Геоэкология. Инженерная геология, гидрогеология, геокриология, 2021, № 2, стр. 67-74

ВВЕДЕНИЕ

Река Амур – одна из крупнейших трансграничных рек Евразии. Общая площадь водосборного бассейна 1855 тыс. км², в том числе 832 тыс. км² в пределах КНР (в основном бассейн р. Сунгари).

Активизация хозяйственной деятельности в китайской части бассейна Амура оказывает большое влияние на качество вод реки, являющихся основным источником хозяйственно-питьевого водоснабжения городов Хабаровск, Амурск и Комсомольск-на-Амуре. Например, наиболее остро трансграничное загрязнение проявилось в воде Амура ниже устья р. Сунгари в декабре 2005 г., когда из-за аварии на химическом комбинате China National Petroleum Corporation в г. Цзилинь отмечалось загрязнение воды нитробензолом и наличие “химического” запаха воды и рыбы [9, 10].

Разрушение 28.03.2020 г. дамбы хвостохранилища горнодобывающей компании Yichun Luming Mining Co Ltd, ведущей освоение молибденовых месторождений в провинции Хэйлунцзян (КНР), вызвало поступление в р. Ицзими, а затем и в р. Хуланьхэ (приток р. Сунгари) 2.5 млн м³ воды загрязненных молибденом, нефтепродуктами, взвешенными и другими веществами. Китайской стороной были приняты меры по снижению негативных последствий аварии: на реках возводились дамбы и боновые ограждения, население расположенных вдоль рек поселений обеспечивалось бутилированной водой [1].

Рис. 1.

Схема района исследований.

Серьезные катастрофы, вызванные разрушением дамб хвостохранилищ сильными дождями или сейсмическими проявлениями, характерны для горнодобывающих районов многих стран. Наиболее крупные из них, повлекшие за собой человеческие жертвы, а также загрязнение речных вод и больших площадей земель, произошли в бразильском штате Минас-Жерайс в 2015 и 2019 гг. [5].

Исследования в горнорудных районах юга Дальнего Востока свидетельствуют о влиянии техногенеза и антропогенной деятельности на трансформацию химического состава речных вод, появлении высокоминерализованных сульфатно-магниево-кальциевых вод с высоким содержанием литофильных и халькофильных элементов [2, 7]. Кроме того, использование взрывчатых веществ для дробления горных пород обусловливает повышенное содержание нитратного и нитритного азота в водных объектах [7]. На месторождениях Нижнего Приамурья, где используется цианид натрия для извлечения цветных металлов, воды хвостохранилищ характеризуются высокой минерализацией (>1.2 г/дм³), хлоридно-натриевым составом и значительным загрязнением нитритами [8].

В бассейне Амура техногенные катастрофы подобного характера и масштаба ранее не случались. Поэтому Комиссией по предупреждению и ликвидации чрезвычайных ситуаций и обеспечению пожарной безопасности Правительства Хабаровского края были определены места и сроки отбора проб воды, длительность прохождения “пятна” у г. Хабаровск, которое по расчетам специалистов Росгидромета могло появиться после 20.04.2020 г. [4].

Цель исследования – оценить влияние аварии на хвостохранилище в Китае на качество вод Амура на основе мониторинга содержания основных ионов, биогенных веществ и нефтепродуктов в р. Амур и протоке Амурская. Результаты этих наблюдений и представлены в данной работе.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Следует отметить, что в формировании химического состава вод Амура у Хабаровска принимают участие такие крупные водотоки, как Зея, Бурея, Сунгари и Уссури. В зависимости от состава вод этих рек концентрации растворенных веществ по ширине Амура варьируют в больших пределах. Поэтому ниже отдельно рассмотрено формирование качества воды в той или иной части русла Амура и протоки Амурская.

Гидрохимические исследования на р. Амур впервые за период наблюдений проводили во время ледохода (20–24 апреля 2020 г.) вблизи государственной границы в левобережной, средней и правобережной части русла (станции отбора 1–3).

В левобережной части и на середине (станции 4, 5) протоки Амурская, в которую воды Амура поступают при высоком уровне по протоке Казакевичева (протока Фуюаньская после демаркации российско-китайской границы в 2005 г.), наблюдения осуществляли выше с. Бычиха после ледохода.

Расположение станций отбора проб воды представлено на рис. 1.

В работе также использовали данные мониторинга химического состава вод Амура в левобережной, средней и правобережной части реки ниже устья протоки Амурская, полученные в марте 2020 г.

Образцы воды отбирали с поверхности, общее количество проб – 20. Значения рН и перманганатной окисляемости, содержание основных ионов, биогенных и органических веществ в воде определяли по методикам, в соответствии с РД 52.18.595–96¹¹ в Центре коллективного пользования при ИВЭП ДВО РАН.

