Исследования гидрохимических характеристик водных объектов в районе Бованенковского НГКМ

УДК 504.4

Н.Б. Пыстина, А.В. Баранов, Е.Е. Ильякова, К.Л. Унанян

Исследования гидрохимических характеристик водных объектов в районе Бованенковского НГКМ

Полуостров Ямал характеризуется хорошо и равномерно развитой гидрографической сетью с многочисленными озерами и болотами. Особенностью территории является преобладание поверхностного стока. Формирование стока рек происходит в основном за счет атмосферных осадков, при этом дождевое питание рек значительно уступает снеговому. Подземная составляющая в речном стоке из-за повсеместного развития многолетней мерзлоты практически отсутствует [1].

На территории исследования широко распространены термокарстовые озера со средней глубиной 1,2^2,3 м, питающиеся в основном талыми водами, приток которых почти во все сточные и бессточные озера происходит с ограниченных по площади водосборов.

В ходе экспедиционных исследований 2009-2011 гг. ООО «Газпром ВНИИГАЗ» совместно с ОАО «СибНАЦ» была проведена оценка гидрохимического состояния водных объектов (водоемов и водотоков) Бованенковского месторождения. Для оценки изменения химического состава водных экосистем с учетом возможного воздействия производственных объектов был проведен отбор проб на границах месторождения выше и ниже по течению водотоков (рис. 1).

В процессе исследований на территории Бованенковского месторождения было выделено два водосборных бассейна - рек Мордыяха и Надуйяха, взятых за основу для изучения содержания и изменения ключевых параметров и компонентов, определяющих геохимический облик территории исследований.

На исследуемой территории формирование гидрохимического состава поверхностных вод происходит под влиянием природно-климатических условий. Наличие многолетнемерзлых пород блокирует грунтовое и подземное питание водных объектов, что повышает роль талых и дождевых вод с крайне малым солесодержанием.

Рис. 1. Отбор проб и проведение полевых гидрохимических исследований

Ключевые слова:

водные объекты полуострова Ямал, гидрохимические характеристики водных объектов, экологическое состояние водных объектов на полуострове Ямал.

Keywords:

water objects on the Yamal Peninsula, hydrochemical characteristics water objects,

ecological conditions of water objects on Yamal Peninsula.

Следует отметить ряд особенностей водоемов данного района. Замедленный круговорот веществ в условиях низких температур и заболоченность водосборов способствуют накоплению в поверхностных водах широкого спектра органических веществ - продуктов неполной деструкции растительного опада. В свою очередь присутствие в природных водах промежуточных продуктов разложения растительной биомассы определяет слабокислую реакцию среды, что благоприятствует повышению подвижности ряда металлов в составе органоминеральных комплексов. Результатом этого может являться превышение в водных объектах предельно допустимых концентраций (ПДК), установленных для вод водоемов рыбохозяйственного и хозяйственно-питьевого назначения, в том числе железа, алюминия, марганца, меди, цинка и ртути.

Увеличению гидрохимического загрязнения также способствует активное освоение месторождений, сопровождающееся значительным антропогенным воздействием на окружающую среду, включающим механические нарушения природных комплексов при строительстве, поступление загрязняющих веществ в ходе технологических циклов при эксплуатации объектов добычи и транспорта газа и от автотранспорта, а также возможные временные локальные загрязнения в результате аварийных ситуаций.

При проведении экспедиционных исследований гидрохимический состав определялся по более чем 20 основным показателям, в том числе: pH, химическое потребление кислорода, минерализация, содержание калия, натрия, магния, ионов аммония, нитритов, нитратов, фосфатов, кремния, нефтепродуктов, фенола, алюминия, меди, железа, свинца, цинка, никеля, кадмия, марганца.

В результате проведенных исследований установлено, что в целом гидрохимический состав речных и озерных вод существенных отличий не имеет. В ходе проведенных экспедиционных работ был определен диапазон значений водородного показателя от 6,2 до 7,0, что соответствует уровню региональных фоновых значений - от 6,3 до 7,7 [2]. Кроме того, речные воды в большинстве случаев характеризуются нейтральной реакцией среды (в среднем рН = 6,56), а озерные - слабокислой (в среднем рН = 6,12). Техногенного влияния на величину рН не выявлено.

Величина химического потребления кислорода варьируется от менее 4 до 90 мг О2/дм3. При этом превышение в ряде объектов норматива (30 мг О2/дм3) обусловлено поступлением органических соединений в водотоки и водоемы с заболоченных водосборов.

