Геоэкология. Инженерная геология, гидрогеология, геокриология, 2020, № 1, стр. 32-36

ВВЕДЕНИЕ

Водотоки г. Астрахани – неотъемлемый кластер городской экосистемы, та его часть, которая в наибольшей степени подвержена антропогенному воздействию, выражающемуся в загрязнениях различного характера. Особенностью загрязнения городских водоемов, является тот факт, что в городе на небольших площадях сосредотачиваются значительные виды источников загрязнения (бытовые отходы, предприятия, транспорт и пр.), которые обусловливают неоднородное и интенсивное загрязнение природных вод [1].

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Геоэкологическое неблагополучие водоемов оценивается по поступлению в них загрязняющих веществ разной степени опасности, а для оценки геоэкологического состояния используют уровни загрязнения особо опасными веществами – нефтью и нефтепродуктами, фенолами, тяжелыми металлами и др. Чтобы оценить антропогенную нагрузку на водные объекты изучаются показатели прямого и косвенного воздействия. Показатели прямого воздействия – объемы забора воды и сброса сточных вод, а косвенные – включают площадное и линейное воздействие на поверхность водотоков (использование в коммунально-бытовых целях, плотность градостроительных сооружений по берегам, структура градостроений, использование в целях рекреации, наличие автомобильных дорог и др.) [2]. Исследование поверхностных вод водотоков показывает степень антропогенного воздействия на экосистему и ее устойчивость к этому воздействию. Оценка качества вод аквальных комплексов в урбоэкосистеме Астрахани, объединяющая совокупные методы мало изучена. Совокупность гидрохимических (критерии качества), биологических (биотестирование), экологических (состояние водотоков, степень благоустройства побережий), водохозяйственных (характер использования) показателей в рамках геоэкологического подхода исследований комплексно оценивает современное геоэкологическое состояние аквальных комплексов [4, 8].

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Геоэкологическая оценка выполнялась на основе изучения основных внутригородских водотоков, которые располагаются на территории города в примерно одинаковых ландшафтных условиях: рукав Кутум, Канал имени 1 Мая (Варвациевский канал). Материалы, используемые для выполнения геоэкологической оценки состояния водных объектов города, получены в результате долговременной геоэкологической мониторинговой деятельности. Мониторинг включает получение многоразовых годовых количественных значений исследуемых показателей гидрохимическими и биологическими методами. На базе лаборатории экологического мониторинга АГУ проводились исследования загрязненности водных объектов полютантами на основе сравнения их содержания в воде с предельно-допустимыми нагрузками. С учетом интегральных показателей выполнялась комплексная оценка качества воды, которая позволила определить интенсивность и направленность трансформации загрязняющих веществ в условиях современной антропогенной деятельности. Биологическая оценка качества воды и экологического состояния водных объектов проводилась с использованием методов биотестирования.

Информационной базой для теоретических и практических этапов исследования качества воды и геоэкологической ситуации водных объектов на территории Астрахани послужили ежегодные данные о качестве поверхностных вод Астраханской обл. и литературные данные. Оценка качества вод аквальных комплексов проводилась по таким целевым показателям, как биохимическое потребление кислорода, азот аммонийный, азот нитритный, азот нитратный, сульфаты, хлориды, медь, натрий, цинк и СПАВ. Исследования, направленные на изучение загрязнения химическими веществами, проводили методом индивидуальных показателей, что дало точную количественную оценку загрязнения конкретным веществом и необходимо в случае контроля состояния водных объектов по ряду загрязняющих веществ [5].

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Индивидуальные показатели оценивают загрязненность воды конкретным веществом в конкретный момент времени. В этом случае концентрация загрязняющего вещества в воде (Ci) сравнивается с его предельно-допустимой концентрацией (ПДКi). В соответствии с СанПиН 2.1.5.980-00, вода считается незагрязненной (условно чистой), если выполняется условие Ci ≤ ПДКi.

Для качественной и количественной оценки воды и экологического состояния водных объектов предлагается использовать интегральный показатель – коэффициент предельной загрязненности (KПЗ) [4, 8]:

где i – номер загрязняющего вещества; N – количество учитываемых веществ.