При оценке степени загрязненности воды использовали предельно допустимые концентрации (ПДК) веществ водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования согласно Гигиеническим нормативам ГН 2.2.5.1315-03²².

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Гидрологический режим водных объектов в районе г. Хабаровск в зимнюю межень и в начале ледохода довольно сложен. Зимой при низких уровнях воды Амура, сток в протоке Казакевичева отсутствует, в результате чего химический состав воды в протоке Амурская в районе с. Казакевичево не отличается от химического состава вод р. Уссури. Воды же Амура в это время выше Хабаровска из-за влияния р. Сунгари характеризуются более высоким содержанием основных ионов, нитратного и аммонийного азота в правобережной части русла, чем в левобережной части.

В апреле 2020 г. гидрологический режим р. Амур у Хабаровска (рис. 2) характеризовался ранним началом ледохода (15.04) на 3–5 дней раньше обычного срока при относительно высоком уровне воды (203 см). Для сравнения отметим, что в период 2016–2019 гг. в апреле месяце фиксировались более низкие максимальные значения уровней воды (до 136 см).

Рис. 2.

Уровень воды р. Амур у г. Хабаровск в апреле 2020 г.

В условиях стабильных расходов воды зарегулированных рек Зея и Бурея повышению водности Амура в период проведения мониторинга могла способствовать авария на хвостохранилище в Китае 29.03.2020 г. в бассейне р. Сунгари. Подъем уровня воды в р. Сунгари, привел к поступлению вод Амура по протоке Казакевичева в протоку Амурская.

Воды протоки Амурская (по данным мониторинга в апреле 2020 г.)³³ характеризуются нейтральными значениями рН (табл. 1) и крайне неоднородным распределением концентраций растворенных веществ по ширине (рис. 3) из-за больших различий в химическом составе вод рек Амур (в правобережной части представленных водами р. Сунгари) и Уссури, которые определяют соответственно химический состав левобережной части протоки. Поэтому в левобережной части протоки содержание основных ионов и нитратного азота было выше, чем на середине (см. табл. 1).

Рис. 3.

Распределение содержания Na⁺ (1), Ca⁺ (2), Mg²⁺ (3), Cl^– (4), ${\text{SO}}_{4}^{{2 - }}$ (5) и ${\text{NO}}_{3}^{ - }$ (6) в воде левобережной (ЛБ) и средней (С) части протоки Амурская выше с. Бычиха в апреле 2020 г.

В условиях высокой водности наибольшие различия (в 3 и более раза) концентраций отмечались для Na⁺ и Cl^–. Несколько меньше отличались содержания Ca²⁺, Mg²⁺, ${\text{HCO}}_{3}^{ - }$, ${\text{SO}}_{4}^{{2 - }}$ и нитратного азота. Максимальные концентрации Na⁺, Cl^– и наблюдались в начале мониторинга, причем их значения были выше, чем в воде р. Амур в марте 2020 г. (табл. 2). Такие особенности химического состава воды в левобережной части протоки могли быть также обусловлены влиянием вод хвостохранища, в котором после флотации молибденита аккумулировалось большое количество солей.

За время проведения мониторинга содержание Na⁺, Cl^–, ${\text{SO}}_{4}^{{2 - }}$ и нитратного азота в воде постепенно снижалось, причем в левобережной части протоки в большей степени, чем в средней (см. рис. 3).

Концентрации остальных биогенных веществ были низкими, причем нитритного азота постоянно, а минерального фосфора и аммонийного азота в ряде случаев даже ниже предела обнаружения. В отличие от основных ионов, наибольшее содержание последних двух веществ, а также кремния, отмечалось на середине протоки.

Иная ситуация была характерна для растворенного железа, максимальное содержание которого, не превышающее 0.17 мг/дм³, постоянно наблюдалось в левобережной части протоки (см. табл. 1).

Содержание органических веществ изменялось в узких пределах. Незначительное повышение значений перманганатной окисляемости отмечалось в левобережной части протоки в течение всего мониторинга, а цветности воды – с 20 апреля. Концентрации нефтепродуктов не превышали значения ПДК (0.3 мг/дм³), достигали наибольших значений в левобережной части протоки при максимальном уровне воды, что также может свидетельствовать о привносе этих веществ водами р. Сунгари.

В воде р. Амур во время наблюдений отмечались нейтральные значения рН и неравномерное распределение концентраций растворенных веществ по ширине створа реки (рис. 4) в результате большого влияния вод р. Сунгари на правобережную часть Амура, а рек Зея и Бурея – на левобережную. Поэтому максимальные концентрации основных ионов, нитратного и аммонийного азота выше г. Хабаровск были характерны для правобережной части Амура [9], а ниже устья протоки Амурская – для правобережной или средней его части (см. табл. 2).

