К вопросу нормирования антропогенной нагрузки на водные объекты

DOI: 10.24411/9999-010A-2019-10107

А.В. СЕЛЕЗНЕВА

Институт экологии Волжского бассейна РАН, г. Тольятти, Россия

К ВОПРОСУ НОРМИРОВАНИЯ АНТРОПОГЕННОЙ НАГРУЗКИ

НА ВОДНЫЕ ОБЪЕКТЫ

На крупных водохранилищах Нижней Волги особую тревогу вызывает органическое загрязнение, обусловленное чрезмерным сбросом биогенных веществ в составе сточных вод, что в условиях замедленного водного обмена вызывает массовое развитие водорослей и ухудшение качества воды источников питьевого водоснабжения (Селезнева, 2007). Вместе с тем, официальные источники указывают на загрязнение волжской воды медью, цинком и марганцем.

Одна из причин сложившейся ситуации - это несовершенство методики расчета нормативов допустимого сброса (НДС) загрязняющих веществ в водные объекты (Методика..., 2007). В настоящее время в качестве критериев при нормировании сброса веществ двойного генезиса используются предельно допустимые концентрации (ПДК), которые являются одинаковыми для всей территории РФ, зависят только от вида водопользования и не учитывают природных особенностей водных объектов. В результате устанавливаются ошибочные приоритеты при управлении антропогенной нагрузкой на водные объекты.

Автором предлагается при нормировании сброса веществ двойного генезиса вместо ПДК, установленных на основе лабораторных экспериментов, использовать региональные допустимые концентрации (РДК), полученные по данным мониторинга водных объектов.

Региональное нормирование основывается на учете природных особенностей формирования качества вод. Основная цель разработки РДК состоит в том, чтобы антропогенное воздействие не приводило к нарушению нормального функционирования водных экосистем и ухудшению качества воды.

В каждом отдельно взятом бассейне или его части формируется особенный состав воды, свойственный данной водосборной территории и зависящий от природных условий. Условия формирования химического состава поверхностных вод в бассейне Нижней Волги существенно отличаются и зависят, прежде всего, от климата, рельефа, гидрогеологических условий и растительности (Ресурсы., 1971).

Географическое положение бассейна Нижней Волги, значительная его протяженность в широтном направлении обусловили разнообразие климатических условий. В его пределах наблюдается смена климатических зон от достаточно влажного климата северной части до засушливого континентального климата пустынь - в южной его части.

При таком разнообразии природных условий в бассейне Нижней Волги совершенно очевидно, что концентрация химических веществ двойного генезиса в различных речных бассейнах может изменяться в широких пределах. Наиболее хорошо изучены закономерности формирования неоднородностей по минерализации вод. Концентрация и режим органических и биогенных веществ, содержащихся в водных объектах, изучен по сравнению с ионным составом значительно хуже (Алекин, 1970).

В соответствии с известными методическими разработками РДК рассчитываются для определенного вещества в конкретный гидрологический сезон по данным мониторинга (Селезнев и др., 2014). Территория бассейна Нижней Волги разделена органами Водного кадастра на 28 водохозяйственных участков. Каждый участок охватывает водосбор определенного отрезка Волги либо отдельные бассейны ее круп© 2019 Селезнева Александра Васильевна, seleznev53@mail.ru

ных притоков. Почти на всем своем протяжении русло Волги в нижнем своем течении зарегулировано тремя крупными водохранилищами: Куйбышевским, Саратовским и Волгоградским.

В качестве объектов для разработки РДК в бассейне Нижней Волги из 28 водохозяйственных участков выбраны: участок № 2 (р. Шешма), участок № 6 (р. Сок), участок № 14 (р. Мал. Иргиз), участок № 19 (р. Терешка), участок № 15 (Саратовское) и участок № 22 (Волгоградское) водохранилища. Выбранные участки охватывают различные природные условия формирования качества вод в бассейне Нижней Волги.

Исходными данными для расчета РДК на указанных участках послужили данные систематических гидрохимических наблюдений в период 2006-2009 гг. На основе совместного анализа данных за расходами и температурой воды выделены гидрологические сезоны: зимняя межень (декабрь, январь, февраль и март); весеннее половодье (апрель, май, июнь); летне-осенняя межень (июль, август, сентябрь, октябрь и ноябрь).

