Химический состав воды Воткинского кодохранилища в условиях современной техногенной нагрузки

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ВОДЫ ВОТКИНСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА В УСЛОВИЯХ СОВРЕМЕННОЙ ТЕХНОГЕННОЙ НАГРУЗКИ

Китаев А.Б, Рочев А.В.

Пермский государственный университет

Для характеристики особенностей гидрохимического режима Воткинского водохранилища в современных условиях проанализированы материалы гидрохимических съемок водоема, выполненные в год, близкий по водности к среднему из пятилетия. В настоящее время наблюдения за химическим составом воды исследуемого водоема ведутся ГУ «Пермский ЦГМС» в створах:

• Два створа в районе расположения Пермского промышленного комплекса;

• Створ ниже г.Перми (в районе с.Ниж.Мулы);

• Два створа в районе Краснокамского промышленного комплекса (ниже и выше города);

• Створ в районе г.Оханска;

• Створ в районе г.Елово;

• Створ в приплотинной части водоема (в непосредственной близости от г.Чайковского).

Общая минерализация. Фаза зимней сработки водохранилища характеризуется колебаниями суммы ионов в пределах г.Перми - от 310 до 430 мг/л. В створе ниже промышленных выбросов города максимальная величина минерализации вод составила 530 мг/л. Вниз по течению величина суммы ионов постепенно снижалась. Ее максимальное значение ниже г.Краснокамска достигло 440 мг/л, в районе г.Оханска - 390 мг/л, в приплотинной части водоема - 375 мг/л.

В период весеннего наполнения водохранилища, в связи с поступлением в него маломинерализованных талых вод с водосбора, величина суммы ионов в водоеме заметно снизилась. В рассматриваемых створах она была равна: 78105-101-82-79-83-92-95 мг/л. Приведенные величины минерализации воды свидетельствуют о малой амплитуде ее колебаний по длине водохранилища. Сами же величины суммы ионов являются минимальными в годовом аспекте.

Фаза летне-осенней стабилизации уровня воды в водоеме характеризуется повышенными величинами минерализации вод в районе г.Перми и в створе ниже его промышленных выбросов. Максимальные величины суммы ионов в отмеченных створах достигали 380 мг/л. По длине водохранилища наблюдалось уменьшение минерализации вод. Так, ниже г.Краснокамска она составила 200 мг/л, в районе г.Оханска - 200 мг/л, у с.Елово - 160 мг/л, а в приплотинной части водоема - 130 мг/л. Таким образом, произошло снижение минерализации вод практически в 3 раза.

Превышения ПДК по общей минерализации в рассматриваемом году ни в одной из частей водохранилища отмечено не было. Правда, следует отметить, что наиболее загрязненные струи воды, особенно в период зимней сработки водоема, движутся в придонном горизонте вод. Следовательно, приведенные вы-

ше значения суммы ионов, характеризующие поверхностный горизонт, не в полной мере позволяют оценить существующую картину загрязнения вод водохранилища. Величины минерализации вод, как и других компонентов химического состава в придонных слоях водоема могут оказаться в 1,5, а, возможно, и в 2 раза выше их значений, зафиксированных в поверхностном горизонте.

Гидрокарбонаты. Данный компонент химического состава воды является природным и в силу этого характеризуется достаточной устойчивостью и постоянством. В период зимней сработки водохранилища его колебания по длине водоема невелики. Максимальная его концентрация составила - 100-130 мг/л. Лишь в створе ниже г.Перми она была равна 150 мг/л. Во время весеннего наполнения водохранилища содержание гидрокарбонатов заметно снизилось и было минимальным в году. Тенденция постоянства по длине водоема сохранилась. В районе г.Перми содержание гидрокарбонатов в воде составило - 39-46 мг/л, в районе г.Краснокамска - 37-40 мг/л, в остальной же части водохранилища оно колебалось от 42 до 49 мг/л. Фаза летне-осенней стабилизации уровня воды характеризуется невысокими величинами концентрации гидрокарбонатов. Их содержание в это время несколько выше, чем весной при наполнении водоема, но ниже, чем во время зимней сработки. Тенденция постоянства содержания гижрокарбонатов по длине водоема присутствует и в эту фазу водного режима водохранилища. Однако, такой четкой картины, как в другие фазы режима водоема, в летне-осенний период не отмечается. В районе Пермско-Краснокамского промышленного комплекса концентрация гидрокарбонатов была 70-110 мг/л, ниже по течению - 50-80 мг/л.

