3 от 2,4 до 6,5 мг/дм3.

• Наличие выше по течению АЗС приводит к увеличению, по сравнению с фоном, концентрации нефтепродуктов в 2—7 раз: на р. Белой от 0,12 до 0,21 мг/дм3, на р. Березовой от 0,02 до 0,15 мг/дм3, на р. Али-коновке от 0,02 до 0,12 мг/дм3.

• Нерациональное, избыточное внесение удобрений приводит к превышению фосфатов практически во всех пробах в 2—6 раз относительно фона. Причем необходимо отметить, что максимальное количество фосфатов в реках зафиксировано в мае-июне.

• Наличие промышленности, крупных автомагистралей, ТЭЦ — причина увеличения в реках концентраций железа, никеля, стронция до 10 раз.

По результатам мониторинга наиболее загрязненной рекой Кисловодска является р. Белая, анализ состояния которой и приводится ниже.

Река Белая берет свое начало на склонах Джинальского хребта на отметке около 1400 м, и впадает в р. Березовую на территории Кисловодска. Длина реки — 7 км, площадь водосбора — 13,6 км2. Основное питание река получает за счет сезонных осадков и грунтовых вод. В межень (X—III) сток формируется преимущественно за счет грунтового питания и составляет 0,006 м3/с. Гидравлические характеристики потока

Водное хозяйство России № 5, 2011

Водное хозяйство России

Условные обозначения:

И

да

теплиць.

ТУ

ПТФ

Граница II зоны санитарной охраны ТЭЦ

Промышленные о&ьекты Неканал и зо ванные районы Железная дорога

Дороги с асфальтовым покрытием Тепличные хозяйства Птице товарные фермы

Ф

®

п

Автозаправки

Станции технического обслуживания автомобилей

Кладбища Пост наблюдения

Источник "Нарзан"

Эксплуатационные скважины и их номер

(__ Реки и ручьи

О 8-бис

Рис. 2. Схема расположения постов на р. Белой в г. Кисловодске.

Водное хозяйство России № 5, 2011

Водное хозяйство России

при данном расходе составляют в среднем: скорость потока — 0,2 м/с; наполнение — 0,1 м; годовой объем стока (95 %) — 504,58 тыс. м3.

На р. Белой были заложены 4 поста наблюдения (рис. 2). Выбор постов обусловлен следующими факторами:

— За фон принимались результаты, полученные на истоке реки (пост 1). Это курортная зона, лишенная промышленности, жилой застройки и крупных автомагистралей.

— Пост 2 приурочен к кладбищу, расположенному, вопреки всем санитарным нормативам, в первой водоохранной зоне р. Белой. Пост расположен ниже по течению неканализованного пос. Белореченский и приуроченной к нему АЗС.

— Пост 3 оценивает влияние селитебной зоны на состояние речных вод, расположен в центре жилого массива, вблизи автодороги.

— Пост 4 расположен в промышленной зоне, возле крупной автомагистрали, ниже АЗС.

В результате, учтено влияние большинства антропогенных факторов на состояние речных вод. Ниже приводится анализ данных мониторинга за июнь месяц. Пробы отбирались в паводок и являются, для данной реки, наиболее загрязненными за год.

Качество вод в реке варьирует: в истоке по гидрохимическому индексу загрязнения вод (ИЗВ), равному 1,71, воды относятся к классу — умеренно загрязненные. В устье, по ИЗВ = 3,48, воды реки Белая соответствуют 4 классу качества — загрязненные.

Расчет ИЗВ определялся по 6 показателям по формуле:

ИЗВ = ,

^ N

I=1

где С{ — концентрация компонента;

N — число показателей, используемых для расчета индекса;

ПДК; — предельно допустимая концентрация для соответствующего типа водного объекта.

Можно отметить, что по количеству показателей, превышающих ПДК (табл. 5), наиболее неблагополучными являются пробы 3 и 4, что четко коррелирует с максимумом антропогенной нагрузки на этих участках.

В истоке реки (проба 1) превышение ПДК отмечено лишь по нефтепродуктам и алюминию. Содержание алюминия превышает ПДК во всех пробах на всех реках, что возможно связано с повышенной его концентрацией в почвах города.

