Факторы формирования качества воды в искусственном водоеме

ФАКТОРЫ ФОРМИРОВАНИЯ КАЧЕСТВА ВОДЫ В ИСКУССТВЕННОМ ВОДОЕМЕ.

Е.И. Шаврак

ГОУ ВПО ЮРГТУ

Рассмотрены факторы формирования качества воды в искусственных водоемах и критерии их значимости. Проведена идентификация этих факторов для Цимлянского водохранилища.

Factors of water quality forming in artificial reservoirs and criteria of their importance have been considered. Identification of these factors for Zymliansk reservoir has been conducted.

Мировые тенденции использования водных ресурсов свидетельствуют о том, что пресная вода в XXI в. станет важнейшим дефицитным ресурсом. В условиях ее неравномерного естественного распределения важную роль играют искусственные водоемы. Бесперебойное функционирование водно-хозяйственных комплексов на базе водохранилищ возможно только при соответствующем качестве воды, управление которым является одной из основных задач, обозначенных в Водной стратегии России. Качество воды складывается под действием комплекса взаимосвязанных факторов, рассматриваемого в данной работе.

1. Классификация факторов, формирующих качество воды.

В качестве классификационных признаков использованы происхождение фактора, т.е. источник его возникновения, и природа, т.е. силы, лежащие в основе совершающихся процессов. От происхождения фактора зависит степень его управляемости, от природы - технологические аспекты управления. В качестве основных источников происхождения рассматривались природная среда и антропогенная деятельность. Специфической особенностью природных факторов, действующих на территории искусственного водоема, является их природно-антропогенное происхождение. Это объясняется тем, что водохранилища могут быть отнесены к природным объектам, измененным в результате хозяйственной деятельности. Степень управляемости природно-антропогенных факторов, в отличие от антропогенных, минимальна.

В соответствии с природой влияния на качество воды выделены химические, физические, механические и биологические факторы. Химические процессы, включающие в себя ионообменные, окислительно-восстановительные реакции, комплексообра-зование, протекают как в гомогенной, так и в гетерогенной среде, при контакте атмосферного воздуха или твердой фазы с водой. Благодаря этим процессам формируется химический состав воды. Влияние физических факторов связано с климатическими условиями, гравитационными силами, параметрическим воздействием и способствует удалению из водных растворов взвешенных или летучих веществ. Механические факторы проявляются, в основном, в перемещении масс воды относительно друг друга и сопряженных с этим процессах. Это приводит к формированию пространственно/временных закономерностей изменения качества воды. Роль биологических факторов при формировании состава воды определяется состоянием продукционно-деструкционного баланса в экосистеме водоема, а также микробиологическим загрязнением, Классификация факторов, обусловливающих качественные показатели водных ресурсов, приведена в таблице 1.

Таблица 1

Классификация факторов, формирующих качество воды искусственного водоема.

Природа фактора Происхождение фактора

Природноантропогенные факторы Антропогенные факторы

Химическая Гидрохимический режим речного стока, подземных вод, состав осадков, характер грунтов в зоне затопления и подтопления, состав донных отложений Загрязнение воды, берегов и территории водосбора отходами водохозяйственной деятельности, природоохранные мероприятия

Физическая Физико-географические характеристики водохранилища, термический и ледовый режимы, седиментационные процессы. Параметрические загрязнения (шум, вибрация, электромагнитное, тепловое и радиационное воздействие),.

Механическая Интенсивность водообмена, колебания уровня воды, течения, ветровые волнения, береговая эрозия Техногенное разрушение берегов

Биологическая Гидробиологический режим водоема, продукционно-деструкционные бихимические процессы. Микробиологическое загрязнение воды, изменение видового состава гидробиоты

2. Критерии значимости факторов, формирующих качество воды.

Управление качеством воды затрагивает только те факторы, на которые можно воздействовать извне. С целью выбора приоритетных направлений деятельности необходимо оценить уровень масштабности, регулируемости, затратности и срочности каждого фактора.

