CC BY
90
Труды ИБВВ РАН, вып. 83(86), 2018
Transactions of IBIW, issue 83(86), 2018
УДК582.536-114; 504.453; 504.4.054; 628.311
СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ ВОДОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ НА
ВОДОСБОРЕ ВОЛГИ И ИЗМЕНЕНИЙ ЕЕ ВОДНОСТИ: ИХ ВОЗМОЖНОЕ ВЛИЯНИЕ НА ГИДРОХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УСТЬЕВОЙ ЗОНЫ
С. И. Шапоренко, А. Г. Георгиади
Институт географии РАН 119019 г. Москва, Старомонетный пер., 17, e-mail: ser-shaporenko@yandex.ru
Рассмотрены многолетние изменения объемов водозаборов и сбросов сточных вод разных категорий очистки и основных загрязняющих веществ в бассейне Волги, а также их стока с речными водами в замыкающем створе Верхнее Лебяжье. Показано, что с 1990-х годов преобладают многолетние тенденции однонаправленного сначала резкого, а затем относительно медленного сокращения этих показателей водохозяйственной деятельности. Они прерывались короткими отрезками стабилизации или роста. При сокращении в 2-6 раз сбросов органического и взвешенного веществ, аммонийного и нитритного азота, фосфатов, меди и цинка одновременно возросли сбросы нитратов. Рост сбросов нитратов связывается с технологическими недостатками работы очистных сооружений. Сокращение сбросов сточных вод и загрязняющих веществ не проявляется однозначно в улучшении качества воды по каждому из рассмотренных гидрохимических показателей (выраженных в среднегодовых и максимальных концентрациях) в замыкающем створе. Обозначенные антропогенные изменения происходили на фоне продолжительной фазы повышенных значений годового и половодного стока воды, начавшейся в 1980-х годах и сменившей ее в 2000-е годы фазы пониженной водности. Межгодовые колебания и многолетние тенденции изменчивости водности сказываются на отдельных показателях водохозяйственной деятельности. Вынос большинства растворенных форм биогенных и загрязняющих веществ через замыкающий створ в большей степени определяется изменчивостью водности года, которая обусловила соответствующие тенденции по соединениям фосфора, органических веществ, фенолов, меди, нефтепродуктов с 1996 г. Благодаря антропогенному фактору многолетняя тенденция выноса нитратов асинхронна с водным стоком.
Ключевые слова: условно-естественный сток, фазы многолетней изменчивости характеристик, показатели водохозяйственной деятельности, качество воды, гидрохимические показатели, замыкающий створ, вынос веществ.
DOI: 10.24411/0320-3557-2018-10026
ВВЕДЕНИЕ
Началом современного этапа интенсивного водохозяйственного воздействия на водные ресурсы бассейна Волги можно считать перекрытие ее каскадом водохранилищ для энергетических потребностей в качестве приоритетных. С тех пор прошло почти три четверти века. Водный режим главной реки Европейской части России существенно изменился в основном под влиянием сезонного перераспределения стока, который в то же время сочетался с интенсификацией водохозяйственной деятельности на ее водосборе. Водозаборы на промышленные, коммунальные и сельскохозяйственные нужды сопровождались сбросом возвратных сточных вод, преимущественно загрязненных в разной степени различными химическими веществами.
увеличением водоемкости продукции в период 1990-1997 гг., после которого произошло значительное снижение удельных показателей использования свежей воды [Зайцева, 2001 (гайзеуа, 2001); Дёмин, 2008 (оешш, 2008)]. Однако антропогенные процессы могут камуфлироваться из-за разнообразия природных условий обширного водосбора Волги. Климатические изменения последних десятилетий изменяют пространственно-временные соотношения между формирующих полный речной сток поверхностной и подземной составляющих, что влияет и на перераспределение потоков биогенных и загрязняющих веществ, связанных с диффузными источниками [Коронкевич, Долгов, 2017 (КогопкеуюЬ, Бо^оу, 2017)]. Они же сказываются на скоростях продукционно-деструкционных процессов в речных экосистемах и, следовательно, на процессах евтрофирования и качестве речных вод вдоль всего русла реки ив ее устье. В итоге трансформируется естественная динамика выноса питательных и загрязняющих веществ в Каспийское море, что в значительной степени сказывалось на его
Последние десятилетия интенсивность водохозяйственной деятельности испытывала значительные колебания в связи с перестройкой экономических отношений в стране и развитием периодических кризисных явлений в производстве, которые отражались и в динамике процессов водопользования. Сокращение производства и водопотребления во многих случаях сопровождалось
экосистемах, в первую очередь северного шельфа. Воздействие климатических факторов оказывается тесно переплетенным с антропогенными.
В большинстве работ изменчивость антропогенных и природных факторов формирования качества воды реки Волги рассматривается в пределах ограниченных участков ее русла [Григорьева и др., 2018 (Grigorieva et 2018); Проблемы качества..., 2013 (ProЫemy kachestva..., 2013); Устьевая область, 1998 (Ust'evaia oЫast'..., 1998); Шапоренко, 2015 (Shaporenko, 2015)], что
МЕТОДЫ И
Методы анализа рядов условно-естественного годового и сезонного речного стока. Подход к анализу долговременных фаз многолетних изменений годового и сезонного стока, обусловленных изменениями климата, основан на восстановлении многолетних рядов стока (после начала интенсивных антропогенных воздействий), полученных методом рек-индикаторов климатических изменений, подробно рассмотренного в [Георгиади и др., 2014 (Georgiadi et я1., 2014)]; использовании разностно-интегральных
кривых и анализе характеристик выявленных фаз контрастной водности. Расчеты велись по створу Волгоград, где Волга наиболее полноводна. Границы сезонов были определены на основе гидрографов стока, построенных за весь период наблюдений. Использовались также сведения о среднемноголетних датах начала и окончания половодья и ледостава.
Разностно-интегральные кривые
представляют собой нарастающую сумму отклонений какой-либо характеристики от ее среднего многолетнего значения,
рассчитанного для всего периода наблюдений. Отклонения нормировались на коэффициент вариации для сравнения между собой временных изменений разнородных характеристик. Разностно-интегральные
кривые позволяют выявить долговременные фазы, в течение которых существенно чаще встречаются значения характеристики ниже или выше ее среднемноголетнего значения.
Временная граница смены
долговременных фаз
повышенных/пониженных значений стока, определяется на основе выявления минимальных и максимальных значений координат разностно-интегральных кривых. Фазам повышенной водности (ФВВ) соответствует однонаправленная многолетняя тенденция увеличения ординат разностно-
вполне оправдано разнообразием условий огромной территории. В данной работе сделана попытка оценить природно-антропогенные аспекты влияния на водный сток и его качество, рассматривая весь водосбор как единую систему. Изменчивость качества воды в устьевой зоне рассматривается в сопоставлении с долговременными колебаниями естественных водных ресурсов, обусловленных
климатическими факторами, и с наложенными на них многолетними тенденциями водохозяйственной деятельности.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
интегральной кривой, а фаза пониженной водности (ФНВ) - уменьшения ее ординат. На фоне таких долговременных тенденций наблюдаются более короткопериодные изменения стока. Отметим, что определение границ смены фаз на основе использования ряда статистических критериев, применяемых для оценки однородности рядов данных по их средним значениям, показало, что они, как правило, совпадают или весьма близки к результатам, полученным по разностно-интегральным кривым.
