Экологическое состояние поверхности вод Кеть-Чулымского междуречья

Н.В. Румянцева

ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД КЕТЬ-ЧУЛЫМСКОГО МЕЖДУРЕЧЬЯ

Анализируется экологическое состояние поверхностных вод Кеть-Чулымского междуречья Томской области.

Качество поверхностных вод играет большую роль в туризме и рекреации, особенно их гидрохимический режим, характеристика которого для Кеть-Чулым-ского междуречья рассмотрена автором на основе анализа станций гидрохимических наблюдений Рос-гидрометслужбы. Характеристика гидрохимического режима поверхностных вод рассматриваемой территории приведена по материалам стационарных гидрохимических наблюдений. В качестве исходных использованы данные наблюдений за 2001-2005 гг. по 4 стационарным пунктам, расположенным на самых крупных реках Кеть и Чулым (с отбором проб воды в летнюю межень).

Формирование химического состава поверхностных вод происходит под воздействием разнообразных факторов, которые разделяются на следующие группы [1]:

- физико-географические (рельеф, климат, выветривание, почвенный покров);

- геологические (состав горных пород, тектоническое строение, гидрогеологические условия);

- физико-химические (химические свойства элементов, кислотно-щелочные и окислительно-восстановительные условия, смешение вод и катионный обмен);

- биологические (деятельность растений и живых организмов);

- антропогенные (все факторы, связанные с деятельностью человека).

Территория Кеть-Чулымского междуречья характеризуется разной степенью расчленения рельефа, наличием как слабопроницаемых подстилающих пород (глины, суглинки, торфы), так и хорошо проницаемых. В горизонтальном расчленении рельефа доминируют значения от 0,3-0,6 до 1,25 км/км2, а в вертикальном -от 0-10 до 20-40 м.

Вышеперечисленные факторы воздействия на состав природных вод определяют гидрохимический состав поверхностных вод.

Оценка состояния поверхностных водных объектов (реки Кеть и Чулым) приведена в сравнении с нормами предельно допустимых концентраций (ПДК) и ориентировочно безопасных уровней воздействия (ОБУВ) загрязняющих веществ для воды рыбохозяйственных водоемов и с учётом гигиенических требований к охране поверхностных вод [2, 4, 5], особенностей происхождения, питания, химизма и биологических процессов рек рассматриваемого региона.

Не представляется возможным оценить качество поверхностных вод по всем показателям, для которых определены предельно допустимые концентрации (более 900 веществ). Анализ российского и зарубежного опыта показывает, что выход из этой ситуации заключается в изучении содержания тех веществ, которые имеют наибольшее значение в формировании экологохимического состояния водных объектов.

Результаты физико-химического анализа проб поверхностных вод Кеть-Чулымского междуречья приведены в таблице.

Запах вод рек Кеть и Чулым имеет 1 балл при норме 2 балла. Запах воды вызывают летучие пахнущие вещества, поступающие в воду в результате процессов жизнедеятельности водных организмов, при биохимическом разложении органических веществ, при химическом взаимодействии содержащихся в воде компонентов, а также с сельскохозяйственными и хозяйственно-бытовыми сточными водами.

Цветность поверхностных вод обусловлена главным образом присутствием гумусовых веществ и соединений трехвалентного железа. Показатели цветности воды на водных объектах менялись от 10° до 60° при ПДК 200°.

Предельно допустимая величина цветности в водах, используемых для питьевых целей, составляет 35° по платиново-кобальтовой шкале. В соответствии с требованиями к качеству воды в зонах рекреации окраска воды не должна обнаруживаться визуально в столбике высотой 10 см.

Взвешенные вещества. В соответствии с требованиями к составу и свойствам воды водных объектов у пунктов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения содержание взвешенных веществ в результате спуска сточных вод не должно увеличиваться соответственно более, чем на 0,25 и 0,75 мг/дм3. Для водоемов, содержащих в межень более 30 мг/дм3 природных минеральных веществ, допускается увеличение концентрации взвешенных веществ в пределах 5%.