Масштабность фактора. При установлении масштабов фактора рассматривают пространственно/ временные границы его влияния на качество воды: действует ли он на небольшой площади (например, в пределах территории предприятия-водопользователя), в рамках определенного участка водоема, на территории всего водохранилища или его действие распространяется и на водохозяйственные комплексы, расположенные ниже по течению. Затем устанавливают количественные характеристики фактора, например, массу привнесенных загрязняющих веществ (в том числе, с учетом класса опасности загрязнителей); массу испаряющейся воды; масштабы переформирования берегов, и т.д. В завершение этого этапа определяется весомость вклада рассматриваемого фактора в изменение качественного состояния водных ресурсов.

Регулируемость фактора. На этом этапе устанавливают факт наличия или отсутствия разрешительной документации на рассматриваемые виды воздействий, уровень отклонения количественных характеристик этих воздействий от нормативных. Оперативность регулирующих действий по отношению к рассматриваемому фактору зависит во многом от продолжительности его воздействия и от возможности обнаружения результатов воздействия при визуальной оценке.

Затратность мероприятий по снижению воздействия фактора. Оценивают средства, уже затраченные на возмещение ущерба, нанесенного состоянию водоема под воздействием анализируемого фактора. Рассматривают затраты на применение

более совершенных технологий для снижения негативного влияния воздействия; на возмещение вреда здоровью людей, на проведение комплекса работ по восстановлению состояния водоема до фонового уровня.

Степень срочности регулирующих мероприятий. Степень срочности мероприятий по отношению к рассматриваемому фактору зависит от уровня его влияния на качество воды и угрозы жизни и здоровью людей, от результатов проверки соответствующих контролирующих органов, от технического состояния предприятий водохозяйственного комплекса.

Для каждого конкретного показателя (масштабность, регулируемость, затратность и срочность) может быть разработана своя квалиметрическая шкала. Путем суммирования соответствующих значений определяют значимость воздействия всех рассматриваемых факторов и проводят их ранжирование. На основании ранжирования выбираются факторы, воздействие на которые приведет к максимальному улучшению качества водных ресурсов.

3. Факторы формирования качества воды в Цимлянском водохранилище.

Цимлянское водохранилище (ЦВ) создано в 1952 году в русле реки Дон. Его водохозяйственный комплекс включает в себя предприятия жилищно-коммунальной и рекреационной сферы, объекты атомной и гидроэнергетики, водный транспорт. Вода ЦВ используется для орошения свыше 480 тыс.га сельхозугодий [1]. ЦВ является одним из наиболее рыбопродуктивных водоемов России. Мониторинг состояния ЦВ осуществляет ФГУ «Управление водными ресурсами Цимлянского водохранилища» (ФГУ «УВРЦВ»). Качество воды ЦВ на протяжении последних лет стабильно, вода является умеренно загрязненной. Основными загрязнителями являются марганец, БПК5, медь и нефтепродукты.

3.1. Идентификация основных факторов формирования качества воды ЦВ.

Основными природно-антропогенными химическими факторами, определяющими качество воды ЦВ, являются количественный и качественный состав воды, поступающей с речными стоками и аккумулированной в водохранилище. Главная роль в речном стоке принадлежит р.Дон и незначительная - боковой приточности. Антропогенное химическое загрязнение ЦВ представлено ливневыми стоками г. Волгодонска и поступающими с территории Волгодонской АЭС коллекторно-дренажными водами. Водный транспорт является источником загрязнения ЦВ нефтепродуктами.

Природно-антропогенные факторы физической природы проявляют себя через климатические условия и седиментационные процессы. Для ЦВ характерна значительная испаряемость, превышающая 1000 мм в год и влияющая в летнее время на количество и качество цимлянской воды. Морфологические особенности ЦВ, особенно наличие Нижне-Чирского расширения в верхней части, способствуют седимен-тационным процессам на этом участке, что приводит к уменьшению содержания в воде грубодисперсных взвешенных веществ. Антропогенное загрязнение ЦВ представлено тепловым воздействием со стороны Волгодонской АЭС, проявляющимся в дополнительном испарении 20 млн м3воды в год (при работе одного блока).

Природно-антропогенные факторы механической природы являются определяющими в процессах смешения речного стока с водами, аккумулированными в водохранилище. Коэффициент водообмена ЦВ 1,05, что способствует трансформации речного гидрохимического и гидробиологического режима в режим, характерный для озер, со всеми вытекающими из этого последствиями [3]. Особенно это характерно для При-плотинного участка ЦВ. Помимо этого, разрушение берегов, обусловленное механиче-

ским воздействием как природного, так и антропогенного происхождения, приводит к переходу загрязняющих веществ из почвы в воду. За 56 лет существования ЦВ протяженность береговой линии увеличилась по причине эрозии на 24 км. Ежегодно смывается в водохранилище около 55 тыс.т плодородной почвы, содержащей минеральные соли и биогенные элементы.

