В Волжском каскаде Волгоградское водохранилище является замыкающим. В нем аккумулируются потоки веществ из расположенных выше участков бассейна. На его базе осуществляется водоснабжение и водоотведение крупных промышленных центров – Балакова, Вольска, Маркса, Энгельса, Саратова, Камышина, Волгограда, Волжского, а также многочисленных сельских поселений, расположенных в прибрежной зоне.
Целью исследований является ретроспективная оценка эколого-гигиенического состояния качества воды Волгоградского водохранилища.
Материалы и методы исследования
Гидрохимические исследования проводили на Волгоградском водохранилище в сезонном аспекте в период 2001–2013 гг. При этом использовались общепринятые методы санитарно-гигиенического и экологического контроля [2, 5]. Полученные результаты сравнивали с данными качества воды незарегулированной Волги [1, 6] и Волгоградского водохранилища в предыдущие годы [8].
Результаты исследования и их обсуждение
В начале 20 века данные о химическом составе воды Волги у Саратова публиковались в ежегодных бюллетенях. Так, в «Сведениях о деятельности врачебно-санитарной организации и больниц г. Саратова» [6] за июль – сентябрь 1912 г. приведены данные о составе воды Волги выше Саратова и ниже выпуска канализационных стоков. Окисляемость воды выше города составляла 6,1–8,2 мгО2/л, ниже города – 5,5–10,8 мгО2/л при практически равных средних значениях 6,9–7,0 мгО2/л. Соединения минерального азота выше города не были обнаружены, а ниже города содержание аммония колебалось в пределах 0,1–0,69, нитритного азота 0–0,141, нитратного азота 0–5,59 мгN/л. В волжской воде ниже города отмечался сильный запах нефти.
Нефтяное загрязнение Волги достигло максимума в послевоенные годы. Так, в исследовании Р.С. Беловой, проведенном в 1951 году [1], указано, что завод «Крекинг» сбрасывал в Волгу до 120 т нефти в сутки, а в среднем в сутки в реку поступало 5–10 т. Ниже города Саратова ее концентрация колебалась в пределах 0,02–12,04 мг/л. Несмотря на значительное содержание нефтепродуктов в акватории ниже города, процессы биохимического окисления органических веществ протекали свободно. Так, чрезвычайно высокая концентрация нефтепродуктов в районе выпуска стоков завода «Крекинг» у с. Золотое (100 км ниже Саратова) снижалась до минимальных значений.
С образованием Волгоградского водохранилища в 1958–1960 годах произошло изменение гидрологического и гидрохимического режима реки, а также гидробиологической составляющей водоема. Гигиенические исследования последствий каскадного регулирования стока р. Волги в 1998–2006 гг. выявили ухудшение санитарно-эпидемиологической обстановки в местах водопользования населения. Зарегистрировано увеличение содержания аммонийного азота, нефтепродуктов, солей тяжелых металлов [7].
Антропогенное влияние на качество воды сказывается на составе органического вещества, биогенных элементов и ксенобиотиках. В табл. 1 представлены сведения по химическому составу воды незарегулированной Волги в районе г. Саратова в 1912, 1951 гг., а также за 50-летний период существования Волгоградского водохранилища.
Средние значения перманганатной окисляемости (ПО), характеризующей главным образом аллохтонную органику, и бихроматной окисляемости (БО), дающие представление о суммарном содержании органического вещества, за указанные периоды практически не изменились.
В последние годы увеличилась амплитуда колебания БПК5, показателя, характеризующего легкоокисляемую часть органического вещества. На отдельных участках водохранилища в вегетационный период регистрировались значения показателя, в 2–3 раза превышающие гигиенические нормативы. Концентрации биогенных элементов – соединений минерального азота и фосфора, железа, в водохранилище и незарегулированной Волге также колебались практически в одних пределах.
Рассматривая динамику органического вещества с 2001 по 2013 гг., можно отметить тенденцию снижения его содержания (рис. 1).