Величина рН воды является важным показателем качества вод. От величины рН зависит развитие и жизнедеятельность водных растений и организмов, устойчивость различных форм миграции элементов. Величина рН также влияет на процессы превращения различных форм биогенных элементов, изменяет токсичность загрязняющих веществ.

Воды р. Чулым характеризуются как нейтральные и слабощелочные (6,65-8,12 ед. pH). Воды р. Кеть характеризуются как нейтральные, слабощелочные и щелочные (7,25-10,06 ед. pH).

Значение pH в речных водах в основном варьирует в пределах 6,5-8,5 и только в р. Кеть в пробе воды в 2001 г. составляла 10,06 ед. рН. Концентрация ионов водорода подвержена сезонным колебаниям. Зимой величина pH для большинства речных вод составляет 6,8-7,4, летом -7,4-8,2. Величина pH природных вод определяется в некоторой степени геологией водосборного бассейна.

В соответствии с требованиями к составу и свойствам воды водоемов у пунктов питьевого водопользования, воды водных объектов в зонах рекреации, а также воды водоемов рыбохозяйственного назначения величина pH не должна выходить за пределы интервала значений 6,5-8,5.

Результаты физико-химического анализа проб воды рек Кеть и Чулым

№ про- бы Наименование компонентов Места отбора проб ПДК для рыб.-хоз. водоемов

Река Чулым с. Тегульдет Река Чулым с. Батурино Река Чулым с. Зырянское Река Кеть д. Волково

11 Запах, баллы 1 1 1 1 2

22 Цветность, градусы 10-60 15-30 16-40 19,8-40 200

33 Взвешенные вещества, мг/л 8,3-24,6 21-57,5 8,1-56,2 7,90-85,3 Нет норм

44 Водородный показатель рН, ед-рН 6,93-8,12 7,05-7,92 6,65-7,50 7,25-10,06 6,5-8,5

55 Растворённый кислород (О2), мг/л 8,01-12,01 7,42-8,50 6,60-11,18 7,06-10,7 Не<4,0

66 Магний (Mg2+), мг/л 0,5-10,5 2,2-8,3 2,7-10,5 0,7-17,8 40,0

77 Хлорид-анион (С1-), мг/л 0,8-3,7 0,6-1,6 0,7-9,1 0,8-15,2 300

88 Сульфат-анион (8042-), мг/л 3,3-34,0 3,6-29,3 4,0-29,1 5,5-130,7 100

99 Минерализация, мг/л 92,4-188,1 90,5-216,5 83,3-226,3 1,7-165,1 1000

110 Жесткость общая, мг-экв/л 1,23-2,46 1,02-2,71 1,08-2,10 1,43-84,8 10,0

111 Кальций (Са2+), мг/л 14,8-33,1 16,8-41,4 14,8-37,7 15,5-25,2 180

112 Окисляемость бихро-матная - химическое потребление кислорода ХПК, мг/л 7,6-25,7 0,9-29,3 13,3-26,5 1,18-70,0 30

113 Биохимическое потребление кислорода БПК5, мг/л 0,91-2,98 1,26-2,32 1,20-2,61 0,85-1,36 ,0

114 Аммоний-ион (МИ4), мг/л 0,02-1,05 0,01-0,36 0,13-1,18 0,007-0,67 0,5

115 Нитрит-анион (Ы02-), мг/л 0,01-0,056 0,001-0,008 0,002-0,004 0,001-0,03 0,08

116 Нитрат-анион (Ы03-), мг/л 0,04-0,12 0,01-0,59 0,01-0,15 0,01-0,26 40,0

117 Фосфор фосфатов ((Р)Р043-), мг/л 0,011-0,052 0,015-0,048 0,028-0,070 0,024-5,7 2,0

118 Кремний (81), мг/л 2,3-3,5 0,8-5,0 1,8-4,2 0,1-6,5 10

119 Железо общее (Бе), мг/л 0,02-0,32 0,01-0,57 0,01-0,31 0,05-1,48 0,1

220 Нефтепродукты, мг/л 0,10-1,06 0,14-0,46 0,27-0,63 0,12-0,54 0,05

Растворённый кислород. В поверхностных водах содержание растворенного кислорода варьирует в пределах от 6,6 до 12,01 мг/л при норме не более 4,0 и подвержено сезонным и суточным колебаниям. Суточные колебания зависят от интенсивности процессов его продуцирования и потребления и могут достигать

2,5 мг/л растворенного кислорода. В зимний и летний периоды распределение кислорода носит характер стратификации. Дефицит кислорода чаще наблюдается в водных объектах с высокими концентрациями загрязняющих органических веществ и в эвтрофирован-ных водоемах, содержащих большое количество биогенных и гумусовых веществ.