В данной статье представлены результаты расчета РДК по следующим показателям: сухой остаток, хлориды, сульфаты, аммоний, нитриты, нитраты, медь, цинк, органические вещества по интегральным показателям биохимическое потребление кислорода (БПК5), химическое потребление кислорода (ХПК).

Река Шешма (участок № 2). Длина - 259 км, площадь бассейна - 6,04 тыс. км2. Является левым притоком Куйбышевского водохранилища и впадает в его Камскую ветку ниже устья р. Вятки. Берет начало на Бугульминско-Белебеевской возвышенности. В реку впадает 69 притоков. Расход межени в устье 8,8 м3/с.

Река средней водности. Питание преимущественно снеговое, а также подземное и дождевое. Вода гидрокарбонатно-хлоридно-кальциевая, средней минерализации 200400 мг/л весной, и повышенной в межень 600-700 мг/л. В меженный период река отличается высоким подземным питанием. Сток зарегулирован. Отличается повышенным грунтовым стоком.

Река Сок (участок № 6). Река является левым притоком Саратовского водохранилища. Длина - 375 км, площадь водосбора - 11,7 тыс. км2. Берет начало на западных склонах Бугульминско-Белебеевской возвышенности. На своем протяжении принимает 53 притока, главный приток - правобережная р. Кондурча. Средний расход воды у водомерного поста с. Красный Яр составляет 38,4 м3/с. Для бассейна р. Сок характерно обилие подземных вод, приуроченных к водоносному горизонту казанского и татарского ярусов. Глубина залегания вод в зависимости от рельефа, меняется от 5-12 до 30-50 м.

Результаты расчета сезонных значений РДК по бассейнам рек Шешма (участок № 2) и Сок (участок № 6) представлены в табл. 1.

Река Мал. Иргиз (участок № 14). Является левым притоком Саратовского водохранилища. Площадь водосбора составляет 3900 км2, длина - 235 км. Протекает в засушливой степной зоне и, несмотря на такую протяженность, имеет всего 11 притоков, два из которых имеют временный характер на всем протяжении. Сама р. Мал. Иргиз на значительном своем протяжении и многие из ее притоков в засушливые годы почти полностью пересыхают.

Практически каждый приток и многие овраги в бассейне реки перегорожены плотинами. На участке насчитывается 50 мелких водохранилищ и одно из них расположено в русле р. Мал. Иргиз. В бассейне имеется большое количество оросительных систем. Река Мал. Иргиз характеризуется высокой минерализацией и относится к сульфатному классу, кальциевому типу. Систематические гидрохимические сведения по этой реке отсутствуют.

Река Терешка (участок № 19). Является правым притоком Волгоградского водохранилища. Длина составляет 270 км, площадь водосбора - 9,68 тыс. км2. Берет начало на юге Ульяновской области.

В среднем и нижнем течении характерны пойменные леса, озера-старицы. Река и многие ее притоки постоянно подпитываются родниками. Вода прозрачная, хорошего качества. Используется для водоснабжения, орошения.

Результаты расчета сезонных значений РДК по бассейнам рек Мал. Иргиз и Терешка представлены в табл. 2.