Превышение нормативов по химическому потреблению кислорода (ХПК) было установлено для р. Сеяха на восточной границе Бованенковского месторождения (33 мг О2/дм3). Однако в районе промысла величина показателя снижается до 4 мг О2/дм3 и менее.

Диапазон значений минерализации лежит в широких пределах - от менее 50 до 7750 мг/дм3. При этом большинство исследуемых водных объектов относится к категории ультрапресных и пресных со значениями минерализации, не превышающими 245 мг/дм3, что согласуется с фоновыми значениями. В то же время в большинстве обследованных объектов по показателю «общая жесткость» поверхностные воды относятся к категории мягких с жесткостью менее 4 мг-экв./дм3.

Установлена неоднородность поверхностных вод по анионному составу и их принадлежность к гидрокарбонатному и хлоридному классам.

Из литературных источников [2] известно, что катионный состав поверхностных вод п-ова Ямал относится преимущественно к натриевому, реже - натриево-магниевому типу. Результаты проведенных исследований подтвердили преобладание ионов натрия в катионном составе поверхностных вод большинства водных объектов. Средняя концентрация ионов натрия в речных водах бассейна р. Мордыяха составляет 15,9 мг/дм3, р. Надуйяха - 21,3 мг/дм3. Для озер значение данного показателя несколько ниже (в среднем - 7,9 мг/дм3).

Результаты анализов также показали, что концентрации ионов магния лежат в пределах от 0,4 до 9,0 мг/дм3, а ионов кальция - от 1,8 до 9,0 мг/дм3. Наименьшим содержанием в поверхностных водах территории исследований характеризуются ионы калия (от 0,5 до 5,3 мг/дм3). Территориальные различия по содержанию катионов в водах выражены слабо. При этом зарегистрированные концентрации катионов в водах большинства рек и озер не превышают установленных нормативных значений.

В процессе исследований было определено содержание в воде биогенных компонентов, к которым относятся оксиды азота и фосфаты.

Основными источниками биогенных веществ являются внутриводоемные процессы и поступление с речным стоком, атмосферными осадками, промышленными, хозяйственно-бытовыми сточными водами. Заболоченность исследуемой территории обусловливает повышенное содержание аммонийного азота, образующегося при разложении природных органических веществ. Содержание аммонийных ионов в поверхностных водах большинства рек и озер территории месторождения в отсутствие техногенного влияния было определено на уровне 0,160-1,179 мг/дм3 (0,3-2,4 ПДК), что соответствует региональным фоновым значениям.

В свою очередь содержание фосфатов в водах большинства исследованных рек и озер -менее 0,1 мг/дм3.

Еще одним постоянным компонентом химического состава природных вод является кремний, поступающий в них за счет выветривания, растворения алюмосиликатов, в процессе отмирания наземных и водных растительных организмов, с атмосферными осадками. На исследуемой территории средние значения показателя составляют 3,0 мг/дм3. Была установлена взаимосвязь между содержанием в поверхностных водах кремния и алюминия, что при стабильно высоких значениях концентраций алюминия указывает на присутствие алюмосиликатов в почвообразующих породах.

Согласно проведенным исследованиям, на большинстве обследованных объектов содержание нефтепродуктов не превышает нормативного значения 0,05 мг/дм3, а зафиксированные сверхнормативные концентрации соответствуют региональным фоновым значениям, что обусловлено высоким содержанием в природных водах углеводородов естественного происхождения, образующихся в условиях сильной заболоченности и заторфованности водосборов.

Также в основном не превышает значений фона содержание фенолов.

Еще одной особенностью района является повсеместное превышение ПДК по железу Результаты проведенных исследований согласуются с опубликованными ранее данными. Однако следует отметить, что максимальные концентрации зарегистрированы в водах р. Сеяха на территории Бованенковского месторождения, что может объясняться увеличением миграционной способности и вымыванием железа в поверхностные воды из почв вследствие

нарушения почвенно-растительного покрова и гидрологического режима территории в процессе обустройства месторождения.

Полученные в ходе исследований результаты по концентрации меди составили: для рек -7-20 ПДК, для озер - 6-80 ПДК, что согласуется с фондовыми данными. Согласно материалам предыдущих исследований, территория характеризуется концентрациями меди, превышающими норматив: до 63 ПДК - для рек и до 204 ПДК - для озер. Данное обстоятельство позволяет сделать вывод о природных факторах формирования повышенных по сравнению с установленным нормативом концентраций меди в поверхностных водах территории исследований.

