Антропогенное влияние человека на водную экосистему Верхней Волги (г. Дубна — п. Белый Городок)

Ключевые слова:Верхняя Волга, антропогенное влияние, отбор проб, анализ, контроль, качество воды, ПДК, экосистема.

Река Волга — одна из самых крупных рек России. На её берегах расположены сотни населённых пунктов и даже 4 города миллионника. Условно Волга разделена на Верхнюю, Среднюю и Нижнюю Волги. В Верхней Волге не сосредоточены крупные промышленные центры, но созданы крупные водохранилища. Самое крупное — Иваньковское водохранилище (так называемое Московское море), сразу после него по течению реки расположена ГЭС г. Дубны которая входит в Волжско-Камский каскад ГЭС.

Антропогенное влияние человека, которое начинается у истоков в разы усиливается в Нижней Волге, поэтому крайне важно проводить контроль над состоянием водных артерий от истоков.

Для изучения состояние водной экосистемы был выбран участок реки Волга в 40 км, от ГЭС г. Дубна 56.738807°, 37.128339° — 56.734417°, 37.130849° до посёлка Белый Городок 56.970265°, 37.488505° — 56.969575°, 37.497538°. Весной 2014 года в г. Дубна были начаты работы по возведению новой дамбы протяжённостью 7,8 км, поэтому полученные результаты можно будет считать отправной точкой для сравнения влияния человека до и после возведения новых гидрологических сооружений. Был проведён физико-химический контроль качества воды по основным показателям. Наиболее важными показателями являются: pH, содержание растворённого кислорода, солевой состав и наличие органических и биогенных соединений. В виду отсутствия возможности своевременно произвести засевы, микробиологическое исследование воды не проводилось, но проводилось наблюдение за живыми индикаторами, где проводились дополнительные заборы воды. Отбор проб производился в конце июня 2014 года.

Методика отбора проб:

Для проведения отбора проб был собран пробоотборник (Рис. 1.), с использованием одноразовых ПЭТ бутылок. Согласно методике по отбору проб ПНД Ф 12.15.1–08, пункт 6.3 «Отбор проб для определения БПК и ХПК и нефтепродуктов производится только в стеклянную посуду»., в виду большого количества проб, отсутствия возможно произвести микробиологическое исследование, значительное увеличение веса тары (в 10 раз) и сравнительно небольших ожидаемых показателей БПК и ХПК, было принято решение отступить от методики и использовать ПЭТ упаковку для транспортировки.

Рис. 1. Проотборник

Рис. 2. Принцип отбора проб

Отбор проб вёлся сверху вниз по течению, каждые 2 км, причём, пробы отбирались с поверхности в 20 метрах от каждого из берегов, на поверхности и 4х метровой глубине на фарватере. (Рис. 2.) Каждая проба нумеровалась, записывались координаты, время отбора и температура воды. В день отбора проб наблюдался сильный северо-восточный ветер, который создавал большие волны с подветренной стороны, в результате местами отбор проб вёлся из взбаламученной воды. После отбора ПЭТ бутылка плотно закрывалась и помещалась в тёмную сумку, для транспортировки и для уменьшения попадания солнечного света. (Рис. 3.)

Рис. 3. Упаковка и транспортировка проб

Методика проведения анализа:

Анализ природной воды проводился с целью определения физических свойств и химического состава. В ходе анализа были использованы гравиметрические, титраметрические и фотоэлектроколметрические методы анализа. Для сокращения времени от отбора до анализа и сохранения качества результатов, по возможности были использованы экспресс методики и одноразовая посуда. После математической обработки результатов проводилось усреднение для каждого условного среза. Диапазон полученных результатов представлен в таблице 1.

Таблица 1

Сравнение полученных результатов с ПДК рыбохозяйственных водоёмов

По ходу течения реки в неё впадает множество мелких лесных ручьев и рек, для анализа влияния этих притоков были взяты дополнительные пробы в местах впадения в Волгу, часть показателей представлена в таблице 2. Берега реки изрезаны небольшими заливами, поскольку вода в них практически стоячая и насыщена высоким содержанием природных биогенных веществ (опавшая листва, отмершая водная растительность) они частично заросли водорослями и тростником, в основном, загрязнение искусственного происхождения отсутствует.

Таблица 2

Сравнение качества воды в местах впадения ручьев и рек в Волгу

Поскольку изучался не только поверхностный слой, но и качество воды с глубины, в таблице 3 представлены результаты сравнения различных слоёв. Большие глубины и придонный слой не исследовались, так как подводное течение сразу же сносило лёгкий пробоотборник по течению, был риск зацепиться за сетку (Волга богата рыбными ресурсами, что привлекает не только рыбаков, но и браконьеров).

Таблица 3

Сравнение качества воды в зависимости от места взятия пробы

Анализ результатов:

Полученные результаты свидетельствуют о не высокой минерализации воды порядка 120–150 мг/л, и мягкости воды 1,7–3,2 ммоль/л что не превышает ПДК. Цветность воды составляет 80–110 градусов по платиново-кобальтовой шкале цветности, что превышает ПДК в 2–3 раза, основная причина этого в том, что поступающая вода из Иваньковского водохранилища находится между заболоченных берегов и илисто-песчаным дном, в результате частого взбаламучивания, органические соединения не успевают осесть на дно и окрашивают воды в слегка мутный жёлтый цвет.

Значения химического и биологического потребления кислорода представлены на Рис. 4. С точки зрения соблюдения норм ПДК, БПК выше предельного значения на всём исследуемом участке. На рисунке чётко прослеживается закономерность, при прохождении крупного населённого пункта г. Дубна и г. Кимры, на выходе значения ХПК и БПК имеют максимальные значения, загрязняясь в городской черте, вода постепенно очищается по течению реки. После г. Кимры значения потребления кислорода практически достигают норм.