Методы и исходные данные для анализа рядов показателей водозаборов, сбросов воды, загрязняющих веществ и качества воды. Работа выполнена на основании сведений, представленных в официальных справочных изданиях Росгидромета за период с 1985/90 по 2015 гг. [например, Водные ресурсы., 2016 (Vodnye resursy., 2016); Водный кадастр., 2015 (Vodnyi kadastr..., 2015)]. Данные по выносу растворенных форм биогенных и других веществ взяты из ежегодников, выпускаемых ФГБУ «Гидрохимический институт» [Качество поверхностных., 2017 (Kachestvo poverkhnostnykh..., 2017)]. Процедуры учета и контроля зарегистрированных водовыпусков -точечных источников загрязнения, которых в конце прошлого века насчитывалось около 6 тыс., имеют существенные недостатки (неполнота сведений, ошибки химических анализов проб сточных вод и др.), что должно сказываться в искажении статистических данных и в их обобщениях. В частности, на это указывалось в работе [Проблемы качества., 2013, с. 13 (Problemy kachestva., 2013, p. 13)]. Ряды по сбросам различных загрязняющих веществ имеют разные длины и прерываются, по возможности они восстановлены из других источников, в чем большую помощь оказали публикации и предоставленные материалы к ним
А.П. Дёминым [Дёмин, Исмайылов, 2003 (Бетт, Ismaiylov, 2003)]. Указанные недостатки в исходных данных влияют на корректность выводов, которые можно рассматривать в значительной степени ориентировочными.
Для исследования динамики
многолетних изменений показателей водозаборов, сбросов воды, загрязняющих
веществ и качества воды использовался корреляционный анализ и графический метод сопоставления их многолетних тенденций.
Анализ изменчивости фактического стока воды в современный период, веществ, показателей водохозяйственной деятельности проведен по створу Верхнее Лебяжье, для которого все необходимые сведения представлены наиболее полно.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Долговременные фазы многолетних изменений условно-естественного стока.
Продолжительность и последовательность смены контрастных фаз годового стока и стока половодья во многом сходны, но первый более сложен, что обусловлено различиями в изменениях стока зимней и летне-осенней межени (рис. 1). Сначала наблюдалась ФВС половодья и года. Ее с 1930 г. сменила ФНС, а затем снова наступила фаза их повышенных
значений (для стока половодья это произошло с 1985 г., а для годового стока с 1978 г.). Но уже с 2004 г. для годового стока и с 2009 г. для стока половодья, видимо, произошла очередная смена контрастных фаз водности. Отметим, что именно во время фазы повышенного стока происходило наиболее заметное снижение объемов водозабора и сбросов сточных вод, а также выноса большей части загрязняющих веществ.
Рис. 1. Разностно-интегральные кривые годового и сезонного условно-естественного стока Волги. 1 - зимний сток, 2 - летне-осенний сток, 3 - сток половодья, 4 - годовой сток. Вертикальная линия показывает начало рассматриваемого периода.
Fig. 1. Cumulative deviation curves of mean annual and seasonal Volga River runoff. 1 - winter, 2 - summer-automn, 3 - snowmelt flood, 4 - annual. Vertical line show beginning of considered period.
Продолжительность таких фаз повышенного/пониженного годового и сезонного стока составляет, как правило, не менее 20-30 лет, но для стока меженных сезонов их длительность существенно больше.
Средний многолетний сток, в фазы его повышенных и пониженных значений, характеризуется существенными различиями. Так, разница в годовом стоке и стоке половодья этих фаз (рассчитанная относительно стока в фазы его пониженных
значений) составляет 12%, тогда как в зимнем стоке она достигает почти 35, а в стоке за лето-осень - 21%.
Эффекты антропогенного влияния на многолетние изменения стока Волги. Базовый условно-естественный период водного стока мы принимаем с 1878 по 1929 г. [Георгиади и др., 2014 (Оео^1а& е! а1., 2014)]. С 1930 г. начался период наиболее интенсивного антропогенного воздействия. Антропогенные факторы оказывают значительное воздействие на характер долговременных фаз изменения стока Волги. Прежде всего, в результате их воздействия (главным образом регулирующей роли Волжско-Камского каскада водохранилищ) границы долговременных фаз пониженного и повышенного стока смещаются на более ранние годы. В створе Волгоград наиболее заметно это проявляется для зимнего стока, когда антропогенные факторы приводят к тому, что современная долговременная фаза повышенного стока этих сезонов начинается более чем на 20 лет раньше, чем это могло быть в условно-естественной природной обстановке.
Под влиянием антропогенных факторов в периоды ФВС и ФНС снижается годовой сток и сток половодья и повышается зимний и летне-осенний стоки [Георгиади и др., 2017 (Оео^а^ е! а1., 2017)]. При этом различия в величине стока между фазами возрастают для годового, зимнего и летне-осеннего стока, а для стока половодья снижаются.
Суммарное изменение стока половодья Волги происходило в период наиболее интенсивного антропогенного воздействия (после 1930 г.). Как климатическое, так и антропогенное изменение было направлено в сторону уменьшения стока, хотя внутри рассматриваемого периода были и разнонаправленные изменения. Объем суммарного снижения стока половодья за весь рассматриваемый период, начиная с 1930 г., составил 4328 км3, а годового стока - 2566 км3. В целом в общем уменьшении стока половодья вклад антропогенных факторов составил >70%, а в уменьшении годового стока 45-50%.
С 1985 по 2015 гг. фактический средний годовой водный сток Волги в створе Верхнее
Лебяжье составлял 250 км3 (в створе Волгоград, для сравнения, он был равен 254 км3, разница <2%). Многолетний линейный тренд за указанный период демонстрирует его сокращение с 283 до 217 км3. Внутри периода можно выделить два интервала: первый с 1985 по 1995 гг., когда по тренду наблюдался рост годового стока с 255 до 289 км3, и второй с 1995 по 2015 гг., когда по тренду наблюдалось его падение с 260 до 215 км3. Таким образом, выделенные тренды фактического водного стока по створу Верхнее Лебяжье в основном соответствуют ходу разностно-интегральных кривых
естественного стока с учетом поправки на влияние антропогенного фактора. Следует указать, что в ежегодниках ГГИ при градации фактического водного стока использовали исчисления среднего, равного 227 км3, за период с 1930 по 1985 гг. [Водный кадастр..., 2016 (Уо<!пу1 ка<1а81;г..., 2016)]. Иными словами, исследуемый период, в целом можно считать повышенной водности, нисходящий тренд в котором пересек принятое среднее многолетнее значение по данным ГГИ в 2011 г.
