Возрастающая интенсивность использования водных ресурсов приводит к тому, что практически на всей территории Республики Казахстан фиксируется накопление загрязняющих веществ в водоемах замедленного стока, в водохранилищах.
Хозяйственное использование водоемов и их водосборов исторически сложилось в непосредственной близости к данным объектам. Вокруг водоемов располагаются многочисленные источники антропогенного воздействия и, кроме того, сельскохозяйственные угодья занимают значительные части водосборов. На значительной площади водосборов проводится выпас скота, а также многие из изученных водоемов используются для водопоя сельскохозяйственных животных.
Антропогенное воздействие на экосистемы водных объектов носит комплексный характер и результатом деятельности человека является изменение гидрологического режима, гидрохимического режима, количественных и качественных характеристик водохранилищ. В настоящее время, в связи с активной хозяйственной деятельностью человека, естественный гидрологический режим водоемов претерпевает большие изменения. Во-первых, распашка земель вокруг водоёмов приводит к усилению выноса органических и минеральных веществ из почвы в водотоки и водоемы. Во-вторых, применение минеральных удобрений в сельском хозяйстве создает дополнительный поток биогенных элементов в водные объекты. В-третьих, в результате деятельности животноводческих хозяйств в экосистемы водных объектов попадает значительное количество органики и минеральных веществ. Все перечисленные факторы приводят к увеличению поступления органических и минеральных веществ в водоемы, что не может не сказаться на гидрохимическом режиме.
В связи с этим контроль качества вод на данных объектах, имеющих высокую социальную значимость, становится актуальным вопросом.
Целью нашей работы является оценка содержания химических веществ и органолептических качеств воды в Верхне-Тобольском водохранилище, в одном из основных водохранилищ Костанайской области, в разрезе трехгодичных наблюдений 2013–2015 годов.
Верхне-Тобольское водохранилище по объему является объектом многолетнего регулирования стока реки Тобол в Костанайской области. Построенное в 1972 году, оно предназначено для поддержания гарантированного стока реки, подпитки нижерасположенного Каратомарского и других водохранилищ, служащих источниками водоснабжения г. Рудного, г. Костаная и ряда других водопотребителей. Кроме того, река Тобол является трансграничным водотоком и по межгосударственному соглашению между республикой Казахстан и Россией в створе г. Кургана должен проходить сток реки Тобол заданного объема и качества. Площадь зеркала водохранилища 87,4 км². Максимальная глубина 30,0 м.1, с.115
Гидрохимический режим и качество воды в водохранилище определяются особенностями формирования стока в бассейне р. Тобол. По раннее проведенным исследованиям качество воды Верхне-Тобольского водохранилища определяется влиянием минерализованного стока р. Тобол и загрязнений, поступающих по р. Шортанды от г. Житикара, а также с.Денисовка, расположенных в его вершине. Довольно минерализованный сток поступает также от притока р. Котюбок и подземных минерализованных вод, окружающих водохранилище. В маловодные годы, при незначительном разбавлении паводком, в процессе испарения и довольно значительного питания минерализованными подземными водами, происходит увеличение минерализации поверхностных вод водохранилища, их вертикальная гидрохимическая стратификация. Наихудшее качество воды характерно для зимней межени, когда значительный объем пресной воды временно консервируется в ледовом покрове, а с глубиной минерализация увеличивается и на дне водохранилища превышает 2 г/дм3.
Для установления соответствия критериям требуемых показателей качества воды рыбохозяйственных водоемов использованы следующие нормативные документы: «Обобщенный перечень предельно-допустимых концентраций (ПДК) и ориентировочно безопасных уровней воздействия (ОБУВ) вредных веществ для воды рыбохозяйственных водоемов», СТ РК ГОСТ Р 51592–2003 «Вода. Общие требования к отбору проб», ГОСТ 17.1.5.05–85 «Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к отбору проб поверхностных и морских вод, льда и атмосферных осадков».
Испытание полученных проб проводилось согласно аттестованным методикам выполнения анализов в испытательной лаборатории, аккредитованной в соответствии с Законом Республики Казахстан «О техническом регулировании».
