В работе рассмотрена проблема загрязнения акватории Керченского пролива, значительная часть которых поступает с судов, находящихся на рейде и якорной стоянке. Выделена цель исследований по оценке загрязненности этого района, поставлены вспомогательные задачи. В результате планируемых исследований планируется на основании полученных экспериментально показателей состояния морской среды разработать математическую модель распространения загрязнения воды и прибрежных районов. И с помощью сети локальных пунктов мониторинга в режиме реального времени определять районы источника загрязнения.
Ключевые слова: Керченский пролив, загрязнение морской среды, мониторинг показателей состояния воды.
Керченский полуостров омывается Азовским и Черным морями, а также Керченским проливом (рис.1). На сегодняшний день он является важнейшей транспортной артерией, соединяющей Республику Крым с материковой частью России. Азово-Черноморский бассейн имеет важное значение как рыбопромысловый район Юга России. Максимальная глубина Керченского пролива при входе из Азовского моря — 10.5 м, из Черного моря — 18 м. На большей части акватории прилова, за исключением фарватера, глубины не превышают 5,5 м.
Невозможно словами полностью описать красоту Керченского побережья! Бескрайние золотые песчаные пляжи! Легендарный Крымский мост! Наше море славится обилием рыбы: хамса, сарган, черноморско-азовская сельдь, камбала!
Рис. 1. Керченский полуостров и Керченский пролив
Однако, этому великолепию грозит экологическая катастрофа! Ежедневно на якорной стоянке в Керченском проливе находится около ста судов, за месяц проходит порядка двух-трех тысяч (рис.2). В результате эксплуатации судна образуются мусор, льяльные и сточные воды, удаление которых с судна не всегда происходит согласно требованиям по охране окружающей морской среды. Кроме того, на якорной стоянке осуществляется бункеровка топливом. На судах, находящихся на рейде в Азово-Черноморском бассейне, производится перегрузка различного рода груза.
Рис. 2. Якорная стоянка в Керченском проливе
По различным оценкам экспертов, в прибрежную зону Керченского пролива, и прилегающих к нему районов Азовского и Черного морей, ежегодно попадают порядка 500 тонн нефти: из них около 38 % при погрузке судов и аварийных разливов; 22 % — из-за сбросов нефти с судов; 17 % — с речными водами; 11 % — с промышленными сточными водами; 6 % — из атмосферы; 5 % — с ливневыми водами населенных пунктов; 1 % — в результате естественного выхода из недр.
Вещества-загрязнители, попадающие в воду из-за неправомерного сброса, под действием гидрометеорологических факторов (течения, ветра, и т. д.) попадают в районы водопользования (2 мили от берега). В результате прибрежные воды становится невозможно использовать для купания, водного спорта, в оздоровительно-лечебных целях. Значительно падает рыбный промысел (рис.3).
Рис. 3. Загрязнение Керченского побережья
Поэтому целью наших исследований является: оценка загрязненности акватории Керченского пролива от судов, находящихся на рейде и якорной стоянке.
Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач:
– наблюдение за состоянием прибрежных вод;
– проведение мониторинга загрязнения морской воды;
– определение основных показателей качества прибрежных морских вод;
– статистическая обработка полученных результатов;
– разработка математической модели распространения загрязнений;
– установка стационарных станций по мониторингу экологической обстановки в режиме реального времени;
– определение возможного местоположения источника сброса.
Загрязнения, поступающие в морскую среду, делят на химические, физические и биологические.
Различают органические и неорганические вредные химические примеси, попадающие в воду в результате деятельности человека. Неорганическим примесями являются минеральные соли, глинистые частицы, щелочи, кислоты. Они оказывают токсичное влияние на морских обитателей, их поглощает фитопланктон, а затем по пищевой цепи более высокоорганизованные организмы. Загрязнителями являются различные соединения свинца, мышьяка, кадмия, меди, фтора, хрома и ртути.
Органические примеси представлены нефтью и нефтепродуктами, поверхностно-активными веществами, органическими остатками, пестицидами. Их негативное влияние проявляется через затруднение проникновения света и кислорода на глубину, осаждение на дно, задерживая при этом процессы фотосинтеза, жизнедеятельность донных микроорганизмов, процессы самоочищения воды, выделяется сероводород, приводящий к полному загрязнению воды.
При физическом загрязнении, появляющемся в результате сброса тепла или радиоактивных веществ, уменьшается растворимость кислорода в воде, что приводит к гибели гидробионтов. Также под действием теплового загрязнения значительно повышаются ядовитые качества тяжелых металлов, активно развиваются одноклеточные водоросли, приводящие к «цветению» воды с последующим гниением отмирающей растительной массы.
Источником биологического загрязнения являются патогенные микроорганизмы и органические вещества, находящиеся в сточных водах и пищевых отходах. Они могут стать причиной заболевания холерой, брюшным тифом, полиомиелитом и другими кишечными и различными вирусными инфекциями.
Показателями биологического загрязнения являются:
– коли-индекс (количество кишечных палочек в 1 л воды), характеризующее загрязнённость воды продуктами жизнедеятельности микроорганизмов и возможность наличия болезнетворных бактерий и вирусов;
– биохимическое потребление в кислороде (БПК) (количество кислорода, необходимое микроорганизмам для переработки органических веществ в неорганические соединения), характеризующее загрязненность органическими веществами;
– растворенный кислород, характеризующий кислородный режим водной среды, создает условия для дыхания гидробионтов, необходим в процессах окисления органических и других примесей при самоочищении водоемов.