Водозабор поверхностных вод и сбросы сточных вод. Из всех крупнейших рек России бассейн Волги отличается наиболее высокими величинами показателей водозабора из поверхностных водных объектов и сбросов в них сточных вод, как по абсолютным значениям, так и по отношению к водному стоку (табл. 1 ).
Особенно заметно превосходство по сбросам загрязненных стоков, достигающее 56 раз и более по средним многолетним величинам (табл. 2). Волга на протяжении веков испытывает высочайшую
антропогенную нагрузку на речную экосистему, которая в последние десятилетия существенно не уменьшается. Величины показателей в табл. 1 и 2 отличаются от приводимых ранее [Волжский бассейн., 2011, с. 13 (Уо^ки Ьа88ет..., 2011, р. 13)] в пределах 10-15 % и связаны, вероятно, не только с изменчивостью водного стока и показателей водохозяйственной деятельности, но и с различиями в интервалах осреднения.
Таблица 1. Средние многолетние (1985-2015 гг.) показатели суммарных годовых водозаборов и сбросов сточных вод на водосборе р. Волги в сопоставлении с другими крупнейшими реками (км3/год)
Table 1. Long-term mean values of indicators (1985-2015) of total annual water abstractions and wastewater emission in the Volga river basin in comparison with other large rivers (km3/year)_
Бассейн реки River basin Средний многолетний водозабор из поверхностных источников, км3/год Long-term mean water abstracted from surface sources, km3/year Отношение водозабора из поверхностных источников к водному стоку, % Ratio of water abstracted from surface sources to water runoff, % Сбросы всего в поверхностные водные объекты, км3/год Total wastewater emission to surface water bodies, km3/year Отношение сбросов в поверхностные водные объекты к водному стоку, % Ratio of wastewater emission to surface water bodies to water runoff, %
Волга 20.430 8.17 16.237 6.49
Volga
Северная Двина 0.556 0.53 0.536 0.52
Severnaya Dvina
Печора 0.393 0.35 0.403 0.35
Pechora
Обь 8.880 2.08 7.565 1.84
Ob'
Енисей 3.140 0.52 3.040 0.50
Yenisei
Лена 0.188 0.03 0.232 0.04
Lena
Таблица 2. Средние многолетние (1985-2015 гг.) показатели суммарных годовых сбросов загрязненных сточных вод (без очистки и недостаточно очищенных) на водосборе р. Волги в сопоставлении с другими крупнейшими реками
Table 2. Long-term mean values of indicators (1985-2015) of total annual emission of polluted wastewater (without treatment and insufficiently treated) in the Volga river basin in comparison with other large rivers_
Бассейн реки Средний многолетний годовой сток, км3/год Long-term mean annual runoff, km3/year Сбросы загрязненных сточных вод, км3/год Wastewater discharges, km3/year Отношение сбросов загрязненных сточных вод в поверхностные водные объекты к водному стоку, % Ratio of discharges of contaminated wastewater to surface water bodies to water runoff, %
Волга 250 7.693 3.08
Volga
Северная Двина 104 0.410 0.39
Severnaya Dvina
Печора 114 0.030 0.03
Pechora
Обь 412 2.551 0.62
Ob'
Енисей 614 1.488 0.24
Yenisei
Лена 562 0.104 0.02
Lena
В межгодовой изменчивости
показателей водохозяйственной деятельности проявляются внутренние взаимосвязи и связи с величиной водности. С речным годовым водным стоком коэффициент корреляции годовых объемов водозабора умеренной величины (г = 0.31) при низкой статистической значимости (р = 0.1). Коэффициенты корреляции суммарных сбросов, загрязненных
вод и в том числе недостаточно очищенных выше и статистически значимее (г = 0.44-0.46; р = 0.05). Значения этих показателей свидетельствуют, что при увеличении объема речного стока следует небольшое увеличение водозабора (вероятно на орошение), при этом возрастают и сбросы сточных вод (дренажных).
Сопоставление объемов водозабора с объемами сточных вод показывает прямую зависимость: чем больше забирается воды из поверхностных источников, тем больше сбрасывается сточных вод разных категорий. Для суммарных сбросов, в том числе без очистки, недостаточно очищенных и суммарно загрязненных г = 0.86-0.92, р = 0.001. Для чистых стоков корреляция ослабевает: г = 0.62, р = 0.01.
Все категории сбросных загрязненных сточных вод тесно коррелируют между собой и с суммарными сбросами (г > 0.83, р = 0.001). Связь сбросов чистых стоков с суммарными
сбросами на таком же уровне, но ослабевает с загрязненными и недостаточно очищенными до средних величин (г = 0.61-0.62, р = 0.01) и до умеренного значения с водами без очистки (г = 0.48, р = 0.05).
Если обратиться к имеющимся наиболее длинным рядам показателей водозабора и водоотведения, то в многолетней их изменчивости по интервалам роста и падения можно выделить несколько периодов, обусловленных изменениями в хозяйственной деятельности страны и на речных водосборах за последние четверть века (рис. 2).
Рис. 2. Многолетние изменения годовых объемов водозаборов и сбросов сточных вод в поверхностные водные объекты на водосборе р. Волги, км3/год. 1 - забрано из поверхностных природных водных объектов, 2 -сброшено всего, в том числе по категориям: 3 - загрязненных; 4 - без очистки; 5 - недостаточно очищенных; 6 - чистых.
Fig. 2. Long-term changes of annual volumes of water abstraction and wastewater emission to surface water bodies in the Volga river basin, km3/year. 1 - water abstracted from surface sources, km3/year, 2 - total wastewater emission, including next categories: 3 - contaminated, 4 - raw, 5 - do not enough purification, 6 - purificated.
Объемы всех категорий вод за весь рассматриваемый период имеют тенденции к сокращению, особенно быстро величины водозаборов. У сбросов чистых стоков с 1996 по 2007 гг. общее падение прерывалось небольшим ростом. Наблюдающаяся динамика объемов сбросных вод объясняется сокращением использования поверхностных
вод во всех отраслях народного хозяйства (табл. 3). Приведенные данные также показывают, что происходит и сокращение использования воды в системах оборотного и повторного (последовательного)
водоснабжения. Но при этом доля таких вод по отношению к водозабору возрастает с 2 в 1990 г. до 2.6 в 2015 г.