Таблица 1. Сезонные значения РДК для р. Шешма

Показатели качества Зимняя межень Весеннее половодье Летне-осенняя межень

№ 2 № 6 № 2 № 6 № 2 № 6

Сухой остаток, мг/дм3 581,1 1299,4 480,3 782,9 501,1 1108,1

Хлориды, мг/дм 30,3 51,4 22,0 29,5 26,5 45,1

Сульфаты, мг/дм 181,9 489,3 141,9 315,9 152,6 440,5

Аммоний мгК/дм 0,381 0,535 0,576 0,819 0,325 0,238

Нитриты, мгК/дм 0,035 0,026 0,018 0,024 0,030 0,027

Нитраты, мгК/дм 1,65 1,95 1,36 2,03 1,54 1,29

Фосфаты, мгР/дм 0,101 0,134 0,064 0,097 0,108 0,080

БПК5, мгО/дм3 1,42 2,55 4,92 4,33 3,12 4,29

ХПК, мгО/дм3 15,1 26,2 24,5 35,9 18,2 32,8

Железо общее, мг/дм 0,091 0,106 0,124 0,152 0,087 0,080

Медь, мг/дм 0,003 0,005 0,003 0,004 0,002 0,005

Цинк, мг/дм3 0,009 0,021 0,008 0,019 0,007 0,020

Таблица 2. Сезонные значения РДК для р. Мал. Иргиз

Показатели качества Зимняя межень Весеннее половодье Летне-осенняя межень

14 19 14 19 14 19

Сухой остаток, мг/дм3 1092,0 625,0 618,8 366,1 938,8 554,1

Хлориды, мг/дм 292,5 36,2 149,9 20,5 256,0 32,3

Сульфаты, мг/дм 182,5 169,6 102,3 99,5 164,8 154,3

Аммоний, мгК/дм 0,532 0,363 1,029 0,550 0,570 0,306

Нитриты, мгК/дм 0,048 0,074 0,041 0,058 0,029 0,065

Нитраты, мгК/дм 1,32 1,76 1,15 1,64 1,23 1,64

Фосфаты, мгР/дм 0,165 0,131 0,109 0,194 0,172 0,108

БПК5, мгО/дм3 4,63 4,31 7,45 4,76 5,99 5,84

ХПК, мгО/дм3 44,0 41,5 44,6 51,7 46,7 42,3

Железо общее, мг/дм 0,138 0,144 0,173 0,190 0,120 0,138

Медь, мг/дм 0,004 0,004 0,005 0,003 0,003 0,003

Цинк, мг/дм3 0,006 0,010 0,007 0,009 0,005 0,007

Саратовское водохранилище (участок № 15). Площадь участка составляет 8,64 тыс. км2. Водохранилище имеет емкость 12,9 км3, длину - 357 км, наибольшую ширину 25 км.

Основным регулятором стока является Куйбышевское водохранилище, которое существенно перераспределяет сток внутри года, задерживая воду в половодье и постепенно отдавая накопленный запас в течение межени.

Волгоградское водохранилище (участок № 22). Площадь участка составляет 29,1

•• 3

тыс. км2. Емкость водохранилища составляет 31,4 км . Длина водохранилища 540 км, наибольшая ширина - 17 км.

Результаты расчета сезонных РДК для Саратовского и Волгоградского водохранилищ представлены в табл. 3.

Вполне допустимо на начальном этапе внедрения РДК отказаться от сезонных значений и перейти к годовым значениям, чтобы не осуществлять расчеты НДС по отдельным гидрологическим сезонам. Для этого из сезонных значений РДК выбирают их максимальные значения.

Таблица 3. Сезонные РДК для Саратовского

водохранилищ

Зимняя Весеннее Летне-осенняя

Показатели качества межень половодье межень

№ 15 № 22 № 15 № 22 № 15 № 22

Сухой остаток, мг/дм3 352,6 370,5 259,5 267,3 290,5 301,7

Хлориды, мг/дм 32,6 34,5 24,4 25,9 28,4 29,8

Сульфаты, мг/дм 79,8 85,1 57,2 60,4 66,2 70,4

Аммоний, мгК/дм 0,194 0,285 0,272 0,407 0,146 0,198

Нитриты, мгК/дм 0,026 0,035 0,024 0,026 0,016 0,017

Нитраты, мгК/дм 0,95 1,09 1,23 1,41 0,48 0,61

Фосфаты, мгР/дм 0,094 0,120 0,058 0,080 0,099 0,125

БПК5, мгО/дм3 1,80 1,95 3,49 2,71 2,80 3,03

ХПК, мгО/дм3 28,4 26,8 33,9 32,2 34,4 33,3

Железо общее, мг/дм 0,070 0,102 0,134 0,141 0,056 0,075

Медь, мг/дм 0,005 0,003 0,004 0,003 0,004 0,002

Цинк, мг/дм3 0,012 0,010 0,016 0,012 0,013 0,010

Полученные значения РДК существенно отличаются друг от друга на различных участках в бассейне Нижней Волги. Диапазон изменений составляет: 353-1300 мг/дм3 по сухому остатку; 30-293 мг/дм3 по хлоридам; 80-490 мг/дм3 по сульфатам; 0,27-1,03 мгК/дм3 по аммонию; 0,03-0,07 мгК/дм3 по нитритам; 1,2-2,0 мгК/дм3 по нитратам; 0,10-0,20 мгР/дм3 по фосфатам; 3,0-7,5 мг/дм3 по БПК5; 25-52 мгО/дм3 по ХПК; 0,0030,005 мгО/дм3 по меди; 0,007-0,021 мг/дм3 по цинку (табл. 4).

