Гидрохимия речных вод Воронежской городской агломерации

На рисунке 1 представлена картосхема расположения точек отбора проб воды из исследуемых водотоков.

Химический анализ приоритетных загрязняющих веществ в пробах речных вод проводился на базе аттестованной эколого-аналитической лаборатории факультета географии, геоэкологии и туризма Воронежского госуниверситета с применением следующих методов анализа: органолептический (прозрачность, наличие осадка, цветность, запах), титриметрический (общая жесткость, Са²⁺, HCO3, SO4Методика выполнения измерений массовой концентрации ионов аммония в природных и сточных водах фотометрическим методом с реактивом Несслера. ПНД Ф 14.1:2.1-95; Методика выполнения измерений массовой концентрации железа в природных и сточных водах фотометрическим методом с о-фенантролином. ПНД Ф 14.1:2.2-95; Методика измерений массовой концентрации нитрит-ионов в питьевых, поверхностных и сточных водах фотометрическим методом с реактивом Грисса. ПНД Ф 14.1:2:4.3-95 (издание 2011 г.); Методика выполнения измерений содержаний кальция в пробах природных и очищенных сточных вод титриметричес- ким методом. ПНД Ф 14.1:2.95-97; Методика выполнения измерений содержаний хлоридов в пробах при родных и очищенных сточных вод аргентометрическим методом. ПНД Ф 14.1:2.96-97; Методика выполнения измерений жесткости в пробах природных и очищенных сточных вод титри- метрическим методом. ПНД Ф 14.1:2.98-97; Методика выполнения измерений содержаний гидрокарбонатов в пробах природных вод титриметрическим методом. ПНД Ф 14.2.99-97; Методика выполнения измерений рН в водах потенциометрическим методом. ПНД Ф 14.1:2:3:4.121-97 (издание 2004 г.); Методика выполнения измерений массовой концентрации сульфат-ионов в пробах природных и сточных вод турбидиметрическим методом. ПНД Ф 14.1:2.159-2000., Сl); потенциометрический (рН); кондуктометрический (общая минерализация), колориметрический (Fc, , NO^-, NO^-, NH.+) и расчет-общный (Mg²⁺) [6, 8]. Каждая проба анализировалась в двухкратной повторности по 16 показателям. Для химического анализа природных вод использованы методики выполнения измерений (МВИ), включенные в государственный реестр МВИ².

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Согласно результатам органолептических исследований наибольшей цветностью обладают воды реки Воронеж (40 град) и две пробы реки Дон (№ 6, 7), имеющие цветность 50 и 40 град соответственно. Пробы № 21, 22 реки Усмань характеризуются повышенной цветностью до 50 град, а проба № 26 отличается наибольшей цветностью до 70 град. Цветность вод объясняется наличием в водоеме тонкодисперсных взвесей естественного или антропогенного происхождения. Повышенные значения цветности вод отдельных проб объясняются высокой нагрузкой со стороны промышленных и сельскохозяйственных предприятий [9].

Наиболее интенсивный запах отмечен в одной пробе воды из реки Дон (№ 6) и реки Усмань (№ 26), что очевидно связано, в первую очередь, со сбросом недостаточно очищенных вод с правобережных очистных сооружений города Воронежа и села Углянец Верхнехавского района.

Органолептические показатели не нормируются для вод рыбохозяйственного назначения, однако их повышенные значения могут косвенно свидетельствовать о техногенном загрязнении вод.

Химический анализ речных вод проводился для ряда наиболее приоритетных компонентов. На основании полученных результатов химического состава водных проб был проведен сравнительный анализ определяемых ингредиентов с предельно допустимыми концентрациями (ПДК) загрязняющих веществ для водоемов рыбохозяйственного назначения [7].

Анализ результатов показал, что концентрации основных макрокомпонентов - ионов кальция (Са²⁺) и магния (Mg²⁺), хлоридов (Cl^-), гидрокарбонатов (HCO₃^-) лежат в пределах допустимых значений и удовлетворяют нормативам ПДК. Исключение составляют единичные пробы в реке Дон: в пробе № 9 содержание Мд²⁺-иона превышает норму в 1,05 раза; в пробе № 6 содержание HCO₃^- - иона превышает норму в 1,1 раза.