Таблица 3. Использование пресных поверхностных вод в бассейне р. Волги, млн м /год Table 3. The use of fresh surface water in the Volga river basin, million m3/year
Год Year Всего использовано свежей воды Total fresh water use Производство Industrial water use Хозяйственно-питьевые нужды Household water use Орошение Irrigation В системах оборотного и повторного (последовательного) водоснабжения In systems of circulating and repeated (consecutive) water supply
1990 30901 17827 6894 3678 69153
1995 24951 12150 6850 2979 54070
2000 21376 11742 6442 1612 50927
2005 19753 11336 6030 1068 49868
2008 19525 11850 5410 4944 52704
2009 17858 10718 4944 1085 48843
2011 15866 8408 3999 1284 46036
2012 17107 9948 4193 653 46709
2013 17178 10125 4065 359 46109
2014 17109 10216 3966 670 44818
2015 15784 9147 3782 695 44123
В общем виде тенденции в многолетней динамике показателей водопользования, наметившиеся в 1990-е гг. [Вода России, 2000 (Voda Rossii..., 2000)], сохраняют свою направленность и в 21 веке. Таким образом, можно отметить хорошее соответствие сокращения водопотребления с уменьшением показателей естественного (восстановленного) речного стока - половодья и суммарного годового стока (рис. 1). Но это не означает, что организация водного хозяйства (за исключением гидроэнергетики) строится с учетом колебания водности на водосборе реки.
Сбросы загрязняющих веществ со сточными водами. В перечень загрязняющих веществ, которые поступают со сточными водами и за которыми ведется мониторинг, входят БПК п0лное, взвешенные вещества, сухой остаток, нефтепродукты, фосфор общий, азот аммонийный, нитритный и нитратный, фенолы, соединения меди, железа (общего), цинка (в редкие отдельные годы). Обращает на себя внимание взаимосвязь количеств сбросов загрязняющих веществ между собой. На водосборе Волги она проявляется, по сравнению с крупнейшими северными реками, почти абсолютно. Все загрязняющие вещества тесно пропорционально связаны с показателем
БПК (г = 0.74-0.97, р >0.01). Вместе с этим все показатели также тесно коррелируют, но с отрицательным знаком, с нитратами. Почти такие же тесные связи у всех параметров со взвешенными веществами (кроме азота аммонийного, у которого г = 0.69, р = 0.05) и нефтепродуктами (кроме фенолов, для которых г = 0.69, р = 0.001). У нескольких веществ корреляционные отношения на уровне средних величин. Только у фенолов с цинком умеренной величины корреляция с г = 0.34 за уровнем приемлемой статистической значимости. Таким образом, синхронность межгодовых колебаний объемов сбросов почти всех загрязняющих веществ сочетается с их общей асинхронностью с количеством сбросов нитратов.
В многолетней динамике объемов сбросов загрязняющих веществ со сточными водами отчетливо прослеживается тенденция сокращения по всем показателям (рис. 3). Причем уменьшение сбросов загрязняющих веществ по большинству ингредиентов многократно превышает сокращение объемов сточных вод. Однако заметен и рост сбросов нитратов, объемы которых с 1990 по 2000 гг. увеличились примерно с 50 до 200 тыс. т.
1000
600
\
\ \
\ Л.
-ч. \ • \ ^ 1 1 \
- Ч : \ \\1 \ \ \ 1 J /\
— ■ — " _^ ~——— -—
200
1985
1990
1995
2000
2005
2010
2015
Рис. 3. Многолетняя изменчивость сбросов загрязняющих веществ со сточными водами на водосборе р. Волги. 1 - БПК полный, тыс. т, 2 - азот нитратный, тыс. т, 3 - взвешенные вещества, тыс. т, 4 - нефтепродукты, тыс. т, 5 - медь, т, 6 - железо, тыс. т.
Fig. 3. Long-term variability of emission of pollutants with wastewater in the Volga river basin. 1 - BODcompiete, thousand tons, 2 - nitrogen nitrate, thousand tons, 3 - suspended matter, thousand tons, 4 - oil products, thousand tons, 5 - copper, tons, 6 - iron, thousand tons.
Можно сделать вывод, что очистные сооружения с каждым годом работают все лучше. Однако количество чистых сточных вод также пропорционально убывает, как и загрязненных стоков, что противоречит сделанному предположению. Скорее всего, происходит постепенное выбывание из эксплуатации мощностей традиционных очистных сооружений, в которых отсутствует стадия удаления нитратов в процессе денитрификации в анаэробных условиях и которые недостаточно приспособлены для эксплуатации сравнительно небольших норм водоотведения с суточной неравномерностью (малые города, микрорайоны, сельские населенные пункты, отдельные объекты инфраструктуры). Это заметно стало проявляться при сокращении производства и количества жителей в рабочих поселках в 1990-е гг. Они чувствительны к колебаниям температуры, временным отключениям электроэнергии. В качестве альтернативы очистным сооружениям искусственной
биологической очистки стала предлагаться технология очистки в аэротенках с прикрепленной микрофлорой на
саморегенерирующейся загрузке, биофильтры, внедрение локальных очистных сооружений [Воронов, Яковлев, 2006 (Voronov, Iakovlev, 2006); Субботина, 2011 (Subbotina, 2011); Букалова, Тихонова, 2014 (Bukalova, Tikhonova, 2014)]. Происходил и попутный процесс увеличения нагрузки на остающиеся мощности очистных сооружений, то есть, повышалась их эффективность, и за счет этого рос выход нитратов, которые сбрасывались в поверхностные водные объекты.
Сделанное предположение
подтверждается, если провести сопоставление сбросов загрязняющих веществ с разными категориями сточных вод. Если пока не принимать во внимание чистые стоки, то оказывается, что тесно связаны с категориями «суммарные стоки», «загрязненные», «без очистки» и «недостаточно очищенные» загрязняющие вещества по показателям
БПК полное, взвешенные вещества,
нефтепродукты, фосфор общий, соединения меди, железа и фенолы (г > 0.7, р = 0.01). Немного слабее связи соединений цинка с недостаточно очищенными стоками и загрязненными стоками (г = 0.63-0.68, р = 0.01) и еще слабее у азота аммонийного (г = 0.60-0.66 с категориями загрязненных стоков и г = 0.49 с суммарными сбросами сточных вод, р = 0.05 и ниже). С нитратами все категории сточных вод имеют тесную отрицательную корреляцию (г = -0.85 ^ -0.93, р = 0.001). Аммоний удаляется эффективнее других компонентов, но повышается содержание в стоках нитратов.
С чистыми стоками теснота связей загрязняющих веществ уменьшается, а у аммонийного азота пропадает. Но общий характер их многолетней изменчивости сохраняется, с нитратами коэффициент корреляции имеет отрицательный знак. Исходя из изложенного, можно заключить, что по водосбору очистка сточных вод на очистных сооружениях происходит, строго говоря, не до конца. В сооружениях искусственной биологической очистки, которые стали внедряться массово в 1980-е годы, в выходящем стоке нитратного азота содержится в количестве, «представляющем большую опасность для открытых водоемов и подземных вод» [Субботина, 2011, с. 387 ^иЬЬойпа, 2011, р. 387)]. Даже воды из категории «нормативно чистые» на самом деле не до конца очищены. Отрицательные корреляционные связи с нитратами могут быть объяснены отсутствием в таких сооружениях стадии денитрификации с удалением газообразного азота в атмосферу [Воронов, Яковлев, 2006, с. 258 ^огопоу, 1акоу1еу, 2006, р. 258)]. Следует отметить, что имеются и другие принципы очистки. В биологических прудах, которые являются распространенными благодаря своей эффективности и дешевизне метода очистки сточных вод во многих странах, происходит значительное снижение содержания ионов аммония путем их окисления до нитритов и нитратов. Нитраты быстро усваиваются микроводорослями.