Гидрокарбонаты являются основным компонентом химического состава вод водохранилища во все фазы его водного режима.

Сульфаты. Содержание данного компонента химического состава воды в водохранилище следует рассматривать как результат совместного действия природных и техногенных факторов. Это подтверждается анализом материалов гидрохимических съемок исследуемого водоема. Так, в период зимней сработки водохранилища максимальная величина концентрации сульфатов во входном створе водоема была 42 мг/л, ниже Пермского промышленного комплекса

- 120 мг/л, выше г.Краснокамска - 67 мг/л, ниже Краснокамского промузла - 86 мг/л. Далее вниз по течению содержание сульфатов снизилось до 70 мг/л. В приплотинной же части водоема в непосредственной близости от г.Краснокамска содержание компонента вновь возросло - до 93 мг/л. Таким образом, в зимний период по длине водохранилища отмечалось довольно пестрая картина содержания сульфатов. Во время весеннего наполнения водохранилища картина изменения содержания сульфатов по длине водоема была несколько иной, хотя роль техногенного фактора прослеживалась и в это время. Во входном створе водохранилища их концентрация достигала 12 мг/л, ниже г.Перми -24 мг/л. Далее вниз по течению содержание сульфатов снизилось и характеризовалось постоянством. Их изменения были в пределах от 10 до 14 мг/л. Влияние г.Краснокамска и г.Чайковского в весеннее время было слишком минимально. В летне-осенний период концентрация сульфатов повысилась по сравнению с фазой весеннего наполнения водоема, но была ниже, чем в период

зимней сработки. Влияние выбросов промышленных стоков в этот период в водохранилище довольно четко выражено. Так, во входном створе водоема их концентрация достигала 37 мг/л, ниже г.Перми - 91 мг/л. Далее вниз по течению содержание сульфатов постепенно снижалось: от 79 мг/л в районе г.Краснокамска, дл 50 мг/л - у г.Оханска, до 43 мг/л - у с .Елово и до 24 мг/л -в приплотинной части водохранилища.

Превышений ПДК по содержанию сульфатов ни в одну из фаз водного режима отмечено не было.

Хлориды как компонент химического состава вод Камского (в большей мере) и Воткинского водохранилищ является в основном результатом воздействия на водоемы техногенного фактора. Это подтверждается и материалами гидрохимических съемок и в исследуемом году.

В период зимней сработки водохранилища содержание хлоридов было повышенным в районе как Пермского, так и Краснокамского промышленных комплексов. Так, максимальная величина концентрации хлоридов у г.Перми и ниже его была - 90-99 мг/л, у г.Краснокамска она составила 92 мг/л (выше города) и 99 мг/л (ниже города). Вниз по течению от промышленных комплексов содержание хлоридов постепенно снижалось и было 82 мг/л у г.Оханска и 61 мг/л - в приплотинной части водохранилища. Концентрация хлоридов в данную фазу водного режима водоема, как и других основных ионов химического состава вод, было максимальным в году. Во время весеннего наполнения водохранилища содержание хлоридов было существенно ниже, чем в зимний период и характеризовалось заметным постоянством по длине водоема. Так, в районе г.Перми оно было 5-7 мг/л, у г.Краснокамска - 6-7 мг/л, у г.Оханска - 8 мг/л, у с.Елово - 6 мг/л, а в приплотинной части - 9 мг/л. Влияние техногенного фактора в эту фазу водного режима не существенно. В летне-осенний период концентрация хлоридов заметно выше, чем весной, но ниже, чем во время зимней сработки водоема. Сильное влияние техногенного фактора отмечено в районе г.Перми. Так, во входном створе водохранилища содержание хлоридов было 26 мг/л, в районе г.Перми и ниже его - 63-64 мг/л, выше г.Краснокамска - 50 мг/л, ниже города - 25 мг/л (то есть влияние Краснокамского промузла отсутствует), у г.Оханска - 22 мг/л, у с.Частые - 20 мг/л и в приплотинной части водоема - 11 мг/л. Таким образом, в фазу летне-осенней стабилизации уровня воды в водохранилище, как и во время его зимней сработки, присутствует тенденция снижения концентраций хлоридов от района выклинивания подпора (а точнее от района расположения Пермско-Краснокамского промышленного комплекса) к приплотинному участку.