Рис. 4. Зависимость величины ХПК/БПК от расстояния до населённых пунктов

Биогенные вещества в основном поступают со сточными водами, большая часть азота и фосфора содержится в виде органических соединений. Диапазон полученных значений укладывается и не превышает норму, но в осенне-весенний период эти значение, как правило, повышаются на 40–60 %, в основном за счёт паводков, что может привести к превышению ПДК. Соотношение минерального и органического азота не постоянно, повышение минерального азота при благоприятных условиях приводит к зарастанию водорослями и переходу минерального азота в органический.

Концентрация хлоридов и сульфатов так же не превышает норм и колеблется в пределах ±10 мг/л. В основном это зависит от состава грунта в месте взятия пробы.

Концентрации нефтепродуктов и СПАВ превышают ПДК в 2–4 раза. В основном превышения зафиксированы в местах впадения рек, река Дубна входит в перечень загрязнённых рек России, также в месте впадения в Волгу, река Кимрка пересекается автомобильным мостом, высокий уровень загрязнения водоёма подтверждается живыми индикаторами. Непосредственно в населённых пунктах тоже наблюдается превышение ПДК. Превышение так же фиксируется в тех местах берега, где проходят автодороги и возведены автомобильные мосты.

При сравнении качества воды в местах впадения ручьев и рек в Волгу можно заметить, что более крупные притоки несут загрязнения искусственного происхождения, а мелкие — естественного, это напрямую связано с деятельностью человека. Более крупные притоки осваиваются быстрее и, следовательно, быстрее загрязняются.

У берегов концентрация взвешенных веществ выше, чем на фарватере, потому что взбаламучивание волнами не даёт осесть примесям на дно. Возможно, что результаты несколько завышены, так как в день отбора проб наблюдалось волнение.

Причины загрязнения:

Самым главным источником загрязнения является человеческий фактор. Визуальная оценка выявила факты застройки берегов коттеджными посёлками и отдельными частными строениями. На сегодняшний день нет строгого предписания по установке очистных сооружений для частных домов. Существующие очистные сооружения, предлагаемые для индивидуального строительства, имеют ряд недостатков, в том числе и необходимость в своевременном контроле и обслуживании, в противном случаи, они не эффективны и происходит загрязнение водоёмов. В таких местах наблюдались живые индикаторы, а именно водоросли, которые произрастают на некотором удалении от берега. Пробы воды показали повышенное содержание органических и биогенных веществ, что свидетельствует о неэффективной очистке сточных вод. Зарастание мелководья водорослями, скорее всего, не происходит из-за сильных ветров, которые нагоняют волны и не дают водорослям закрепиться в песчаном грунте.

Другим источником загрязнения воды можно назвать городские сточные воды, в г. Дубна образована «Особая экономическая зона», что привлекло инвесторов для создания новых производств и рабочих мест, но очистные сооружения ещё не прошли полный цикл модернизации, поэтому возможны перебои в качестве очищенных сбросов.

На сегодняшний день в г. Дубна существует 2 полигона ТБО. ТБО «Дубна Левобережная» был закрыт в начале 2014 года, ТБО «Дубна Правобережная» является действующим, но по плану Минэкологии Подмосковья должен быть закрыт в декабре 2014 года. Оба полигона являются источником загрязнения водных объектов и воздушных масс в г.Дубна, проверки не раз вскрывали ряд существенных природоохранных нарушений, в том числе утечки загрязнённых вод. Другим полигоном на этом участке Волги является полигон ТБО в г. Кимры, эксплуатация которого осуществляется ООО «Жилищное благоустройство». Так же в лесном массиве существуют незаконные свалки, как правило, в оврагах и мелких лесных ручьях, которые впадают в Волгу. Данный источник загрязнения можно назвать постоянным, на интенсивность производимого загрязнения влияет сезон года и количество осадков. Следует отметить, что раньше источником органического и минерального загрязнения были удобрения, но в связи со спадом производства и сокращением засевных площадей, их попадание в Волгу уменьшилось в разы.

Волга является судоходной рекой, несколько десяткой теплоходов и барж, ежедневно курсируют по её акватории, выхлопные газы содержат тяжёлые металлы и остатки нефтепродуктов, что негативно сказывается на природе и фиксируется практически во всех отобранных пробах. Маломерные суда и моторные лодки оказывают схожее влияние на водную экосистему.

Выводы:

Антропогенное влияние человека продолжает проявляться на водной экосистеме Верхней Волги, смена десятилетий меняет лишь источники загрязнения, но не их количество, в место удобрений смываемых с полей, вода загрязняется СПАВ и биогенными веществами из сточных вод. Маломерные суда, которых раньше не было, в таких количествах, активно загрязняют воду тяжелыми металлами и нефтепродуктами, места стоянок активно зарастают водорослями и планктоном, значительно ухудшая качество воды. Следует отметить, что самовосстановление и самоочищение реки происходит на удалении от населённых пунктов (Рис. 4.), но желание людей освоить нетронутые, чистые уголки экосистемы, может привести к ещё большему загрязнению. Полученные данные не являются постоянными и могут варьироваться, как в меньшую, так и в большую стороны. В целом, по многим показателям Верхнюю Волгу можно назвать условно чистой, но сохранение этой чистоты и во много первозданности — общая задача.

Литература:

1.                  Лурье Ю. Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод / Ю. Ю. Лурье. — Москва.: Химия, 1984. — 448 с.

2.                  Методические указания по отбору проб для анализа сточных вод, ПНД Ф 12.15.1–08

3.                  Приказ федеральное агентство по рыболовству № 20 от 18 января 2010 г.

4.                  Портал города Дубна, http://naukograd-dubna.ru/