Изменение качества воды по гидрохимическим показателям в
замыкающем створе Верхнее Лебяжье. У гидрохимических характеристик,
представленных в базе данных наиболее
длинными рядами (БПК5, нефтепродукты, фенолы, азот нитритный, соединения железа общего и меди), с годовым водным стоком проявляется умеренной силы корреляционная связь среднегодовой и максимальной концентраций азота нитритного невысокой статистической значимости (соответственно г = 0.48 и 0.45; р = 0.1 и 0.05), максимальной концентрации железа (г = 0.49; р = 0.05). Многолетние тенденции лучше всего описываются полиномами второй степени у среднегодовых и максимальных концентраций нефтепродуктов, а также максимальных концентраций фенолов = 0.51). У всех характеристик, кроме железа, хорошо выражено в разной степени (до десяти и более ПДК) уменьшение концентраций с середины 1990-х до 2005-2015 гг. (рис. 4).
Наименее заметно - в пределах ПДК -происходило падение среднегодовых концентраций легко окисляемых органических соединений по БПК5 и максимальных концентраций азота нитритного. Таким образом, можно констатировать, что тенденция сокращения водного стока сопровождалась в разной степени выраженности уменьшением концентраций гидрохимических характеристик, за исключением средних и максимальных концентраций железа, максимальных показателей БПК5, которые можно характеризовать относительно стабильными. Полученные результаты в некоторой степени подтверждают предположение о возможном влиянии водности на содержание гидрохимических веществ в водах Волги в работе [Проблемы качества., 2013, с. 17, 36, 37 (РгоЫешу каЛе^а..., 2013, р. 17,36,37)], хотя прямое сопоставление годовых значений параметров, сделанное авторами, существенно значимых показателей коэффициентов корреляции не дало. Такой же неоднозначный результат оценки влияния водности на качество вод приводится в работе [Устьевая область.,.,1998 (Ш^а оЫа^'..., 1998)]. С одной стороны, в ней говорится, что показатель качества ИЗВ (рассчитанный по шести показателям) не коррелирует с водностью [там же, стр. 6], а при расчетах средних значений по группировкам лет разной водности показатели имеют существенные различия [там же, стр. 191].
Рис. 4. Многолетняя изменчивость среднегодовых (а, б) и максимальных (в) гидрохимических характеристик волжской воды в створе Верхнее Лебяжье. В скобках - показатели достоверности аппроксимации (R2). 1 - БПК5 (мгО/л) (R2 = 0.138), 2 - нефтепродукты (R2 = 0.511), 3 - фенолы (R2 = 0.255), 4 - железо (R2 = 0.120), 5 - медь (r2 = 0.280), 6 - нефтепродукты (R2 = 0.503), 7 - фенолы (R2 = 0.512), 8 - медь (R2 = 0.261).
Fig. 4. Long-term variability of mean annual (а, б) and annual maximum (в) hydrochemical characteristics of Volga water in the Verkhnee Lebiazh'ye gage station. In brackets-indicators of reliability of approximation (R2). 1 - BOD5 (mgO/l) (R2 = 0.138), 2 - oil products (R2 = 0.511), 3 - phenols (R2 = 0.255), 4 - iron (R2 = 0.120), 5 - copper (R2 = 0.280), 6 - oil products (R2 = 0.503), 7 - phenols (R2 = 0.512), 8 - copper (R2 = 0.261).
В работе [Бреховских и др., 2015, с. 143 (Brekhovskikh et а1., 2015, р. 143)] применение такого же подхода по створу Верхнее Лебяжье за период с 1978 по 2013 гг. позволило сделать вывод, что высокая водность способствует поступлению и повышению концентраций Си, 2п и фенолов соответственно в 1.37, 1.95 и 1.38 раз предположительно за счет
диффузного загрязнения. При этом содержание нефтепродуктов и органического вещества по БПК5 существенных различий между периодами разной водности не показало. Качество вод по индексу УИКЗВ в устье Волги ниже г. Астрахани с 2006 г. стабильно держится в разряде 4а «грязная» [Качество поверхностных., 2017 (Kachestvo
poverkhnostaykh..., 2017)], что на один пункт хуже по сравнению со створом В. Лебяжье (3б - «очень загрязненная») за счет загрязнения промышленными и коммунальными предприятиями городской агломерации [Проблемы качества., 2013 (Problemy kachestva..., 2013)].
Водный сток и вынос веществ через замыкающий створ. Сопоставление с водным стоком годовых значений выноса биогенных и приоритетных загрязняющих веществ через замыкающий створ Верхнее Лебяжье за период 1991-2015 гг. показало средней силы положительную корреляцию (0.5<г<0.7) с минеральным азотом за счет нитратов, с общим фосфором и соединениями меди при статистической значимости на уровне 0.01 для нитратов и общего фосфора и на уровне
0.05 для меди и минерального азота. Умеренные силы корреляции у нефтепродуктов и органического вещества (0.4<г<0.5, р=0.05 и 0.5 соответственно), а также минерального фосфора (г=0.35, р=0.1) и фенолов (г=0.32 за пределами существенной статистической значимости). Достоверности аппроксимаций зависимостей большинства перечисленных гидрохимических показателей от водного стока невысокие (наиболее значимы у азота нитратного и минерального, а также у соединений меди (соответственно 0.41, 0.34 и 0.32)). Зависимости для показателей выноса параметров азота лучше всего аппроксимируются полиномиальными функциями и демонстрируют существенный их рост при годовом водном стоке >280 км3 (рис. 5).
150
100
50
ж А *
+ а А а Л'
i '
♦ » + ♦ ---7* *
6000
4000
2000
■ ■
■ ■ ■ ___ Г"1 ■
♦ ■ *+
V ♦
150
200
250
300
150
200
250
300
Рис. 5. Связь выноса химических веществ с речными водами Волги через створ Верхнее Лебяжье с годовым водным стоком. Показатели достоверности аппроксимации (R2): 1 - азот нитратный (R2 = 0.405), 2 - азот минеральный (R2 = 0.336), 3 - органическое вещество, тыс. т (R2 = 0.229), 4 - соединения меди, т (R2 = 0.321).
Fig. 5. Correlation of flow of chemical matters with the river waters of the Volga through the Verkhnee Lebiazh'ye gage station with the annual water flow (km3/year). Iindicators of reliability of approximation (R2): 1 - nitrogen nitrate, thousand tons (R2 = 0.405), 2 - nitrogen mineral, thousand tons (R2 = 0.336), 3 - organic matter, thousand tons
(R2 = 0.229), 4 - copper compounds, ton (R2 = 0.321).