Рис. 4.

Распределение содержания Na⁺ (1), Ca⁺ (2), Cl^– (3) и ${\text{NO}}_{3}^{ - }$ (4) в воде левобережной (ЛБ), средней (С) и правобережной (ПБ) части р. Амур у о. Большой Уссурийский в апреле 2020 г.

Более высоким, чем в марте 2020 г. (т.е. до аварии на хвостохранилище), было содержание Na⁺, Cl^– и ${\text{SO}}_{4}^{{2 - }}$ в левобережной части русла Амура и в начале мониторинга (см. табл. 2). В апреле 2020 г. концентрации этих веществ в воде Амура были ниже по сравнению с левобережной частью протоки Амурская, незначительно они различались и по ширине реки (см. рис. 4). Такие особенности распределения концентраций основных ионов по ширине реки в свою очередь свидетельствуют о значительном преобладании стока р. Сунгари в стоке Амура.

Содержание биогенных веществ, за исключением нитратного азота, в воде р. Амур, также как в протоке Амурская, низкое. Концентрации нитритного азота постоянно, а аммонийного азота и минерального фосфора на спаде уровня воды были ниже предела обнаружения. В более узких пределах, чем в зимнюю межень, в воде изменялось содержание кремния (см. табл. 2). Максимальным содержанием растворенного железа за счет влияния окрашенных вод Зеи и Буреи характеризовалась левобережная часть Амура. Концентрации органических веществ по ширине Амура распределялись относительно равномерно. Значения перманганатной окисляемости и цветности воды на спаде уровня воды достигали максимума, были выше, чем в протоке Амурская. Содержание нефтепродуктов было значительно ниже значения ПДК.

Специфический химический состав вод хвостохранища, загрязненных молибденом, дает повод привести некоторые сведения о содержании Мо в водах р. Амур. Хотя непосредственно в период мониторинга содержание Mo в водных объектах автором не определялось, использованы данные других организаций.

Заметим, что в работе [6] приводятся данные по содержанию растворенных форм Мо в воде р. Сунгари в интервале (1.16–1.52 мкг/дм³). По результатам исследований в бассейне Амура в 2011–2017 гг. [11], концентрации растворенных форм Мо составляли в основном десятые доли мкг/дм³ с минимальными значениями в зимнюю межень и максимальными в период открытого русла. Распределение содержания Мо по поперечному профилю р. Амур на всех пунктах отбора было относительно равномерным за исключением пункта ниже устья р. Сунгари, концентрации Мо у китайского берега всегда были выше по сравнению с российской частью: в 4.9 раза в феврале; в 2.6 раза в сентябре 2014 г., т.е. основное количество растворенных форм Мо, как правило, поступало в Амур с водами р. Сунгари.

По данным [3], в апреле 2020 г. содержание Мо в водах Амура и протоки Амурская варьировало в пределах 1.0–3.7 мкг/дм³. Несмотря на то, что концентрации Мо были значительно ниже величины ПДК (250 мкг/дм³), тем не менее, они заметно превышали значения в р. Амур у с. Нижнеленинское (ниже устья р. Сунгари) и в протоке Амурская в период 2011–2017 гг.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты наблюдений свидетельствуют, что разрушение дамбы хвостохранилища в бассейне р. Сунгари не привело в апреле 2020 г. к ухудшению качества вод р. Амур и протоки Амурская. Предотвращению загрязнения воды способствовали, с одной стороны, мероприятия, предпринятые организациями Китая по ликвидации последствий разрушения дамбы (сооружение боновых ограждений, плотин и т.д.), и с другой стороны – разбавление вод хвостохранилища водами р. Сунгари и ее притоков (Майхэ, Муданцзян, Ваканьхэ и др.).

Анализ полученных материалов показывает, что максимальные концентрации Na⁺, Cl^–, ${\text{SO}}_{4}^{{2 - }}$, нитратного азота и нефтепродуктов, косвенно свидетельствующих о влиянии вод хвостохранилища, отмечались в начале наблюдений в левобережной части протоки Амурская в период наибольшего уровня воды в апреле.

В начале мониторинга в основном русле Амура не было зафиксировано резких различий в содержании растворенных веществ, но в левобережной части русла отмечены более высокие значения их концентраций, чем в зимнюю межень.

В период наблюдений содержание растворенных веществ постепенно снижалось, причем в левобережной части протоки Амурская и правобережной части Амура в большей степени, чем на остальных участках. Подобная динамика содержания исследуемых веществ свидетельствует о том, что основное их количество поступило в конце второй декады апреля с водами хвостохранилища.