В настоящей научно-исследовательской статье мы провели анализ состояния качества поверхностных вод в Верхне-Тобольском водохранилище на базе лаборатории отдела лабораторно-аналитического контроля Республиканского государственного учреждения «Департамент экологии по Костанайской области». В своей работе мы использовали данные результатов анализов, полученных за 2013–2015 гг. (таблица 1)..3
Таблица 1
Характеристика качества воды вВерхне-Тобольском водохранилище по химическим иорганолептическим показателям за 2013–2015 гг
|
№ |
Перечень показателей |
ПДК рыб-хоз |
2013г |
2014г |
2015г |
Среднее значение за 2013–2015 годы |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
1 |
Цветность, град. |
35 |
20,34 |
32,60 |
38,99 |
30,643 |
|
2 |
Прозрачность, см |
- |
22,0 |
16,0 |
15,83 |
17,943 |
|
3 |
Запах, балл |
- |
0 |
0 |
0 |
0,0 |
|
4 |
рН, ед. |
6,5–8,5 |
6,9 |
7,4 |
8,2 |
7,50 |
|
5 |
Жесткость, моль/л |
7 |
5,1 |
7,0 |
5,2 |
5,767 |
|
6 |
БПК5, мг/дм3 |
2 |
1,0 |
4,0 |
2,5 |
2,5 |
|
7 |
ХПК, мг/дм3 |
- |
30,8 |
80,98 |
36,17 |
49,317 |
|
8 |
Кальций, мг/дм3 |
180 |
59,1 |
40,45 |
45,067 |
48,206 |
|
9 |
Магний, мг/дм3 |
40 |
21,1 |
45,75 |
37,25 |
34,7 |
|
10 |
Хлориды, мг/дм3 |
300 |
216,2 |
233,95 |
195,6 |
215,25 |
|
11 |
Сульфаты, мг/дм3 |
100 |
109,9 |
162,8 |
88,067 |
120,256 |
|
12 |
Минерализация, мг/дм3 |
1000–1500 |
755,9 |
852,95 |
446,7 |
685,183 |
|
13 |
Гидрокарбонаты, мг/дм3 |
- |
186,1 |
192,2 |
181,4 |
186,567 |
|
14 |
Азот аммонийный, мг/дм3 |
0,4 |
0 |
0,295 |
0,177 |
0,157 |
|
15 |
Нитриты, мг/дм3 |
0,08 |
0 |
0,0045 |
0,008 |
0,004 |
|
16 |
Нитраты, мг/дм3 |
40 |
0,18 |
0,535 |
0,38 |
0,365 |
|
17 |
Фосфаты, мг/дм3 |
0,2 |
0,06 |
0,035 |
0,14 |
0,078 |
|
18 |
Железо общее, мг/дм3 |
0,01 |
0,07 |
0,445 |
0,184 |
0,233 |
|
19 |
Марганец, мг/дм3 |
0,01 |
0,086 |
0,47 |
0,02 |
0,192 |
|
20 |
Нефтепродукты, мг/дм3 |
0,05 |
0 |
0 |
0,072 |
0,024 |
По результатам нашего исследования органолептические свойства воды в 2013 году, по различным показателям находились в удовлетворительном состоянии. В 2014 году они были в пределах допустимой нормы, но цветность воды увеличилась на 38 %, показатель рН возрос на 7 %, прозрачность воды ухудшилась на 27 %, т. е., произошло незначительное снижение качества воды по органолептическим показателям. А 2015 год оказался еще более неблагоприятным: цветность в сравнении с 2014 годом ухудшилась на 19 %, а с 2013годом, почти в 2 раза. Характер рН среды изменился со слабо-кислой до слабо-щелочной, прозрачность воды осталась на уровне 2014 года. Запах в исследуемый период мы не обнаружили.
Результаты исследований по химическим показателям также оказались не однозначными. Концентрации химических веществ по всем этапам исследования представлены в среднем по общему количеству проб, отобранных в разное время года.
По первому году исследования (2013) были выявлены превышения нормативов предельно-допустимых концентраций для водоемов рыбохозяйственного значения: по сульфатам в 1,1 раза, по железу общему в 7 раз (при нормативе ПДК — 0,01 мг/дм3), по марганцу в 8,6 раз (ПДК — 0,01 мг/дм3). По остальным ингредиентам показатели были в пределах нормы, т. е. не находились в критической близости от установленных критериев. 2
Наиболее неблагоприятным периодом для наших исследований оказался 2014год. Мы обнаружили, что произошло заметное увеличение химических веществ практически по всем исследуемым параметрам: содержание нитратов на 197,2 % (0,535 мг/дм3), увеличение магния на 118 % (45,75 мг/дм3), хлоридов на 8 % (233,95 мг/дм3), сульфатов на 48 % (162,8 мг/дм3), гидрокарбонатов (192,2 мг/дм3), железа общего на 535,7 %(0,445 мг/дм3), марганца на 446, % (0,04665 мг/дм3),общая минерализация заметно возросла на 13 % (852,95 мг/дм3), содержание только двух компонентов уменьшилось: фосфатов на 41,7 % (0,035 мг/дм3), кальция на 32 % (40,45 мг/дм3).