Проба 2 отобрана из реки через 4 км от истока, в районе кладбища, ниже неканализованного пос. Белореченский. Здесь зафиксировано превышение ПДК по перманганатной окисляемости, алюминию, фос-

Водное хозяйство России № 5, 2011

яйство России

Таблица 5. Изменение химического состава воды р. Белой от истока к устью

Показатели, мг/дм3 ПДК мг/дм3 Пост 1 исток Пост 2 кладбище Пост 3 селитебная зона Пост 4 промышленная зона

зо2- 100 21,4 72,4 82,3 252,7

Mg2+ 40 2,4 17,0 7,3 42,6

Минерализация 1000 359,6 435,7 468,6 1020,4

П.О., мг02/дм3 5 2,88 5,04 5,36 2,8

А13+ 0,04 0,17* 0,14* 0,24* 0,14*

N02 0,08 <0,05 <0,05 0,06* 0,11*

N03 40 2,3 2,3 1,8 10,6

№2+ 0,01 <0,01 <0,01 <0,01 0,02*

Реобщ 0,1 0,07 0,86* 0,98* 0,23*

Бг2+ 0,4 0,2* 0,5* 0,2 3,0*

БПКполн 3 2,75* 2,68* 2,8* 2,3

рН 8,5 8,1* 8,4 8,4 7,8

Нефтепродукты 0,05 0,14* 0,16* 0,13* 0,21*

Фосфаты 0,05 0,043* 0,085* 0,114* 0,080

ИЗВ 1,71 3,19 3,73 3,48

Примечание: * — компоненты, участвующие в расчете ИЗВ. Жирным шрифтом выделены показатели, превышающие ПДК.

фатам, стронцию, нефтепродуктам и девятикратное по железу. Проба, в целом, характеризуется как перегруженная органическими веществами (отсутствие канализации + кладбище), по сравнению с истоком увеличилась концентрация нефтепродуктов (влияние АЗС). Возросли концентрации стронция и железа, что, скорее всего, связано с увеличением антропогенной нагрузки на территорию.

Существенное превышение концентраций фосфатов, по сравнению с показателями в истоке, является информативным индикатором антропогенного загрязнения, которому способствует широкое применение фосфорных удобрений и полифосфатов (моющих средств).

Следующий пост 3 приурочен к селитебной зоне и отстоит от поста 2 на 1,2 км. Продолжается рост концентраций основных ионов и общей минерализации в речной воде. Появляются нитриты, что свидетельствует о свежем органическом загрязнении. Растут концентрации в воде железа и фосфатов. Вследствие удаления от АЗС, концентрация нефтепродуктов в воде уменьшается, и соответствует показателям в истоке. В целом, можно отметить ухудшение качества воды по сравнению с пробой 2.

Водное хозяйство России № 5, 2011

Водное хозяйство России

Проба 4 отобрана ниже восточной промышленной зоны и АЗС. Пост 4 отстоит от поста 3 на 1,4 км. Наблюдается превышение ПДК по 10 компонентам: магнию, сульфатам, минерализации, нитритам, алюминию, никелю, железу, стронцию, нефтепродуктам, и фосфатам. Это наиболее загрязненная проба, концентрации компонентов здесь в среднем в 7 раз выше фоновых, полученных на истоке реки. Максимальное превышение, относительно фона, отмечено по БОГ (в 12 раз) и Бг2+ (в 15 раз) и Mg2+ (в 18 раз). Уменьшение концентрации выявлено лишь по алюминию, что возможно связано с неравномерным распределением его в геологическом разрезе.

Выводы

Реки, на которых проводился мониторинг, в истоках соответствуют II классу качества — чистые (ИЗВ от 0,53 до 0,81). Вода удовлетворяет нормативным требованиям и пригодна для культурно-бытового [4] использования. Речная вода в устьях соответствует IV классу качества — загрязненные (ИЗВ от 2,16 до 3,48). Вода непригодна для рыбохозяйст-венного и культурно-бытового пользования.