Превышений ПДК по содержанию хлоридов в рассматриваемом году отмечено не было.

Магий. Фаза зимней сработки и фаза весеннего наполнения водохранилища характеризуется тенденцией примерного постоянства содержания магния в воде различных частей водоема. Так, во время зимней сработки водохранилища концентрация магния изменялась от входного створа водоема вниз по течению следующим образом: 10-12-13-12-12-13-11 мг/л. Содержание магния во время весеннего наполнения водохранилища было минимально в году и изменялось

от 2,0 до 3,6 мг/л. В летне-осенний период отмечается тенденция уменьшения концентрации магния от верховьев водоема к его приплотинной части. В эту фазу водного режима присутствует роль техногенного фактора, поскольку во входном створе водоема концентрация магния была 6 мг/л, в районе расположения Пермского промышленного комплекса - 11-14 мг/л и далее вниз по течению она постепенно снижалась: 9-7-7-6-4 мг/л.

Превышений ПДК по содержанию магния в рассматриваемом году отмечено не было.

Биогенные вещества. В период зимней сработки водохранилища содержание аммонийного азота было повышенным в районе Пермского промышленного комплекса. Здесь его концентрация достигала 0,91 мг/л. Ниже г.Перми оно снизилось до 0,62 мг/л. Выше г.Краснокамска его содержание составляло 0,51 мг/л, ниже города было несколько выше - 0,65 мг/л. Далее вниз по течению концентрация ионов аммония постепенно снижалась и в приплотинной части водоема составила 0,31 мг/л. Содержание нитритного азота также было повышенным в районе г.Перми. Здесь его максимальное содержание изменялось от 0,009 мг/л до 0,016 мг/л. В ниже расположенных створах оно было более низким (0,007-0,008 мг/л) и достаточно стабильным. Содержание нитритного азота было достаточно устойчивым по всему водохранилищу. Его колебания по длине водоема были от 0,5 до 0,8 мг/л.

В период весеннего наполнения водохранилища какой-либо тенденции изменения аммонийного азота не отмечалось. В районе г.г. Перми и Краснокам-ска содержания ионов аммония было в пределах от 0,23 до 0,31 мг/л. В остальной же части водохранилища концентрация аммония изменялась от 0,22 до 0,37 мг/л. Нитритный азот был отмечен лишь во входном (0,005 мг/л) и выходном (0,007 мг/л) створах водоема. В остальных же створах его присутствие отмечено не было. Нитритный азот в весенний период характеризуется повышенными величинами в районе г.Перми (до 0,05 мг/л) и в непосредственной близости от г.Чайковского (до 0,07 мг/л). В остальных створах водоема он изменялся от 0,01 до 0,03 мг/л.

В период летне-осенней стабилизации уровня воды в водохранилище содержание аммонийного азота было на уровне весеннего наполнения водоема и несколько ниже, чем во время зимней сработки. В настоящую фазу водного режима отмечается повышенная концентрация ионов аммония в районе г.Перми (0,28-0,40 мг/л). Далее вниз по течению она постепенно снижалась: 0,21 мг/л - у г.Оханска; 0,18 мг/л - у с.Елово и 0,18 - в приплотинной части водоема. Концентрация нитритного азота была повышенной у г.Перми (0,0070,017 мг/л) и в центральной части водоема (0,006-0,010 мг/л). Нитритный азот был повышен только в районе г.Перми (до 0,73 мг/л). В остальной же части водохранилища его концентрация была достаточно стабильной (0,07-0,11 мг/л).