Нами так же был выявлен факт наличия азота аммонийного (0,295 мг/дм3), нитритов (0,0045 мг/дм3). В виду роста показателей группы азота увеличилось и содержание химического потребления кислорода на 162,9 % (80,98 мг/дм3), а биологическое потребление кислорода возросло на 400 % (4,0мг/дм3).
Факт превышения нормативов предельно-допустимых концентраций для водоемов рыбохозяйственного назначения был установлен по БПК5 в 2 раза, магния в 1,1 раза, сульфатам в 1,63 раза, железа общего в 44,5 раз (при нормативе ПДК — 0,01 мг/дм3), марганца в 46,65 раз (ПДК — 0,01 мг/дм3). По остальным ингредиентам показатели также увеличились, но за границы нормативов не вышли. 2
В 2014 году в водохранилище также была зафиксирована наиболее высокая жесткость воды.
Исследования химических веществ в 2015 году оказались следующими. Показатель жесткости воды остался на уровне 2013 года, и его значение равнялось 5,2 ммоль/дм3. Было отмечено накопление концентрации нитритов до 0,008 мг/дм3, фосфатов до 0,14 мг/дм3 в сравнении с двумя предыдущими годами исследований, снижение концентрации азота аммонийного до 0,177 мг/дм3, нитратов до 0,38 мг/дм3. Уровень кальция достиг среднего значения за предыдущие два года и составил 45,1 мг/дм3, магния 37,25 мг/дм3.
В ходе экспериментальной работы был отмечен факт уменьшения уровня минерализации практически в 2 раза, как следствие снижения концентрации хлоридов до 195,6 мг/дм3 и сульфатов до 88,067 мг/дм3. Содержание гидрокарбонатов 186,1 мг/дм3 значительно не изменилось. Также зарегистрированы средние значения по показателям железа общего и марганца за 2013 и 2014 годы:0,184 мг/дм3, 0,02 мг/дм3 соответственно.
Химическое потребление кислорода исследуемых проб уменьшилось в сравнении с 2014 годом и достигло уровня 2013 года. Такая же тенденция отмечена и с биологическим потреблением кислорода в течение 5 суток (БПК5), показания равнялись 2,5 мг/дм3.
В процентном соотношении картина изменения химического состава водных образцов за 2015 год выглядит следующим образом. Снижение произошло по большому количеству параметров: ХПК на 55,33 %, магния на 20 %, хлоридов на 16 %, сульфатов на 46 %, азота аммонийного на 40 %, нитратов на 29 %, железа общего на 58 %, марганца на 95,7 %. А факт превышения нормативов предельно-допустимых концентраций для водоемов рыбохозяйственного назначения был установлен по следующим параметрам: БПК5 в 1,25 раза, наибольшее значение для железа общего в 18,4 раза (при нормативе ПДК — 0,01 мг/дм3), марганца в 2 раза (ПДК — 0,01 мг/дм3). По остальным ингредиентам показатели находились в норме.
Сравнив данные полученные за три года исследования (2013–2015гг) мы выявили следующую закономерность:
Величины ХПК и БПК5по средним показателям за три года в Верхне-Тобольском водохранилище подтверждают факт отсутствия сильного антропогенного воздействия, и условное отклонение БПК5 от норматива ПДК говорит о небольших концентрациях органических соединений в исследуемых образцах. Динамика величины ХПК и БПК5 представлена на рисунке 1.
Рис. 1.Содержание трудно- и легкоокисляемых органических веществ в Верхне-Тобольском водохранилище, р.Тобол за 2013–2015гг, мг/дм3
Отсутствие факта летучих пахнущих веществ, выделяющихся в результате процессов жизнедеятельности водных организмов при биохимическом разложении органических веществ в аэробных и анаэробных условиях; химическом взаимодействии компонентов, содержащихся в воде; достаточно высокая прозрачность воды, т. е. низкое содержание в ней различных окрашенных и взвешенных органических и минеральных веществ свидетельствуют об отсутствии загрязнения водного объекта промышленными сточными водами.
Лабораторные данные по минерализации поверхностных вод оказались следующими: показатели изменяются от 852,95 до 446,7 мг/дм3, жесткость от 5,1–7,0 ммоль/ дм3. Нами были установлены колебания минерализации, причем, в 2014 году регистрируется максимальное значение. В 2015г наблюдается уменьшение по всем анионам и катионам (рисунок 2).