Концентрация кислорода определяет величину окислительно-восстановительного потенциала и в значительной мере направление и скорость процессов химического и биохимического окисления органических и неорганических соединений. Кислородный режим оказывает глубокое влияние на жизнь водоема. Минимальное содержание растворенного кислорода, обеспечивающее нормальное развитие рыб, составляет около

5 мг/л, понижение его до 2 мг/л вызывает массовую гибель (замор) рыбы. Неблагоприятно сказывается на состоянии водного населения и пересыщение воды ки-

слородом в результате процессов фотосинтеза при недостаточно интенсивном перемешивании слоев воды.

В соответствии с требованиями к составу и свойствам воды водоемов у пунктов питьевого и санитарного водопользования содержание растворенного кислорода в пробе, отобранной до 12 ч дня, не должно быть ниже 4 мг/л в любой период года; для водоемов рыбохозяйственного назначения концентрация растворенного в воде кислорода не должна быть ниже 4 мг/дм3 в зимний период (при ледоставе) и 6 мг/л - в летний.

Биогенные элементы. Среди многочисленных факторов, обусловливающих качество воды в природных водоемах, одним из основных является содержание биогенных веществ, поступающих в водоемы с речным стоком, атмосферными осадками. К биогенным относят вещества, связанные своим происхождением с жизнедеятельностью водных организмов; присутствие же этих веществ в воде, в свою очередь, определяет возможность существования организмов. Биогенными элементами являются неорганические соединения азота (нитриты, нитраты), фосфор (фосфаты), кремний, железо в различных соединениях - необходимые для жизни растений питательные вещества, усваивающиеся в процессе фотосинтеза.

Нитритный азот (N02”) - неустойчивая неорганическая азотосодержащая форма, образующаяся в результате первой стадии нитрификации аммонийного азота. По данному показателю поверхностные воды рек Кеть и Чулым можно отнести к классу удовлетворительно чистых (менее 0,06 мг/л) [3]. Содержание нит-ритных ионов в природных водах незначительно (в большинстве случаев менее 0,56 мг/л) и во всех пробах не превышает ПДК.

Нитратный азот (N03“) - неорганическая азотосодержащая форма, являющаяся конечным продуктом минерализации органического вещества и важным санитарным показателем. Все значения, полученные в результате анализов проб воды (см. таблицу), указывают на то, что содержание нитратных ионов в природных водах незначительно (в большинстве случаев менее 0,59 мг/л) и во всех пробах не превышает ПДК. Присутствие нитратов в концентрациях менее 0,5 мг/л не вызывает нарушения биохимических процессов в водоеме. Предельно допустимые концентрации нитратов в природных водах составляют 40 мг/л.

Содержание соединений фосфора зависит от соотношения интенсивности процессов фотосинтеза и биохимического окисления органических веществ. Концентрация фосфора фосфатов во всех отобранных пробах не превышает ПДК (2 мг/л), кроме отобранной пробы воды в р. Кети у деревни Волково в 2001 г. (5,7 мг/л).

Кремний во всех отобранных пробах не превышает

6,5 мг/л ниже ПДК (10 мг/л).

Железо в поверхностных природных водах находится в растворенном и коллоидном состоянии. Растворенное железо представлено соединениями двухвалентного и трехвалентного железа, находящимися в ионной форме, в виде гидрокомплексов и комплексов с растворенными неорганическими и органическими веществами природных вод. Превышение ПДК по содержанию железа наблюдается во всех отобранных пробах. Объяснить это можно, вероятно, тем, что при общих высоких региональных кларках этих элементов во вмещающих породах и подземных водах Западной Сибири [3] на уровне поверхностных вод в восстановительной обстановке при недостатке свободного кислорода созданы оптимальные условия для появления растворимых и легко мигрирующих двухвалентных форм железа. Появлению таких форм способствует также наличие органики, фульво- и гуминовые кислоты образуют с железом растворимые комплексные соединения.