КПЗ характеризует качество и экологическое состояние водного объекта, его водохозяйственное значение (назначение реки, объем сброса загрязненных вод и т.д.) и оценивается в соответствии с классификацией от очень чистой (<–0.80) до очень грязной (>5.0). Список химических веществ, характеризующих загрязненность воды и их концентрации, представлен в таблицах 1 и 2. Кратность превышения ПДК достигает 3, 5 и даже 7 единиц.

Наиболее опасными загрязнителями являются фенолы, нефтепродукты, цинк и медь. В водотоках Варвациевский канал и рук. Кутум вода соответствует классу “умеренно-загрязненные”.

Нельзя оценивать экологическое состояние водного объекта только на основании гидрохимических показателей. Чаще всего применяется индекс сапробности (S) водного объекта, который рассчитывают, исходя из индивидуальных характеристик различных водных сообществ (фитопланктона, перифитона и др.), обитающих в водоемах. При этом учитывается способность конкретного вида обитать в воде с тем или иным содержанием органических веществ. Индекс S характеризует трофический статус водоема, т.е. насыщенность его организмами, образующими цепочки питания. В соответствии с численным значением индекса S нормируется качество воды.

Индекс сапробности также неуниверсален, так как характеризует только уровень эвтрофирования водного объекта, т.е. его насыщенность органическими веществами, не характеризуя уровень безопасности воды для организмов. Более того, полученный индекс сапробности не позволит найти в воде компоненты, которые снижают качество воды. Комплексные или интегральные показатели способны оценить состояние всей водной среды. Они связаны со многими физико-химическими и биологическими показателями, так как оценивают состояние одного водного объекта. Для комплексной оценки загрязненности воды токсичными веществами использован метод биотестирования, который основан на реакциях определенных организмов, культивируемых в стандартных условиях и помещаемых в конкретную пробу воды. Таким образом, не существует единой универсальной системы оценки качества воды.

В качестве биотестов водных объектов чаще используют ракообразных. В качестве тест-объекта выбрана Daphniamagna. Пресноводные рачки Daphniamagna Straus в настоящие время считаются наиболее чувствительными и универсальными тест-объектами, поэтому применяются в геоэкологической оценке качества вод аквальных комплексов промышленных агломераций [5, 7].

Отбор проб поверхностных вод и подготовку их к анализу проводили в соответствии с требованиями ГОСТ 15.1.5.05.-85 и ГОСТ 17.1.5.10.-88. Экотоксикологическая оценка поверхностных вод проводилась во все сезоны года. Данные, полученные в процессе исследований, приведены в табл. 3.

Используя таблицу связи гидрохимических и гидробиологических характеристик (табл. 4.), можно судить об экологическом состоянии водного объекта и классе качества воды.

Согласно полученным данным, состояние водной экосистемы объекта соответствует уровню “α-мезосапробный”, класс качества воды был определен как – “умеренно загрязненный”, современная стадия протекания природных процессов – “пороговая”. Трофический статус, характеризующий степень развитости пищевых цепей водного объекта, его видовое разнообразие и возраст экосистемы, был оценен как “мезотрофный”.

ВЫВОДЫ

Полученные результаты проведенного исследования выявили, что существующая динамика качества воды в основных водотоках городских селитебных территорий Астрахани обнаруживает высокие умеренные степени загрязнения по приоритетным показателям. Поступающие в водоемы загрязнения, в зависимости от их объема и состава, оказывают на них различное влияние: происходят изменения физических свойств воды (изменяется окрас и уровень прозрачности, проявляются посторонние привкусы и запахи); формируются плавающие на поверхности водоема вещества, образуются отложения (донные осадки); меняется химический состав воды (соотношение содержание органических и неорганических веществ, изменяются реакции, формируются вредные вещества); наблюдается уменьшение в воде количества растворенного кислорода, в связи с его потреблением на процессы окисления поступающих в воду органических веществ; меняется число и видовой состав бактерий (болезнетворных), которые вносятся в водоем вместе со сточными водами. Загрязненные городские водотоки становятся непригодными для питьевого и технического водоснабжения; в них погибает флора и фауна [3, 6].