Многолетняя изменчивость выноса веществ проявляет три типа тенденций. Нефтепродукты, фенолы, соединения цинка и меди, для которых выше отмечалась прямая связь с объемом водного стока, демонстрируют уменьшение, чаще по нисходящей ветви квадратичной функции или по экспоненте (рис. 6). Величины достоверности аппроксимаций для кривых меди и цинка 0.2-0.3, а для нефтепродуктов и фенолов возрастают до 0.5-0.6. Сокращение водного стока приводит к уменьшению загрязнения речных вод за счет диффузного загрязнения указанными веществами, как отмечалось выше [Бреховских и др., 2015 (Brekhovskikh et al., 2015)]. То есть, проявляется совместное действие природного и антропогенного факторов.
Изменчивость выноса органического вещества, фосфора и железа общего
проявляется в увеличении с начала периода до 2005-2007 гг., а затем уменьшение. Наиболее высокая амплитуда в колебаниях указанных характеристик свойственна соединениям железа (рис. 6в). Показатель достоверности аппроксимации отрицательной квадратичной функцией у этой характеристики выше, чем у других (0.37 и менее 0.2 соответственно). В изменчивости количества стока указанных веществ, по-видимому, также сказывается совокупное действие природного и антропогенного факторов, но с некоторым опозданием по сравнению с нефтепродуктами, фенолами, цинком и медью.
Считается, что сток кремния мало подвержен антропогенному воздействию и по нему даже можно оценивать влияние данного фактора на сток других биогенных веществ [Максимова, 1979 (Maksimova, 1979)]. Таким образом, две ветви квадратного трехчлена,
описывающего многолетнюю тенденцию изменчивости указанной характеристики, могут показывать, скорее всего, обратную ее связь с объемом водного стока. В его ходе перелом с роста на падение перешел в конце 1990-х - начале 2000-х годов (рис. 6д).
Исключительным образом ведет себя показатель объемов выноса нитратов и производный от него вынос минерального азота (так как нитраты в нем занимают основной объем). Выделение из всего временного ряда более короткого с 1996 г. на
графике рис. 6а показывает, что ход этой характеристики определяют высокие показатели до 1995 г., резкое падение в середине 1990-х гг. и значительный рост в первой половине 2000-х гг. с наступившей стабилизацией в 2010-2015 гг. Такой многолетний ход в 2000-х годах можно связать с антропогенным фактором, а именно поступлением их со сточными водами очистных сооружений, о чем говорилось выше при обсуждении динамики поступления загрязняющих веществ со сточными водами.
г>
' л • v
1990 1995 2000 2005 2010 2015
140
60
+
*
4 ": *
.........................\.....
V ,4 /
4
^ ч ч —
25000
15000
5000
*
'»4, ;
1
1990 1995 2000 2005 2010 2015 д
2500
1500
500
i l\
M 1 *
, A 1 1 „
/
1990 1995 2000 2005 2010 2015
1990 1995 2000 2005 2010 2015
140
100
60
20
* <1 11
i\ ! , i 11 i' i
* \ 1 >: 1 i' i - и - _ Г"
"Л / II \ Г 4 > " " ^ / 1 ■
4 ' t 1 i 4
—•— i -■*- 7
- *- 2 -■- 8
--- 3 - ♦- P
4 ■ ■■■*■■■ 10
- +— 5 --11
--- 6 . 12
1990
1995
2000
2005
2010
2015
Рис. 6. Многолетняя изменчивость стока загрязняющих веществ Волги в створе Верхнее Лебяжье. 1 - азот аммонийный, 2 - азот нитратный (R2 = 0.284), 3 - азот нитритный, 4 - азот минеральный (R2 = 0.210), 5 -фосфор общий (R2 = 0.137), 6 - железо общее (R2 = 0.368), 7 - нефтепродукты (R2 = 0.534), 8 - органическое вещество, тыс. т (R2 = 0.130), 9 - соединения меди, т (R2 = 0.309), 10 - соединения цинка, т (R2 = 0.221), 11 -кремний, тыс. т (R2 = 0.261), 12 - фенолы, т (R2 = 0.579).
Fig. 6. Long-term variability of the flow of pollutants of the Volga river through the Verkhnee Lebiazh'ye gage station. 1 - nitrogen ammonium, thousand tons 2 - nitrogen nitrate, thousand tons (R2 = 0.284), 3 - nitrogen nitrite, thousand tons 4 - nitrogen mineral, thousand tons (R2 = 0.210), 5 - phosphorus total, thousand tons (R2 = 0.137), 6 - iron total, thousand tons (R2 = 0.368), 7 - oil products, thousand tons (R2 = 0.534), 8 - organic matter, thousand tons (R2 = 0.130), 9 -copper compounds, tons (R2 = 0.309), 10 - zinc compounds, tons (R2 = 0.221), 11 - silicon, thousand tons (R2 = 0.261), 12 - phenols, tons (R2 = 0.579).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Водосборный бассейн Волги резко выделяется среди других крупнейших речных бассейнов России высокой антропогенной нагрузкой на водные ресурсы, как в абсолютных значениях, так и в показателях относительно объемов речного стока. Современные изменения водохозяйственной деятельности происходят на фоне сначала долговременного периода естественной повышенной водности, который начался для годового стока в 1978 г., а половодья - в 1985 г. Соответственно с 2004 и 2009 гг. они сменились фазой их пониженных значений. Фактический средний годовой водный сток с 1985 по 2015 г. в створе Верхнее Лебяжье составил 250 км3. Внутри периода выделяются два интервала: до 1995 г. роста и далее падения по тренду с 260 до 215 км3. Многолетние изменения фактического водного стока в основном соответствуют разностно-интегральным кривым естественного стока с учетом поправки на влияние антропогенного фактора.
С середины 1990-х гг. в бассейне Волги преобладает многолетняя тенденция однонаправленного сокращения объемов водозаборов из поверхностных водных объектов (с 30 до 15 км3/год) и уменьшения их доли в общем объеме водозабора. Она совпадает с аналогичной тенденцией снижения объемов сбросов сточных вод разных категорий очистки: годовые объемы сбросов загрязненной и условно чистой воды сократились с 11 до 5 и 7.5 км3/год соответственно. Почти все характеристики изъятия и сбросов тесно коррелированы между собой. Отмечается заметная синхронность сокращения объемов водопотребления и сбросов сточных вод с показателями естественного и фактического водного стока реки.
В многолетней динамике объемов сбросов загрязняющих веществ со сточными водами прослеживается тенденция сокращения по всем показателям (кроме нитратов).
Многолетние изменения сбросов различных загрязняющих веществ во многих случаях корреляционно взаимосвязаны. Рост сбросов нитратов связан с недостаточным технологическим оснащением действующих очистных сооружений, а частичное сокращение сбросов других загрязняющих веществ - с возможным сокращением отчетной базы водопользователей из-за неполного соблюдения нормативных требований по её ведению.