Нефтепродукты. Повышенное содержание нефтепродуктов наблюдается во всех точках пробоотбора. Учитывая, что применяемые методы анализа определяют углеводороды как природного, так и техногенного происхождения, можно сделать вывод, что поверхностные воды рассматриваемых рек имеют повышенный естественный фон по углеводородам. Высокое содержание природных углеводородов определяется трофическим статусом водных объектов и, в целом, характерно для поверхностных вод региона.

Неорганические вещества. Сульфат-анион, хлорид-анион и катионы кальция, магния являются основной частью всей минерализации природной воды и своим происхождением тесно связаны с почвами и по-

родами, с которыми соприкасается вода, и из которых выщелачивает их.

Сульфаты присутствуют практически во всех поверхностных водах и являются одними из важнейших анионов. Ионная форма 804- характерна только для маломинерализованных вод. При увеличении минерализации сульфатные ионы склонны к образованию устойчивых ассоциированных нейтральных пар типа Са804, MgS04. Содержание сульфат-анионов в природных водах незначительно (в большинстве случаев менее 69,6 мг/л) и только в пробе воды в р. Кети в 2001 г. составляла 130,7 мг/л при ПДК 100мг/л.

Хлориды являются преобладающим анионом в высокоминерализованных водах. В отличие от сульфатных и карбонатных ионов хлориды не склонны к образованию ассоциированных ионных пар. Из всех анионов хлориды обладают наибольшей миграционной способностью, что объясняется их хорошей растворимостью, слабовыраженной способностью к сорбции взвешенными веществами и потреблением водными организмами. Концентрации хлоридов и их колебания могут служить одним из критериев загрязненности поверхностных вод. Содержание хлорид анионов в природных водах незначительно (в большинстве случаев менее 15,2 мг/л) при ПДК 300 мг/л.

Жесткость природной воды зависит главным образом от наличия в ней растворенных солей кальция и магния, суммарное содержание этих солей называют общей жесткостью. Концентрация магния во всех отобранных пробах изменяется в пределах 0,5-17,8 мг/л при ПДК 40 мг/л, концентрация кальция во всех отобранных пробах изменяется в пределах 14,8-41,4 мг/л при ПДК 180 мг/л. Поверхностные воды имеют в основном показатели общей жесткости от 1,02 до 2,71 мг-экв/л; такую воду с жёсткостью до 4 мг-экв/л принято считать мягкой, и только в 2001 г. в р. Кеть общая жёсткость составляла 84,8 мг-экв/л при ПДК 10 мг-экв/л.

Минерализация. Минерализация поверхностных вод изменяется в пределах 1,7-226,3 мг/л. В соответствии с гигиеническими требованиями к качеству питьевой воды суммарная минерализация не должна превышать величины 1000 мг/л.

Аммоний. Содержание ионов аммония в поверхностных водах варьирует в интервале от 0,01 до 1,18 мг/л при ПДК 0,5 мг/л. Повышенные концентрации аммония в р. Чулым наблюдались в отобранных пробах воды в 2002 г. и изменялись в пределах 1,05-1,18 мг/л, в р. Кети повышенные концентрации аммония наблюдались в 2002 г. (0,66 мг/л) и 2005 г. (0,67 мг/л).

Концентрация аммония в питьевой воде не должна превышать 2 мг/л по азоту. Присутствие в незагрязненных поверхностных водах ионов аммония связано главным образом с процессами биохимической деградации белковых веществ. Повышенная концентрация ионов аммония может быть использована в качестве индикаторного показателя, отражающего ухудшение санитарного состояния водного объекта, процесса загрязнения поверхностных вод.