Превышение норм ПДК по аммонийному азоту было отмечено в большей части водохранилища в период его зимней сработки. В районе г.Перми содержание ионов аммония было - 1,2-1,8 ПДК, в районе г.Краснокамска - 1,0-1,2 ПДК, у г.Оханска - 1,1 ПДК. Лишь в приплотинной части водохранилища концентрация аммонийного азота составляла 0,7 ПДК. В период весеннего напол-

нения водоема и в летне-осеннюю фазу водного режима превышений ПДК по аммонийному азоту не было.

Превышение предельно-допустимых концентраций по нитритному азоту было отмечено в период зимней сработки водоема и в летне-осеннее время в районе г.Перми (2,0 ПДК и 1,8 ПДК). Превышений норм ПДК по нитратам отмечено не было.

Железо (общее). Содержание железа в верхнем течении р.Камы весьма велико. Так, в районе п.Гайны оно составляет 12-16 ПДК. Такая высокая концентрация железа в этом районе не вязана с промышленным загрязнением, а является результатом действия природных факторов. Во входном створе Камского водохранилища (п.Тюлькино) содержание железа уже несколько ниже (3-9 ПДК), но все еще остается достаточно высоким. По мере движения вод по Камскому водохранилищу происходит смешение и разбавление вод с большим содержанием железа, и в приплотинной его части концентрация железа в зимний период составляет 0,6 мг/л (6 ПДК), а во время весеннего наполнения водоема и в летне-осенний период - 0,38 мг/л (3,8 ПДК). Таким образом, в Воткинское водохранилище поступают воды с весьма значительным количеством общего железа.

В период зимней сработки водохранилища концентрация железа особенно велика в районе Пермского (до 0,91 мг/л) и Краснокамского (до 0,65 мг/л) промышленных комплексов. Ниже по течению содержание железа постепенно снизилось. Так, в районе г.Оханска оно достигало 0,53 мг/л, а в приплотинной части водоема - 0,3 мг/л. В период весеннего наполнения водохранилища концентрация железа несколько ниже, чем во время зимней сработки водоема, но оставалась достаточно высокой. Так, в районе г.Перми она достигала 0,43 мг/л, у г.Краснокамска - 0,32 мг/л, у г.Оханска - 0,35 мг/л, у с.Елово - 0, 72 мг/л и приплотинной части - 0,42 мг/л. Таким образом, никакой тенденции изменения содержания общего железа по длине водохранилища отмечено не было. Кроме того, воздействие техногенного фактора на содержанием железа в эту фазу гидрологического режима также отсутствовало. В период летне-осенней стабилизации уровня воды в водоеме концентрация железа была минимальной в году (на Камском водохранилище она была несколько выше, чем весной). Максимальной своей величины она достигла в районе г.Перми - 0,31 мг/л. В остальной же части водоема концентрация железа изменялась незначительно - от 0,06 до 0,13 мг/л.

Достаточно высокое содержание общего железа в Воткинском водохранилище в течение всего года и относительно небольшая разница в его концентрации в различные фазы водного режима водоема свидетельствуют , что общее железо, в отличие от других компонентов химического состава вод (и прежде всего минерализации и главных ионов) является достаточно устойчивым компонентом и интенсивность процессов смешения и разбавления вод сказывается на него в меньшей мере.

Превышение предельно-допустимых концентраций по общему железу отмечается во все фазы водного режима водохранилища: в период зимней сработки - 3-9 ПДК, во время весеннего наполнения - 3-7 ПДК, в летне-осенний пе-

риод - 1,2-3,1 ПДК. Исключение составляет лишь приплотинный участок водоема в летне-осенний период - 0,6 ПДК. Высокое содержание железа в воде водохранилища является результатом совместного действия приодных и техногенных факторов.

Медь. Содержание меди во входном створе водохранилища достаточно велико во все фазы водного режима - 2-3 мкг/л, что соответствует 2-4 ПДК, то есть в Воткинское водохранилище поступают воды с весьма значительным содержанием меди. Никакой тенденции изменения концентрации меди по длине водоема ни в одну фазу водного режима не обнаружено. Так, во время зимней сработки водохранилища содержание меди было максимальным в районе г.Перми, где оно достигало 5 мкг/л, у г.Краснокамска - 4 мкг/л, в остальной части водоема оно изменялось от2 до 3 мкг/л. В данную фазу режима водоеме можно говорить о техногенном воздействии промышленных комплексов на содержание меди.