Значения концентраций свинца для речных вод в среднем составляет 0,008 мг/дм3 (1,3 ПДК), при этом максимальные значения зарегистрированы для р. Сеяха (4,2 ПДК), что не превышает полученных ранее значений. Для озер этот показатель в среднем равен 0,017 мг/дм* (2,8 ПДК). Поступление свинца в поверхностные воды связано с процессами растворения минералов и пород и, возможно, с применением тетраэтилсвинца в моторном топливе.

Согласно [3, 4], тундровым зонам свойственно повышенное (до 6,5 ПДК) содержание цинка в незагрязненных поверхностных водах. Результаты проведенных исследований показали, что в большинстве водных объектов данный показатель находится на уровне фона. Незначительные превышения фоновых значений до 0,08 мг/дм* (8 ПДК) отмечены в водах рек Мордыяха и Надуйяха вне территорий месторождения - на входе в контур Бованенковского месторождения.

На основе анализа фондовых материалов установлено, что концентрации никеля в речных водах Бованенковского месторождения в 1996 г. составляли от 0,005 до 0,009 мг/дм*, наибольшая величина зарегистрирована в водах р. Мордыяха - 0,013 мг/дм* (1,3 ПДК). В водах озер содержание этого элемента варьировало в более широком диапазоне - от 0,004 до 0,047 мг/дм* (0,4-4,7 ПДК) [2].

Результаты исследований свидетельствуют, что содержание никеля в целом находится на уровне фоновых величин. Диапазон варьирования никеля в речных водах большинства водотоков составляет от менее 0,001 до 0,014 мг/дм* (1,4 ПДК), озерных водах - от 0,004 до 0,040 мг/дм* (0,4-4 ПДК).

Высокая концентрация этого металла, превышающая фоновое значение, зарегистрирована в р. Сеяха в районе промысла - 0,020 мг/дм3 (2 ПДК), что может свидетельствовать о техногенном влиянии на формирование содержания никеля в водах этой реки.

По полученным в 2009-2011 гг. данным, значения концентрации кадмия находятся в диапазоне 0,0009-0,004 мг/дм3 - для рек и 0,0018 до 0,004 мг/дм3 - для озер, что соответствует фоновым значениям и не превышает ПДК.

Сравнивая содержание марганца в поверхностных водах в разные периоды времени, следует отметить, что для большинства рек данный показатель превышал нормативный уровень. При этом максимальными концентрациями характеризуется нижнее течение р. Сеяха, что может быть связано с техногенными воздействиями - нарушением почвеннорастительного покрова и гидрологического режима территории, определяющими повышение миграционной способности металлов, их вымывание из почв водосборов и накопление в водных объектах. Для остальных водных объектов содержание марганца соответствует фоновому уровню.

На рис. 2-5 приведены диаграммы, отражающие гидрохимический состав поверхностных вод объектов Бованенковского ГКМ по результатам проведенных экспедиционных исследований.

Анализируя полученные в ходе исследований данные, следует отметить, что для бассейна р. Мордыяха характерно более высокое содержание металлов, что обусловлено микро-элементной обогащенностью почвообразующих пород.

В результате выполненных работ рассчитан индекс загрязненности воды и дана интегральная оценка качества поверхностных вод. В соответствии с этим большинство рек и озер рассматриваемой территории относятся к категориям умереннозагрязненных и загрязненных (класс качества вод - 1-4), причем определяющую роль играют медь, цинк, типоморф-ные элементы природных вод тундровой зоны, а также естественная обогащенность поверхностных вод органическими соединениями.

К категории грязных относится р. Мор-дыяха на входе в контур Бованенковского месторождения, что в условиях отсутствия техногенных объектов может быть обусловлено природными факторами. При этом низкое качество вод р. Мордыяха определяют типичные для поверхностных вод исследуемой территории повышенные концентрации нефтепродуктов, органического вещества, а также меди и цинка.