Окисляемость бихроматная (ХПК) даёт представление о количестве кислорода, требующемся для окисления практически всех органических веществ, находящихся в воде. В пробах воды окисляемость би-

хроматная изменяется в пределах 0,9-70,0 мг/л при ПДК 30 мг/л. Повышенная бихроматная окисляемость наблюдалась в водах р. Кеть в 2002 г. (38,5 мг/л), в 2004 г. (70,0 мг/л), в 2005 г. (36,7 мг/л).

В соответствии с требованиями к составу и свойствам воды водоемов у пунктов питьевого водопользования величина ХПК не должна превышать 15 мг О/дм3; в зонах рекреации в водных объектах допускается величина ХПК до 30 мг О/дм3.

Величины окисляемости природных вод изменяются в пределах от долей миллиграммов до десятков миллиграммов в литре в зависимости от общей биологической продуктивности водоемов, степени загрязненности органическими веществами и соединениями биогенных элементов, а также от влияния органических веществ естественного происхождения, поступающих из болот, торфяников и т.п.

Биохимическое потребление кислорода БПК5 (биохимическая потребность в кислороде за 5 сут) изменяется в пределах 0,85-2,98 мг/л при ПДК 2,0 мг/л. Повышенное содержание БПК5 наблюдалось в пробах воды р. Чулым в 2001 г. (2,05мг/л), в 2003 г. (2,98 мг/л), в 2004 г. (2,18-2,31), в 2005 г. (2,31-2,61 мг/л).

В поверхностных водах величины БПК5 изменяются обычно в пределах 0,5-4 мг 02/дм3 и подвержены сезонным и суточным колебаниям. В зависимости от категории водоема величина БПК5 регламентируется следующим образом: не более 3 мг 02/дм3 для водоемов хозяйственно-питьевого водопользования и не более

6 мг 02/дм3 для водоемов хозяйственно-бытового и культурного водопользования [3].

На основании наблюдений Росгидрометслужбы за период с 2001 по 2005 г. можно сделать следующие выводы:

- с гидрохимической точки зрения характеризуются как пресные, гидрокарбонатные, кальциевые, нейтральные, слабощелочные и щелочные воды;

- превышение ПДК, наблюдаемое повсеместно для железа общего, определяется природными гидрогеохимическими особенностями и является повсеместным для всей территории бассейна Средней Оби;

- повышенное содержание такого компонента, как нефтепродукты, может быть обусловлено природными гидрогеохимическими процессами.

В целом состояние поверхностных водотоков рассматриваемой территории можно считать удовлетворительным, концентрации большинства определяемых веществ находятся в пределах ПДК для рыбохозяйственных водоёмов (включая требования СанПиН 2.1.5980-00, ГН 2.1.5.689-98 с дополнениями, ГОСТ 2761-84) либо сопоставимы с региональными кларками поверхностных вод Среднего Приобья. Характерное для всех поверхностных водотоков превышение ПДК по содержанию в воде железа и нефтепродуктов обусловлено природными факторами.

В аспекте использования для рекреации и туризма поверхностные воды Кеть-Чулымского междуречья оцениваются как удовлетворительные.

ЛИТЕРАТУРА

1. Временные рекомендации для городов и посёлков, где отсутствуют наблюдения за загрязнением атмосферы от 28.01.2005 г. Росгидромет.

С. 4.

2. ГОСТ 2761-84. Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения: Гигиенические, технические требования и правила

выбора. Введ.1984-11-27. М.: Изд-во стандартов, 1987. 12 с.

3. Гусева Т.В., МолчановаЯ.П., Заика Е.А. и др. Гидрохимические показатели состояния окружающей среды: Справочные материалы. Эколайн,

2000. С. 8-16.

4. Перечень рыбохозяйственных нормативов: предельно допустимых концентраций (ПДК) и ориентировочно безопасных уровней воздействия

(ОБУВ) вредных веществ для воды водных объектов, имеющих рыбохозяйственное значение. М.: Изд-во ВНИРО, 1999. 304 с.

5. Сан ПиН 2.1.5.980-00. Гигиенические требования к охране поверхностных вод. Введ. 2001-01-01. М.: Федеральный центр Госсанэпиднадзо-

ра Минздрава России, 2000. 24 с.

Статья представлена научной редакцией «Науки о Земле» 5 октября 2007 г.