Во время весеннего наполнения водоема и в летне-осенний период концентрация меди была устойчивой по длине водоема. Весной она бала чуть ниже, чем в зимний и летне-осенний периоды, что свидетельствует о незначительной роли водности водоема в процессах смешения и разбавления вод, содержащих ионы меди. Во время весеннего наполнения водоема концентрация меди изменялась от 2 до 4 мкг/л, в летне-осенний период - от 3 до 5 мкг/л.

Превышение ПДК по содержанию меди отмечается во все фазы водного режима Воткинского водохранилища (аналогично Камскому) и составляет в зимнюю сработку - 2-5 ПДК, во время весеннего наполнения - 2-4 ПДК, в летне-осенний период - 3-5 ПДК.

Кислород. В период зимней сработки водохранилища самое низкое содержание растворенного в воде кислорода отмечено во входном створе (5,4 мг/л), что свидетельствует о том, что воды, поступающие в Воткинское водохрани-лищ6 из Камского, бедны растворенным кислородом. Анализ гидрохимических материалов по Камскому водохранилищу за рассматриваемый год подтверждают сказанное - содержание О2 в приплотинной части составляло 4,1 мг/л, ниже г.Перми содержание кислорода было 7,2 мг/л, ниже г.Краснокамска - 6,9 мг/л, в районе г.Оханска - 5,5 мг/л, у с.Елово - 9,2 мг/л и в приплотинной части

- 7,3 мг/л. Во время весеннего наполнения водохранилища содержание О2 вполне достаточное по всей длине водоема. Его изменения составили от 8,4 до 8,9 мг/л. Содержание кислорода в эту фазу водного режима было практически одинаковым в различных частях водохранилища. В летне-осенний период содержание растворенного кислорода было заметно ниже, чем весной и несколько ниже, чем во время зимней сработки водоема. Как и в зимний период, содержание О2 было низким во входном створе водоема - 5,0 мг/л. В это же время в приплотинной части Камского водохранилища величина кислорода была 3,5 мг/л, то есть, как и во время зимней сработки водоема, в Воткинское водохранилище поступали воды, обедненные кислородом. В районе г.Перми и ниже его содержание кислорода было невелико - 5,7-6,0 мг/л. В районе г.Краснокамска величина кислорода повысилась до 6,6 мг/л. Вниз по течению колебания в содержании растворенного кислорода были значительны: 7,4 - 3,6 - 6,6 мг/л.

В фазу зимней сработки водохранилища содержание кислорода в его водах довольно низкое во входном створе водоема и в его средней части (район г.Оханска). Во время весеннего наполнения водохранилища содержание кислорода высокое во всех его частях. В период летне-осенней стабилизации уровня воды в водоеме величина растворенного кислорода самая низкая в году, особенно во входном створе в водохранилище, в районе г.перми и в средней части водоема в районе с.Елово. низкое содержание растворенного кислорода в отмеченных местах водоема вызывает опасение с позиций экологического риска.

БПК . В природных поверхностных водах биологическое потребление кислорода колеблется в достаточно широких пределах: от 0,5 до 4,0 мг/л. Считается, что предельно-допустимая концентрация БПК5 находится в районе 3,0 мг/л.

В период зимней сработки водохранилища БПК5 было невысоким (0,9-1,7 мг/л), увеличиваясь лишь в районе Пермского (до 2,1 мг/л) и Краснокамского (до 4,0 мг/л) комплексов. В период весеннего наполнения водоема биологическое потребление кислорода было минимальным в году и мало изменялось по длине водохранилища: 1,0 мг/л - во входном створе водоема; 1,3 мг/л - в районе г.Перми; 1,1 мг/л - ниже г.Краснокамска и 1,2-1,4 - в остальной части водоема. В летне-осенний период БПК5 было выше, чем весной и чуть ниже, чес во время зимней сработки водохранилища. Самая высокая величина БПК5 в рассматриваемом году была зафиксирована ни в районе г.Перми (1,3-1,5 мг/л), ни г.Краснокамска (1,8-1,9 мг/л), как это было зимой, а в приплотинной части водоема в непосредственной близости от г. Чайковского (3,4 мг/л). таким образом, опасение по высокому содержанию биологического потребления кислорода вызывает район г.Краснокамска во время зимней сработки водоема и при-плотинная часть водохранилища в летне-осенний период. Хотя следует отметить, что в целом по водоему БПК5 во все фазы водного режима оставалась достаточно низким. Аналогичная картина в рассматриваемом году отмечалась и на акватории Камского водохранилища.