Несмотря на существенное ослабление давления водохозяйственной отрасли на водные ресурсы, ожидаемого улучшения качества воды по гидрохимическим показателям в замыкающем створе Волги не наблюдается. Тенденция сокращения водного стока сопровождалась в разной степени выраженности уменьшением концентраций гидрохимических характеристик, за исключением средних и максимальных концентраций железа, максимальных показателей БПК5, которые были относительно стабильные. Качество вод по индексу УИКЗВ в створе Верхнее Лебяжье с 2006 г. держится в разряде 3б "очень загрязненная", ухудшаясь ниже у г. Астрахани до показателя 4а «грязная».
У части гидрохимических показателей, для которых выявлена прямая связь с водным стоком, наблюдается уменьшение объемов их выноса через створ Верхнее Лебяжье (нефтепродукты, фенолы, соединения цинка и меди), что связано, вероятно, с ослаблением влияния процессов диффузного загрязнения при уменьшении водного стока. Для выноса органического вещества, фосфора и железа характерен рост до 2005-2007 гг. с последующим сокращением. Большая амплитуда межгодовой изменчивости выноса выявлена для нитратов и минерального азота, максимальные показатели наблюдались в первой половине 1990-х гг., а период повышенных их значений приурочен к 20032013 гг.
Работа выполнена по гранту РФФИ 17-05-00948.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Бреховских В.Ф., Волкова З.В., Островская Е.В. О связи речного стока и гидрохимических показателей на Нижней Волге // Фундаментальные проблемы воды и водных ресурсов: Тр. Четвертой Все-росс. научной конф. в междун. участием, Москва, 15-18 сентября 2015 г. М.: ИВП РАН, 2015. С. 143-145.
Букалова Н.П., Тихонова Н.А. Современный подход к решению вопроса очистки сточных вод // Научное обозрение. Технические науки, 2014. № 1. С. 86-87. science-education.ru 703.pdf.
Вода России. Речные бассейны. Екатеринбург: Изд-во «АКВА-ПРЕСС», 2000. 536 с.
Водные ресурсы и водное хозяйство в 2015 году (Статистический сборник). М.: НИА-Природа, 2016. 267 с.
Водный кадастр Российской Федерации. Ресурсы поверхностных и подземных вод, их использование и качество. Ежегодное издание. 2015 год. СПб.: ООО «Эс Пэ Ха», 2016. 164 с.
Волжский бассейн. Устойчивое развитие: опыт, проблемы, перспективы. М.: Институт устойчивого развития Общественной палаты Российской Федерации / Центр экологической политики России, 2011. 104 с.
Воронов, Ю. В., Яковлев С.В. Водоотведение и очистка сточных вод. М.: АСВ, 2006. 704 с.
Георгиади А.Г., Коронкевич Н.И., Милюкова И.П., Кашутина Е.А., Барабанова Е.А. Современные и сценарные изменения речного стока в бассейнах крупнейших рек России. Часть 2. Бассейны рек Волги и Дона. М.: Изд-во «Макс Пресс», 2014. 214 с.
Георгиади А.Г., Коронкевич Н.И., Милюкова И.П., Барабанова Е.А., Кашутина Е.А. Современные и сценарные изменения стока Волги и Дона. Водное хозяйство России, 2017. № 3. С. 6-23.
Григорьева И.Л., Комиссаров А.Б., Чекмарёва Е.А. Трансформация качества воды Иваньковского водохранилища и его малых притоков за многолетний период под воздействием природных и антропогенных факторов // Вопросы географии. Сб. 145. Гидрологические изменения. М.: Издательский дом «Кодекс», 2018. С. 337-346.
Дёмин А.П. Изменение водоемкости экономики в бассейне р. Волги // Водные ресурсы Волги: настоящее и будущее, проблемы управления. Сб. статей Всероссийской научно-практич. конф. 35 октября 2007 г. Астрахань, 2008. С. 101-116.
Дёмин А.П., Исмайылов Г.Х. Водопотребление и водоотведение в бассейне Волги // Водные ресурсы, 2003. Т. 30. № 3. С. 366-380.
Зайцева И.С. Некоторые региональные особенности использования водных ресурсов в современной России. // Известия РАН. Серия географическая, 2001. № 5. С. 17-27.
Качество поверхностных вод Российской Федерации. Ежегодник. 2016. Ростов-на-Дону, 2017. 556 с.
Коронкевич Н.И., Долгов С.В. Сток с водосбора как источник диффузного загрязнения рек // Вода и экология: проблемы и решения, 2017. № 4. С. 92-99.
Максимова М.П. Критерии антропогенного евтрофирования речного стока и расчет антропогенной составляющей биогенного стока рек // Водные ресурсы, 1979. № 1. С. 35-40.
Проблемы качества вод Нижней Волги и Северного Каспия. М.: Типография Россельхозакадемии, 2013. 300 с.
Субботина Ю.М. Методы биологической очистки сточных вод // Ученые записки Российского государственного социального университета, 2011. № 6. С. 385-389.
Устьевая область Волги: гидролого-морфологические процессы, режим загрязняющих веществ и влияние колебаний уровня Каспийского моря. М.: ГЕОС, 1998. 280 с.
Шапоренко С.И. Современные тенденции изменения качества воды в реке Волге по гидрохимическим показателям // Фундаментальные проблемы воды и водных ресурсов: Тр. Четвертой Всеросс. научной конф. в междун. участием, Москва, 15-18 сентября 2015 г. М.: ИВП РАН, 2015. С. 209211.
REFERENCES
Brekhovskikh V.F., Volkova Z.V., Ostrovskaia E.V. 2015. O sviazi rechnogo stoka i gidrokhimicheskikh pokazatelei na Nizhnei Volge [About connection of river flow and hydrochemical indicators in the Lower Volga] // Fundamental'nye problemy vody i vodnykh resursov: Tr. Chetvertoi Vseross. nauchnoi konf. v mezhdun. uchastiem, Moskva, 15-18 sentiabria 2015 g. M.: IVP RAN. S. 143-145.
Bukalova N.P., Tikhonova N.A. 2014. Sovremennyi podkhod k resheniiu voprosa ochistki stochnykh vod [A modern approach to the solution of the problem of wastewater treatment] // Nauchnoe obozrenie. Tekhnicheskie nauki. № 1. S. 86-87. science-education.ru 703.pdf
Demin A.P. 2008. Izmenenie vodoemkosti ekonomiki v basseine r. Volgi [Change of water economy in the basin of river Volga] // Vodnye resursy Volgi: nastoiashchee i budushchee, problemy upravleniia. Sb. statei Vserossiiskoi nauchno-praktich. konf. 3-5 oktiabria 2007 g. Astrakhan'. S. 101-116.
Demin A.P., Ismaiylov G.Kh. 2003. Vodopotreblenie i vodootvedenie v basseine Volgi [Water consumption and water disposal in the basin of the Volga] // Vodnye resursy. T. 30. № 3. S. 366-380.
Georgiadi A.G., Koronkevich N.I., Milyukova I.P., Kashutina E.A., Barabanova E.A. 2014. Sovremennye i stsenarnye izmeneniya rechnogo stoka v basseinakh krupneishikh rek Rossii: Chast' 2. Basseiny rek Volgi i Dona [Contemporary and Scenario River Runoff Changes in the Largest River Basins of Russia: Part 2. The Volga and Don river basins]. M. MAKS Press. 216 s.