В связи с этим следует отметить необходимость определения региональных фоновых показателей качества природных вод. При этом для специфических природно-климатических условий п-ова Ямал должны быть разработаны

хпк I I I

пдк ; , , ,

озера, мг 02/дм3 _ реки, МГ О2/ДМ3 _

Сульфаты

ПДК

озера, мг/дм3 реки, мг/дм3 _

Хлориды

ПДК

озера мг/дм3 _ реки, мг/дм3 _

Фосфаты

ПДК ]

озера, мг/дм3 реки, мг/дм3

Гидрокарбонаты

пдк ;

озера, мг/дм3 _ реки, 1988-1991 гг.,мг/дм3 _

реки, мг/дм3_____________Щ____________________________________________________________________

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Рис. 2. Значение ХПК и содержание сульфатов, хлоридов, фосфатов и гидрокарбонатов в водных объектах

Жесткость общая

ПДК озера, °Ж реки, °Ж

Аммоний

ПДК озера, мг/дм3 реки, мг/дм3

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

0

Рис. 3. Значение общей жесткости и содержание ионов аммония в водных объектах

Нефтепродукты

ПДК 1

озера, мг/дм3 озера, 1995-1996 гг., мг/дм3 реки, мг/дм3 реки, 1995-1996 гг., мг/дм3

Кремний

ПДК

озера, мг/дм3 реки, мг/дм3

озера.

реки.

реки, 1988-1991 гг..

Калий

ПДК

мг/дм3

мг/дм3

мг/дм3

Магний

ПДК

озера, мг/дм3 реки, мг/дм3 реки, 1988-1991 гг., мг/дм3

Кальций

ПДК

озера, мг/дм3 реки, 1988-1991 гг., мг/дм3 реки, 1988-1991 гг., мг/дм3

Натрий

ПДК

озера, мг/дм3 реки, мг/дм3 реки, 1988-1991 гг., мг/дм3

pH

ПДК

озера

озера, 1988-1996 гг.

реки

реки, 1988-1996 гг.

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

Рис. 4. Содержание в водных объектах нефтепродуктов, кремния, калия, магния, кальция, натрия и значение водородного показателя

собственные критерии оценки загрязненности природных вод, на основе которых и будет оцениваться степень техногенного воздействия.

Озерные воды территории исследований характеризуются значительным варьированием

индекса загрязненности - озера Пэбтавыто и Нгынесито классифицируются как умеренно загрязненные, Тюринто и Пирцясолято - грязные. Следует отметить, что зависимости между величиной индекса загрязненности вод и

0

5

Марганец

ПДК озера, мг/дм3 озера, 1996 г., мг/дм3 реки, мг/дм3 реки, 1996 г., мг/дм3

Никель

ПДК озера, мг/дм3 озера, 1996 г., мг/дм3 реки, мг/дм3 реки, 1996 г., мг/дм3

Цинк

ПДК озера, мг/дм3 озера, 1996 г., мг/дм3 реки, мг/дм3 реки, 1996 г., мг/дм3

Свинец

ПДК озера, мг/дм3 озера, 1996 г., мг/дм3 реки, мг/дм3 реки, 1996 г., мг/дм3

Медь

ПДК озера, мг/дм3 озера, 1996 г., мг/дм3 реки, мг/дм3 реки, 1996 г., мг/дм3

0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5

0,55

Рис. 5. Содержание в водных объектах марганца, никеля, цинка, свинца, меди

0

территориальной близостью озер по отношению к производственным объектам не выявлено. Гидрохимический состав озерных вод сходен, различия проявляются только в уровне концентраций типоморфных элементов и соединений - аммонийных ионов, органического вещества, цинка, меди и свинца. Эти различия могут быть обусловлены преобладанием разных типов питания водотоков, а также степенью заболоченности водосборов озер.

Известно, что именно относительно краткосрочный период интенсивного освоения месторождений углеводородного сырья, а также период строительства производственных и инфраструктурных объектов оказывают наибольшее негативное воздействие на окружающую среду. В отношении территории Бова-ненковского НГКМ, освоение которого ведется с конца 1980-х гг., можно констатировать, что современная ситуация с поверхностными водными объектами остается достаточно стабильной.

Таким образом, в настоящее время состав поверхностных вод на территории Бова-ненковского НГКМ в основном обусловлен природными условиями, и техногенный фактор не оказывает на них существенного влияния.

Список литературы

1. Природа Ямала / под ред. Л.Н. Добринского. -Екатеринбург: УИФ наука, 1995. - 435 с.

2. Ермилов О.М. Воздействие объектов газовой промышленности на северные экосистемы

и экологическая стабильность геотехнических комплексов в криолитозоне / О.М. Ермилов,

Г.И. Грива, В.И. Москвин. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2002. - 148 с.

3. Дорожукова С.Л. Эколого-геохимические особенности нефтегазодобывающих районов Тюменской области / Автореф. дисс. к.г.-м.н. -М., 2004. - 25 с.

4. Уварова В.И. Современное состояние уровня загрязненности вод и грунтов Обь-Иртышского бассейна //сб. науч. тр. ГосНИОРХ. - 1989. -Вып. 305. - С. 23-33.