На территории города отмечается постоянное увеличение концентраций основных ионов в речной воде. Основные выявленные ксенобиотики в речных водах — алюминий, стронций, фосфаты, железо, сульфаты, нефтепродукты, органические соединения и никель. Причинами их появления являются частично антропогенные источники (№2+, Бе2+, N0-, N03, нефтепродукты), частично природные (повышенные концентрации в геологическом разрезе Бг2+, Реобщ, БОд).

Наличие антропогенной нагрузки четко коррелирует с появлением конкретного, сопутствующего ему, вида загрязнения ниже по течению.

Основные источники загрязнения горных рек:

— неканализованный жилой фонд (40 % территории);

— сельское хозяйство (применение ядохимикатов, животноводческие фермы, выпас скота в черте города);

— АЗС на территории города-курорта, переизбыток автотранспорта (более 35000 автомобилей);

— ТЭЦ расположенная в нижней точке рельефа закрытой котловины;

— кладбище в первой водоохранной зоне р. Белой;

— несанкционированные свалки мусора в поймах рек.

Речные воды небольшого курортного города в истоках, относятся к категории загрязненных, и не могут использоваться для рыбохозяйст-венного и культурно-бытового водопользования. Причина кроется в игнорировании простых истин. «Все должно куда-то деваться» — постулат Коммонера, не требующий особых доказательств. При этом на террито-

Водное хозяйство России № 5, 2011

Водное хозяйство России

рии курортного города строят 10 АЗС (3 из них во 2-й зоне санитарной охраны), оборудуют ТЭЦ в самой нижней точке закрытой котловины в зоне повышенного потенциала загрязнения атмосферы [5] (зона III, ПЗА от 2,7 до 3,0). В XXI в. на курорте федерального значения остается неканализованной 40 % городской территории (см. рис. 1). Причем хочется подчеркнуть, что неканализованные участки приурочены к местам неглубокого залегания минеральных вод (мощность зоны аэрации около 5 м). Широко развитое в окрестностях Кисловодска, в основном на южной окраине, животноводство вносит свою весомую лепту в загрязнение почв, рек и грунтовых вод. Большинство ферм расположено на склонах рек, и при паводках происходит смыв в водотоки органических отходов, загрязняющих воду нитратами, фосфором, тяжелыми металлами, целым рядом органических соединений. Это особенно опасно по причине обнажения на юге отложений титона, и реальной возможности прямого бактериологического загрязнения минеральных вод.

В основу стратегического развития Кисловодска, должен быть положен тезис о приоритетности нужд курорта и, как следствие, необходимость сохранения лечебных природных факторов: чистого воздуха, Нарзана и парка, которым нет аналогов в мире. Чистота окружающей среды — необходимое условие функционирования курорта. Состояние поверхностных водотоков города свидетельствует о напряженной экологической ситуации [6] и требует разработки природоохранных мероприятий.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. 10 самых загрязненных рек мира. Режим доступа: http://lifeglobe.net/blogs/details?id=890

(дата обращения: 21.06.2011).

2. Коммонер Б. Замыкающийся круг. Л., Гидрометеоиздат. 1974. 269 с.

3. Приказ < 20 «Об утверждении нормативов качества воды водных объектов рыбохо-

зяйственного значения, в том числе нормативов ПДК вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения». М.: Федеральное агентство по рыболовству, 2010.

4. ГН 2.1.5.1315—03. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ

в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования. М.: Минздрав России, 2003.

5. Безуглая Э.Ю., Смирнова И.В. Воздух городов и его изменения. СПб.: Изд. Астерион,

2008. 254 с.

6. Кочуров Б.И. География экологических ситуаций (экодиагностика территорий). М.:

ИГ РАН, 1997. 156 с.

Сведения об авторе:

Помеляйко Ирина Сергеевна, инженер-гидрогеолог, ООО 357700, Ставропольский край, г. Кисловодск, ул. irinapomelyayko@rambler.ru

(Нарзан-гидроресурсы», Кирова, 43, e-mail:

Водное хозяйство России № 5, 2011

Водное хозяйство России