Таблица 1
Содержание органического вещества и биогенных элементов в воде р. Волги
|
Год |
1913 г. |
1951 г. |
1980–1990 гг. |
1990–2000 гг. |
2001–2013 гг. |
|
Источники |
[7] |
[1] |
[9] |
[9] |
Наши данные |
|
Показатель |
min–max Хср. |
min–max Хср. |
min–max Хср. |
min–max Хср. |
min–max Хср. |
|
ПО, мгО/л |
5,5–10,8 7,0 |
9,2–11,1 10,5 |
5,6–14,9 8,8 |
4,2–24,8 9,5 |
5,1–19,0 8,9 |
|
БО, мгО/л |
– |
– |
12–40 24,6 |
19–46 23,9 |
14–50 28,1 |
|
БПК5, мгО2/л |
– |
1,3–5,54 2,9 |
0,77–6,08 2,67 |
0,77–4,46 2,24 |
0,22–7,11 1,99 |
|
N–NH4, мг/л |
0,1–0,69 0,53 |
0,08–0,18 0,13 |
0,03–1,14 0,38 |
0–1,35 0,3 |
0,07–1,52 0,28 |
|
N–NO2, мг/л |
0–0,141 0,084 |
0,002–0,02 0,008 |
0,001–0,088 0,024 |
0–0,085 0,022 |
0–0,289 0,016 |
|
N–NO3, мг/л |
0–5,59 2,1 |
0,15 |
0,02–1,85 0,50 |
0,054–1,92 0,89 |
0–3,0 0,69 |
|
P–PO4, мг/л |
– |
– |
0–0,68 0,14 |
0–0,56 0,063 |
0,006–0,2 0,057 |
|
Fe, мг/л |
– |
0,1–0,3 0,23 |
0–0,62 0,21 |
0–0,5 0,27 |
0,01–0,5 0,16 |
Примечание. Прочерк означает отсутствие данных.
Рис. 1. Многолетняя динамика содержания органического вещества по перманганатной и бихроматной окисляемости в Волгоградском водохранилище
Химической составляющей биопродукционных процессов в водных экосистемах являются биогенные вещества. Считается, что в большинстве водных экосистем биологическая продуктивность лимитируется содержанием в воде азота и фосфора [4]. В последние годы в динамике содержания аммонийного, нитратного азота и минерального фосфора также наблюдается отрицательный тренд среднегодовых концентраций (рис. 2, а, б). Снижение среднегодового содержания биогенных элементов в Волгоградском водохранилище может быть связано с его эвтрофированием. Так, корреляционный анализ [3] выявил достоверную связь между биомассой зеленых водорослей и содержанием аммонийного азота (R = 0,81; p = 0,001), между биомассой зеленых водорослей и содержанием суммарного минерального азота (R = 0,64; p = 0,04).
Установлены существенные ежегодные колебания суммарной биомассы фитопланктона в период с 2001 по 2013 гг., но выраженного тренда ее изменения не наблюдалось. В то же время зарегистрированы отчетливые тренды снижения биомассы зеленых водорослей и роста биомассы синезеленых [3].
а б
Рис. 2. Динамика соединений минерального азота (а) и минерального фосфора (б) в Волгоградском водохранилище
В последние годы зарегистрировано прогрессирующее зарастание водохранилища высшими водными растениями. Если в 1972 г. общая площадь зарослей оценивалась величиной порядка 3,25 тыс. га, то в настоящее время эта площадь составляет 24 тыс. га, а степень зарастания водохранилища в целом возросла до 7,5 % по сравнению с 0,9 % в 1972 г. [9]. Можно предположить, что снижение содержания в воде органического вещества, аммонийного азота, нитратов и фосфатов связано с их поглощением из водной толщи и накоплением в растительной биомассе. Вследствие медленной скорости минерализации биомассы макрофитов эти соединения частично выводятся из биологического круговорота.