ХПК. Химическое потребление кислорода было наибольшим во время зимней сработки водохранилища. В районе г.Перми оно составило 41-46 мг/л, г.Краснокамска - 40-43 мг/л и далее вниз по течению - 48 (Оханск) Е 36 (Ело-во) и 35 (приплотинная часть). В период весеннего наполнения водохранилища величина ХПК в целом по водоему была несколько ниже, чем зимой и составляла: 26-40 - у г.Перми; 30-48 - у г.Краснокамска; 28 - у г.Оханска; 24 - у с.Елово и 31 мг/л - в приплотинной части. В летне-осенний период ХПК было наиболее низким в году и мало изменялось по длине водоема: 33 -36 -33 -38 -34 -36 -28 -29 мг/л.

Поскольку внутри года химическое потребление кислорода в различных частях водоема колебалось от 24 до 48 мг/л (максимальные величины), то можно считать, что в целом по Воткинскому водохранилищу во все фазы его водного режима отмечается превышение ПДК по ХПК в 2-3- раза. Высокое содержание ХПК и низкое БПК5 свидетельствуют о том, что исследуемый водоем подвержен сильному техногенному воздействию

Выводы:

• Величина общей минерализации и главных ионов химического состава вод во всех частях водохранилища и во все фазы его водного режима находится в норме.

• Превышение норм ПДК по аммонийному азоту отмечено в большей части водохранилища в период зимней сработки (в 1,1-1,8 раза). В эту же фазу водного режима отмечалось превышение предельнодопустимых концентраций по нитритному азоту (в 2 раза) в районе г.Перми; по общему железу (в 3-9 раз), по меди (в 2-5 раз), по марганцу (в 12-20 раз, увеличиваясь у г.Перми до 40 раз), цинку (в 1,5-2,0 раза), фенолам (в 1,5-2,0 раза) - в целом по всему водоему. Отмечено превышение ПДК по нефтепродуктам в районе г.Перми (в 2-9 раз) и г.Краснокамска (в 2-3- раза). Неблагоприятная ситуация сложилась по содержанию растворенного кислорода во входном створе водохранилища и в его средней части (район г.Оханска). Превышение ПДК по БПК5 (в 1,4 раза) отмечалось в районе г Краснокамска. Величина ХПК по всему водоему составила 2,2-3,2 ПДК.

• В период весеннего наполнения водохранилища отмечено превышение предельно-допустимых концентраций в целом по водоему: по Беобщ - в 3-7 раз, по Си - в 2-4 раза, по Мп - в 5-8 раз, по ХПК - в 1,8-3,2 раза.

• В летне-осенний период по всему водохранилищу отмечено превышение ПДК по: Ееобщ - в 1,2-3,1 раза, Си - в 3-5 раз, Мп - в 5-7 раз, 7п -1,5-2,0 раза, фенолы - 1,5-2,0 раза, ХПК - 1,8-2,2 раза. Кроме того, отмечено превышение ПДК по нитритному азоту в районе г.Перми (в 1,8 раза). Здесь же отмечено и превышение ПДК по нефтепродуктам (в 1,53 раза). Неблагоприятная ситуация по содержанию растворенного кислорода сложилась в районе г.Перми и в средней части водоема (у с.Елово). В приплотинной части водохранилища отмечено превышение ПДК по БПК5 (в 1,2 раза).

Общий вывод - Воткинское водохранилище во все фазы его водного режима, по-прежнему, подвержено сильнейшему техногенному воздействию и качество его вод далеко от предъявляемых требований как для человека, так и для различных отраслей хозяйства края. Особенно неблагоприятная ситуация складывается в районе расположения Пермско-Краснокамского промышленного комплекса.