Рис. 2. Содержание минерализации (суммы солей), в т. ч. анионов и катионов в в Верхне-Тобольском водохранилище, р.Тобол за 2013–2015гг, мг/дм3.
Повышение концентрации нитратов, азота аммонийного, железа общего, ХПК, БПК5, возможно связано с поверхностно-ливневым стоком с водосборных площадей, приводящее к загрязнению поверхностных вод.
Рис. 3. Содержание биогенных загрязняющих веществ в Верхне-Тобольском водохранилище, р.Тобол за 2013–2015гг, мг/дм3
Согласно полученным данным, содержание биогенных загрязняющих веществ, характеризующих антропогенное влияние на Верхне-Тобольское водохранилище, было наиболее высоким в 2014 году. По итогам 2015 года содержание фосфатов достигло уровня средней концентрации за 3 годичный период, содержание нитратов, азота аммонийного уменьшилось по сравнению с 2014 годом, но превысило уровень 2013 года.
В процессе исследования нами неоднократно было установлено высокое содержание тяжелых металлов в Верхне-Тобольском водохранилище. Превышения по тяжелым металлам — железу, марганцу, и повышенное содержание солей определяется в грунтовых водах, участвующих в питании реки Тобол и ее притоков в зимнюю межень, а также в период отсутствия атмосферных осадков в летний период обусловлены неблагоприятным геохимическим фоном водосборной территории. (рисунок 4).
Рис. 4. Содержание тяжелых металлов в Верхне-Тобольском водохранилище, р.Тобол за 2013–2015 гг, мг/дм3
Основной источник тяжелых металлов в поверхностных водах — подземные воды, питающие реки, которые содержат высокие концентрации тяжелых металлов за счет поступления из бурожелезняковых руд аятской свиты и других водовмещающих пород в районе размещения водохранилища.
Высокий уровень минерализации (в том числе хлориды, сульфаты) и наличие в поверхностных водах тяжелых металлов ранее уже отмечалось в научных трудах В. К. Дейнека(2010г.), М. Б. Едигенова и других авторов. Данное обстоятельство является характерным для района размещения исследуемых водохранилищ (повышенный уровень минерализации способствует растворению тяжелых металлов из почвенных комплексов и иловых отложений). 1,с.127
Необходимо отметить факт присутствия нефтепродуктов в испытуемых образцах 2015 года, которые в 2013–2014 году не выявлялись, что подтверждает антропогенное влияние на рыбохозяйственный объект.
Подводя итоги трехгодичных исследований качества воды в Верхне-Тобольском водохранилище можно сделать вывод, что основные показатели химических веществ находятся в пределах допустимого. Загрязнения водохранилища техногенного и прочего характера представляют собой: азот аммонийный (0,177–0,295мг/дм3), нитраты (0,18–0,535мг/дм3), нитриты (0,0045–0,008мг/дм3), фосфаты (0,06–0,14мг/дм3), нефтепродукты (0,072мг/дм3). Увеличение содержания биогенных веществ также свидетельствует об их техногенном приращении.
Подтверждается факт присутствия тяжелых металлов в поверхностных водах за счет питания водохранилищ грунтовыми водами с высоким содержанием общего железа, марганца и других металлов.
Наиболее неблагоприятным по показателям загрязняющих веществ в воде оказался 2014 год.
Органолептические свойства воды в течение трех лет, по различным показателям находились в удовлетворительном состоянии, но прослеживается тенденция к стабильному ухудшению качества воды.
Результаты исследований подтверждают негативное антропогенное воздействие на изученное водохранилище. На основании химических анализов установлен факт увеличения и снижения в последующем содержания некоторых загрязняющих веществ. Это свидетельствует о течении химических и биохимических процессов в водной среде, как доказательство способности самого водохранилища восстанавливать после загрязнения свои природные свойства.
Литература:
- Дейнека В. К. «Река Тобол в Казахстане», монография. Костанай. Костанайский печатный двор, 2010, 336с.
- Обобщенный перечень предельно-допустимых концентраций (ПДК) и ориентировочно безопасных уровней воздействия (ОБУВ) вредных веществ для воды рыбохозяйственных водоемов. 09.08.1990г Министерство рыбного хозяйства СССР, Москва 1990г.
- Протоколы результатов анализов Испытательной лаборатории отдела лабораторно-аналитического контроля Республиканского государственного учреждения «Департамент экологии по Костанайской области», 2013–2015гг.