Биологические факторы формирования качества воды определяют степень эвтро-фикации водоема, а также, наряду с седиментационными процессами, его способность к самомочищению. Состояние кислотно-основного баланса воды ЦВ (рН>8,3±0,3) свидетельствует о преобладании продукционных процессов. Динамика показателя БПК5/ХПК позволяет судить об уменьшении интенсивности процессов самомочище-ния. В ЦВ сложились благоприятные условия для развития высокотоксичных сине-зеленых водорослей. В 2006 году их концентрация в районе г. Волгодонска составила 10000 г/м3. В целях борьбы с этим негативным явлением в 2006-2008 гг была проведена альголизация ЦВ.

3.2. Характеристика факторов химического загрязнения ЦВ.

На основании официальных данных за 2008 г., предоставленных ФГУ «УВРЦВ», были проанализированы следующие характеристики основных источников загрязнения ЦВ: объемы годового стока и концентрации загрязняющих веществ (ЗВ), превышающие ПДК для рыбохозяйственных водоемов. В соответствии с [4] рассчитывали сверхнормативные (свыше ПДК) массы ЗВ (тыс.т), согласно [2] определяли сверхнормативную токсическую опасность этих ЗВ (млн ед.ПДК). Результаты, приведенные в таблице 2, позволяют сделать вывод, что основным фактором химического загрязнения ЦВ является состав воды Верхнего Дона. Среди антропогенных факторов наиболее масштабными являются водный транспорт и ливневая канализация г. Волгодонска. Таким образом, решение проблемы качества воды ЦВ должно включать в себя как улучшение качества воды Верхнего Дона, так и предотвращение попадания в ЦВ сверхнормативного загрязнения от водного транспорта и ливневой канализации.

Таблица 2.

Характеристика факторов сверхнормативного загрязнения ЦВ

Фактор, способствующий сверхнормативному загрязнению воды ЦВ Пространствееные границы действия фактора Регулируемость фактора оценка массы сверхнормативного загрязнения оценка токсичности сверхнормативного загрязнения

тыс.т % от общей массы млн ед.ПДК % от общей токсичности

Сток р. Дон Весь водоем Отс. 8,733 2,08 111 600 000 91,12

Сток рек боковой приточно-сти Устье рек Отс. 408,333 97,64 10 700 000 8,74

Разрушение берегов Прибрежная зона Отс. 1,1 0,26 7680 0,006

Водный транспорт Весь водоем Рег. 0,008 0,002 160 000 0,13

Окончание табл 1.

Ливневая канализация г. Волгодонска Приплотин-ный участок Per. 0,061 0,015 6 648 0,005

Коллекторно-дренажные воды ВоАЭС Приплотин-ный участок Per. 0,038 0,009 424

Всего 418,207 100 122 474 452 100

Выводы.

1. Предложена классификация факторов формирования качества поверхностных вод.

2. Рассмотрены критерии значимости этих факторов.

3. Идентифицированы факторы формирования качества воды ЦВ.

Полученные результаты могут быть использованы для управления качеством водных ресурсов.

Литература.

1. Гидрометеорологический режим озер и водохранилищ СССР. Цимлянское, водораздельные и Манычские водохранилища.. М., Гидрометеоиздат, 1977

2. Лотош В.Е. Суммарная экологическая оценка эффективности мероприятий по защите водного бассейна//Экологические системы и приборы. 2002. №1, с. 2-8.

3. Михайлов В.Н., Добролюбов А.Д., Добролюбов С.А. Гидрология..М., «Высшая школа», 2008

4. «Методика исчисления размера вреда, причиненного водным объектам вследствие нарушения водного законодательства». утв. Приказом МПР 13 апреля 2009 г.

Ключевые слова: факторы, формирование, качество, искусственный водоем, классификация, значимость, управление.

Keywords: factors, forming, quality, artificial reservoir, classification, importance, management.

Рецензент - Фесенко Лев Николаевич, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Водное хозяйство предприятий и населенных мест» ГОУВПО ЮРГТУ.