Georgiadi A.G., Koronkevich N.I., Milyukova I.P., Barabanova E.A., Kashutina E.A. 2017. Sovremennye i stsenarnye izmeneniya stoka Volgi i Dona [Contemporary and Scenario Changes of Volga and Don runoff] // Vodnoe Khozyastvo Rossii. № 3. S. 6-23.
Grigorieva I.L.,Komissarov A.B., Chekmariova E.A. 2018. Transformaciya kachestva vody' Ivankovskogo vodoxranilishha i ego malykh pritokov za mnogoletnij period pod vozdejstviem prirodny kh i antropogennykh faktorov [The change of water quality of Ivankovo reservoir and its tributaries in long term period under the pressure of anthropogenic and nature factors] // Voprosy' geografii. Sb. 145. Gidrologicheskie izmeneniya. M.: Izdatel'skij dom «Kodeks». S. 337-346.
Kachestvo poverkhnostnykh vod Rossiiskoi Federatsii. Ezhegodnik. 2016 [Quality of surface waters of the Russian Federation. Yearbook. 2016]. Rostov-na-Donu. 2017. 556 s.
Koronkevich N.I., Dolgov S.V. 2017. Stok s vodosbora kak istochnik diffuznogo zagriazneniia rek [Drainage from the catchment area as a source of diffuse pollution of rivers] // Voda i ekologiia: problemy i resheniia. № 4. S. 92-99.
Maksimova M.P. 1979. Kriterii antropogennogo evtrofirovaniia rechnogo stoka i raschet antropogennoi sostavliaiushchei biogennogo stoka rek [Criterions of anthropogenic eutrophication of river flow and calculation of anthropogenic component of nutrient runoff of rivers] // Vodnye resursy. № 1. S. 35-40.
Problemy kachestva vod Nizhnei Volgi i Severnogo Kaspiia. 2013. [Problems of the quality of the waters of the Lower Volga and the Northern Caspian]. M.: Tipografiia Rossel'khozakademii. 300 s.
Shaporenko S.I. 2015. Sovremennye tendentsii izmeneniia kachestva vody v reke Volge po gidrokhimicheskim pokazateliam [Modern trends of water quality change in the Volga River by hydrochemical indicators] // Fundamental'nye problemy vody i vodnykh resursov: Tr. Chetvertoi Vseross. nauchnoi konf. v mezhdun. uchastiem, Moskva, 15-18 sentiabria 2015 g. M.: IVP RAN. S. 209-211.
Subbotina Iu.M. 2011. Metody biologicheskoi ochistki stochnykh vod [Methods of biological wastewater treatment] // Uchenye zapiski Rossiiskogo gosudarstvennogo sotsial'nogo universiteta. № 6. S. 385-389.
Ust'evaia oblast' Volgi: gidrologo-morfologicheskie protsessy, rezhim zagriazniaiushchikh veshchestv i vliianie kolebanii urovnia Kaspiiskogo moria. 1998. [The mouth area of the Volga: hydrological and morphological processes, the regime of pollutants and the impact of fluctuations in the level of the Caspian Sea]. M.: GEOS. 280 s.
Voda Rossii. Rechnye basseiny. 2000. [Water of Russia. River basins] / Pod nauch. red. A.M. Cherniaeva. Ekaterinburg: AKVA-PRESS. 536 s.
Vodnyi kadastr Rossiiskoi Federatsii. Resursy poverkhnostnykh i podzemnykh vod, ikh ispol'zovanie i kachestvo. 2016. [Water cadastre of the Russian Federation. Surface and groundwater resources, their use and quality. Annual publication. 2015 year]. SPb.: OOO «Es Pe Kha». 164 s.
Vodnye resursy i vodnoe khoziaistvo v 2015 godu (Statisticheskii sbornik). 2016. [Water Resources and Water Management in 2015 (Statistical Digest)] / Pod red.: N.G. Rybal'skogo, A.D. Dumnova. M.: NIA-Priroda. 267 s.
Volzhskii bassein. Ustoichivoe razvitie: opyt, problemy, perspektivy. 2011. [The Volga basin. Sustainable development: experience, problems, prospects] / Pod red. G.S. Rozenberga. M.: Institut ustoichivogo razvitiia Obshchestvennoi palaty Rossiiskoi Federatsii / Tsentr ekologicheskoi politiki Rossii. 104 s.
Voronov, Iu. V., Iakovlev S.V. 2006.Vodootvedenie i ochistka stochnykh vod [Drainage systems and purification of sewage]. M.: ASV. 704 s.
Zaitseva I.S. 2001.Nekotorye regional'nye osobennosti ispol'zovaniia vodnykh resursov v sovremennoi Rossii [Some regional features of water resources use in modern Russia] // Izvestiia RAN. Seriia geograficheskaia. № 5. S. 17-27.
MODERN TRENDS IN WATER MANAGEMENT COMPLEX IN THE VOLGA RIVER BASIN AND WATER RUNOFF: THEIR POSSIBLE INFLUENCE ON THE HYDROCHEMICAL CHARACTERISTICS OF THE MOUTH ZONE
S. I. Shaporenko, A. G. Georgiadi
Institute of Geography RAS, Moscow, Russia 119017, Moscow, Staromonetniypereulok 29, e-mail: ser-shaporenko@yandex.ru
Long-term changes in the volume of water abstraction and wastewater emission of different categories of treatment and main pollutants in the Volga basin, as well as their flow with river waters, in the Verkhnee Lebiazh'ye gauging station are considered. It is shown, that long-term trends of unidirectional reduction (first sharp, and then relatively slow) of these indicators of water management activity prevail since the 1990s. At the same time with the 2-6 times reduction in the emission of organic and suspended solids, ammonium and nitrite nitrogen, phosphates, copper, and zinc the discharges of nitrates increased. This growth is associated with the
technological shortcomings in the operation of wastewater treatment facilities. The reduction of wastewater emission and pollutants does not unambiguously improve the water quality by each of the considered hydrochemical indicators (expressed in average annual and maximum concentrations) in the Verkhnee Lebiazh'ye gauging station. The mentioned anthropogenic changes occurred against the backgrounds of a long phase of increased values of mean annual and snow-melt flood runoff started in 1980s and the phase of their decreased values, which began in the 2000s. Interannual fluctuations and long-term trends in water runoff affect some of indicators of water management system. The runoff of most of biogenic and polluting dissolved substances through the Verkhnee Lebiazh'ye gauging station is largely determined by the annual amount of water flow, which caused the corresponding trends in the compounds of phosphorus, organic substances, phenols, copper, petroleum products since 1996. Due to the anthropogenic factor, the long-term trend of nitrate runoff is asynchronous with water flow.
Keywords: observed and conditional-natural water runoff, long-term phases of increased/decreased water runoff, indicators of water management, water quality, hydrochemical indicators, runoff of pollutants