Контроль за качеством и состоянием показателей качества морской воды осуществляется на основании предельно-допустимой концентрации (ПДК) различных загрязняющих веществ. При значительном превышении ПДК говорят о неблагополучном или даже критическом состоянии морской среды.
Результаты анализов донных отложений Азовского моря и Керченского пролива свидетельствуют о наличии таких тяжелых металлов, как железо, кадмий, никель в пределах 15–30 ПДК, медь — до 4 ПДК, цинк — до 0,4 ПДК, свинец — до 11 ПДК.
Основными загрязнителями, негативно влияющими на состояние морской среды, являются:
– нефть и нефтепродукты, скапливающиеся в значительном количестве в районах якорной стоянки и акватории портов;
– сточные воды, поступающие как с судов, так и с береговых источников;
– остатки груза, попадающие в воду и атмосферу при перегрузке в порту или на рейде;
– мусор, сбрасываемый в море с судов и берега.
Поэтому для контроля за уровнем загрязнения морской среды необходимы исследования по следующим направлениям:
– определение физических, химических и гидробиологических показателей состояния воды и донных отложений в районах, подвергающихся интенсивному воздействию;
– установление закономерностей пространственных и временных изменений концентрации загрязняющих веществ от природных циркуляционных процессов, особенностей хозяйственной деятельности, гидрометеорологических факторов, таких как скорости и направления течения и ветра, температуры воды, уровня осадков, влажности воздуха и т. д.
Для проведения исследований морской воды в рамках социально-гигиенического мониторинга необходимо определение основных показателей:
- Бактериологических: E.coli, Staphylococcus aureus, коли-индекс, энтерококки, ОКБ.
- Санитарно-гигиенических: БПК5 и растворенный кислород.
- Нефтесодержание воды и концентрация тяжелых металлов.
По результатам полученных статистических данных с целью минимизации случаев неправомерного загрязнения акватории Керченского пролива ставится задача разработки математической модели распространения загрязняющих веществ в морской среде на поверхности и на глубине с учетом течения, ветра, волнения, эмульгирования, растворимость, времени и т. д.
Процесс разработки математической модели включает в себя следующие этапы:
– постановка цели моделирования;
– качественный анализ экологической системы, исходя из цели;
– формирование гипотез о структуре экосистемы, механизмов ее поведения, как отдельных ее частей, так всей экосистемы в целом;
– идентификация модели;
– верификация модели, заключающуюся в проверке ее работоспособности и оценке степени адекватности реальной экосистеме;
– исследование модели на устойчивость ее решений, чувствительность к изменению параметров.
На данный момент разработано ряд математических моделей, описывающих динамику распространения нефтяных пятен по водной поверхности и акватории портов. Однако, пока не существует комплексной модели, которая бы описывала распространение различных видов загрязнений вдоль береговой линии Керченского пролива и позволила бы определить с достаточной точностью судно-нарушитель. Еще одной особенностью математического моделирования распространения такого загрязнения является то, что в Керченском проливе имеет место ветровое течение, т. е. из-за мелководности происходит активное реагирование уровня моря на ветровые нагоны, которые способствуют значительному увеличению скорости течений в проливе [1].
Для непрерывного мониторинга состояния морской среды планируется установить стационарные станции с передатчиками, информация с которых будет в режиме реального времени поступать на общий пункт управления. После обработки и анализа полученных данных станет возможным определение местоположения района, откуда вероятно и произошел сброс.
Сеть стационарных пунктов наблюдения позволит оперативно определять область загрязнения. Места расположения станций выбираются с учетом гидрохимического и гидрометеорологического режимов и рельефа дна в исследуемом районе. Информация со всех пунктов мониторинга поступает синхронно на стандартных географических горизонтах (0, 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50м и т. д.), включая придонный слой воды, а также слои «скачка свойств» (плотности, солености, кислорода и т. д.).
Предусматривается контроль за концентрацией загрязнителей, а также визуальное наблюдение поверхности морской среды в соответствии с двумя программами — сокращенной и полной.
Под сокращенной программой понимается проверка растворенного кислорода, нефтепродуктов и нескольких загрязнителей один раз в декаду.
По полной программе предусмотрена проверка один раз в месяц следующих параметров:
– концентрация загрязняющих веществ (нефтепродукты, тяжелые металлы, детергенты и другие);
– показатели морской среды (растворенный кислород, сероводород, водородный показатель, БПК5, нитратный азот, аммонийный азот, общий азот, фосфор фосфатный, общий фосфор, кремний);
– гидрометеорологический режим исследуемого района (соленость воды, температура воды и воздуха, скорость и направление течений и ветра, прозрачность, цветность воды).
Заключение. Охрана окружающей морской среды — задача нашего века. Загрязнение водных ресурсов — актуальная проблема, уже ставшая социальной. Для предотвращения глобальной экологической катастрофы понадобятся целенаправленные и продуманные действия, обоснованные знания о взаимодействии важных экологических факторов, разработка новых методов предотвращения вреда, наносимого людьми!
Литература:
- Г. Г. Матишов, А. Л. Чикин, Исследование ветровых течений в керченском проливе с помощью математического моделирования / Вестник южного научного центра РАН — Том 8, № 2. с 2012. — С. 27–32.