Таблица 4. Сравнение РДК и ПДК для участков № 2, № 6, № 14, № 15, № 19, № 22

Показатели качества РДК ПДК

№ 2 № 6 № 14 № 19 № 15 № 22

Сухой остаток, мг/дм3 580 1300 1090 625 353 370 1000

Хлориды, мг/дм 30 51 293 36 33 35 300

Сульфаты, мг/дм 182 490 183 170 80 85 100

Аммоний, мгК/дм 0,58 0,82 1,03 0,55 0,27 0,41 0,39

Нитриты, мгК/дм 0,04 0,03 0,05 0,07 0,03 0,04 0,02

Нитраты, мгК/дм 1,7 2,0 1,3 1,8 1,2 1,4 9,1

Фосфаты, мгР/дм 0,11 0,13 0,17 0,19 0,10 0,13 0,20

БПК5, мгО/дм3 4,9 4,3 7,5 4,8 3,5 3,0 2,0

ХПК, мгО/дм3 25 36 47 52 34 33 15

Железо общее, мг/дм 0,12 0,15 0,17 0,19 0,13 0,14 0,10

Медь, мг/дм 0,003 0,005 0,005 0,004 0,005 0,003 0,001

Цинк, мг/дм3 0,009 0,021 0,007 0,010 0,016 0,012 0,010

РДК превышают ПДК по сухому остатку - в бассейне рек Сок и Мал. Иргиз; по сульфатам - в бассейнах рек Шешма, Сок, Мал. Иргиз и Терешка. По хлоридам РДК

существенно меньше ПДК на всех участках за исключением участка 14 (р. Мал. Иргиз).

По меди РДК на всех участках в 3-5 раз превышает ПДК, по цинку превышение менее значительное, но наблюдается на всех участках кроме 2 (р. Шешма) и 14 (р. Мал. Иргиз).

По органическим веществам (БПК5 и ХПК) РДК превышают ПДК на всех участках. По биогенным веществам картина не столь однозначная. По нитритам и железу общему РДК превышают ПДК на всех расчетных участках. А по фосфатам и, особенно, нитратам наоборот РДК меньше ПДК.

В настоящее время расчет норматива допустимого сброса (НДС) для веществ двойного генезиса осуществляется с учетом ПДК (Методика..., 2007). Для улучшения экологического состояния водохранилищ и не предъявления необоснованных требований к водопользователям целесообразно для веществ двойного генезиса при расчетах НДС вместо ПДК использовать РДК. Данная замена позволит при нормировании сброса веществ учесть природные особенности формирования качества вод. Кроме того, подобная замена позволит, с одной стороны, снизить биогенную нагрузку, а с другой, отказаться от предъявления необоснованных требований к водопользователям при сбросе ряда металлов.

Список литературы

Алекин О. А. Основы гидрохимии. Л.: Гидрометеоиздат, 1970. 444 с.

Методика разработки нормативов допустимых сбросов веществ и микроорганизмов в водные объекты для водопользователей. Утв. приказом МПР России от 17.12.2007 № 333, зарег. в Минюсте России 21.02.2008 № 11198. Режим доступа: http://www.consultant.ru (дата обр. 14.10.2015).

Ресурсы поверхностных вод СССР. Том 12. Нижнее Поволжье и Западный Казахстан. Вып. 1. Л.: Гидрометеоиздат, 1971. 411 с.

Селезнева А.В. От мониторинга к нормированию антропогенной нагрузки на водные объекты. Самара, 2007. 105 с.

Селезнев В.А., Селезнева А.В., Беспалова К.В. Нормирование сброса биогенных веществ в поверхностные водные объекты // Вестн. СГАСУ. Градостроительство и архитектура. Науч.-технич. журн. Вып. 2. Самара. 2014. С. 49-52.