Промежуточным продуктом в процессах нитрификации являются нитриты. Вследствие неустойчивости этих соединений, концентрации нитритов в водохранилищах с благоприятным кислородным режимом, как правило, незначительны. В Волгоградском водохранилище с 2008 года наблюдается увеличение среднегодового содержания нитритов и, соответственно, рост их доли в суммарном минеральном азоте (рис. 3). Нарушение скорости процесса нитрификации является важным санитарным показателем и может свидетельствовать о возрастании загрязнения водохранилища.
Одними из наиболее распространенных загрязнителей волжских водохранилищ на протяжении многих лет являются тяжелые металлы. В начале 21 века содержание металлов в волжской воде резко снизилось по сравнению с 90-ми годами прошлого века, что, очевидно, связано со значительным сокращением промышленного производства. В последние годы наметилась тенденция к росту содержания цинка, свинца, меди, хотя их концентрации все еще значительно ниже уровня 90-х годов прошлого века.
В поверхностных горизонтах русловых участков водохранилища в районе г. Вольска и с. Нижняя Добринка в 2012–2013 гг. обнаружен никель в количествах 0,021–0,024 мг/л, в то время как в 1990-х и в 2000-х гг. соединения никеля в воде водохранилища отсутствовали [8].
Нефтепродукты – также распространенный загрязнитель водоемов. Максимальное среднегодовое содержание нефтепродуктов в р. Волга до зарегулирования было отмечено в послевоенные годы. С введением очистных сооружений на заводе «Крекинг» и образованием Волгоградского водохранилища их концентрация снизилась, а в последние годы содержание нефтепродуктов не превышало ПДК (табл. 2), очевидно в связи с уменьшением количества как маломерного флота, так и в целом водного транспорта.
Рис. 3. Динамика содержания нитритов и их доли в суммарном минеральном азоте в Волгоградском водохранилище
Таблица 2
Содержание нефтепродуктов в воде Волгоградского водохранилища
|
Год исследования |
1948–1949 |
1973 |
1988 |
2004 |
2005 |
2010 |
|
Концентрация, мг/л |
4,47 ± 1,07 |
0,21 ± 0,07 |
0,08 ± 0,01 |
0,094 ± 0,07 |
0,056 ± 0,02 |
0,038 ± 0,01 |
Заключение
При сравнении данных по качеству воды незарегулированной Волги и Волгоградского водохранилища за последние 13 лет по большинству исследованных параметров не выявлено существенных различий (за исключением высокого и чрезвычайно высокого содержания нефтепродуктов ниже города в начале 20 века). К особенностям гидрохимического режима тех лет можно отнести незначительное содержание загрязняющих веществ выше города и резкое повышение их концентраций ниже поступления городских сточных вод. В настоящее время, вследствие наличия очистных сооружений, а также большей буферной емкости экосистемы водохранилища, антропогенное воздействие на водоем не столь очевидно. Результаты санитарно-гигиенических исследований свидетельствуют об удовлетворительном качестве воды Волгоградского водохранилища как источника водоснабжения населения. Мелководья с высшей водной растительностью работают как мощный биофильтр, аккумулируя биогенные и токсичные вещества, поступающие из вышерасположенных водохранилищ. На отдельных участках водохранилища в период массового развития фитопланктона наблюдались превышения гигиенических нормативов по БПК5, однако среднегодовые величины этого показателя были в пределах нормы и колебались на уровне предыдущих лет. Увеличение биомассы синезеленых водорослей дает основание говорить о тенденции изменения экосистемы водохранилища в сторону эвтрофирования. Концентрация нефтепродуктов и тяжелых металлов значительно снизилась по сравнению с предыдущими годами и, как правило, не превышала гигиенических нормативов. Тем не менее тенденция роста содержания некоторых металлов, а также регистрация в воде водохранилища значительного содержания нитритов свидетельствуют о напряженности процессов самоочищения.
Рецензенты:
Махонько Н.И., д.м.н., профессор кафедры земельного и экологического права, Саратовская государственная юридическая академия, г. Саратов;
Родзиевская Е.Б., д.б.н., профессор кафедры гистологии, ГБОУ ВПО «Саратовский государственный университет им. В.М. Разумовского», г. Саратов.