В реках Дон и Усмань обнаружено повышенное содержание такого макрокомпонента как суль- фат-ион. В частности, в реке Дон практически все пробы (за исключением № 3 и № 5) имеют содержание SO₄^2- - иона выше нормы от 1,12 до 1,93 раза (при ПДК<100 мг/л), а в реке Усмань в 4 пробах (№ 20, 21, 22, 23) содержание сульфатов превышает норму от 1,05 до 1,26 раза.

Сульфаты относятся к макрокомпонентам, постоянно присутствующим в природных водах, что обусловлено растворением гипса, а т акже переносом с дождями содержащихся в воздухе SO₄^2- - ионов. Однако их количество зависит от погодных условий, времени года и не оказывает токсического воздействия на человека [8].

Значения показателя общей минерализации находятся в пределах нормы, за исключением единичной пробы № 26 реки Усмань (1349 мг/л), которая превышена в 1,35 раза. Это можно объяснить сбросом недостаточно очищенных стоков с очистных сооружений села УглянецВерхнехавс- кого района. Расчет усредненных значений минерализации (по 9 пробам для каждого водотока) показал, что река Дон характеризуется значением 435 мг/л, река Воронеж - 533 мг/л, а воды реки Усмань отмечены самым высоким значением минерализации, достигающим 733 мг/л.

Класс качества вод в зависимости от рН [Table 1.WaterqualityclassdependingonpH]

Измерения водородного показателя (рН) показали, что для всех проб воды полученные значения лежат в диапазоне от 6,5 до 8,5, а значит соответствуют требуемым нормативам. В зависимости от значений водородного показателя природные поверхностные воды классифицируются по следующим классам качества (таблица 1) [7].

Таким образом, к «условно чистым» водам относятся все 9 проб воды реки Воронеж; 4 пробы (№ 5, 6, 7, 9) реки Дон и 4 пробы (№ 24, 25, 26, 27) реки Усмань, отобранные на территории Воронежского биосферного заповедника в Рамонском районе и селе Углянец Верхнехавского района.

Как «удовлетворительно чистые» характеризуются воды реки Дон - 5 проб (№ 1, 2, 3, 4, 8), отобранные у села Новоживотинное Рамонского района и города Семилуки; пос. Тепличный (город Воронеж) и города Нововоронеж ниже сброса сточных вод с очистных сооружений «Аквасервис»; реки Усмань - 5 проб (№ 19, 20, 21, 22, 23) на территории пос. Боровое, пос. Сомово и села Новая Усмань [3].

Важным свойством, имеющим большое значение при водопользовании, является жесткость воды, которая может варьировать в широких пределах в зависимости от погодных условий, сезона года и типа почв. Исходя из классификации гидрохимика О. А. Алекина [8], по величине жесткости различают воды: очень мягкие (<1,5 °Ж), мягкие (1,5-3,0 °Ж), умеренно жесткие (3,0-6,0 °Ж), жесткие (6,0-9,0 °Ж), очень жесткие (>9,0 °Ж).

Согласно результатам анализов проб воды из реки Дон и реки Воронеж имеют «среднюю» жесткость, а «жесткие» воды характерны для реки Усмань. В 6 пробах реки Усмань (№ 19, 20, 21, 22, 23, 24), отобранных в черте города Воронежа, села Новой Усмани и Воронежском биосферном заповеднике, величина общей жесткости составляет от 6,28 до 6,9 °Ж.

Нитратный азот (NO₃^-) - важный санитарный показатель. Он указывает на антропогенное загрязнение водной среды. Повышенное содержание нитратов в воде может служить индикатором загрязнения водоемов в результате распространения химических или органических загрязнений, источниками которых являются промышленные и сельскохозяйственных предприятия, поверхностные стоки с пастбищ, молочных ферм, скотных дворов. Избыточное внесение в почву азотных удобрений приводит к нитратному загрязнению воды, в результате чего наблюдается процесс эвтрофикации водоема.

При этом NO₃^- - ион в количестве от 78,0 до 87,4 мг/л (при норме <40 мг/л) был обнаружен лишь в 3 пробах воды из реки Усмань (№ 25, 26, 27), отобранных выше и ниже сброса сточных вод с очистных сооружений села Углянец.

Нитрит-анионы (NO₂^-) относятся к промежуточным продуктам биологического разложения азотсодержащих органических соединений. Благодаря способности превращаться в нитраты, NO2- анионы практически отсутствуют в поверхностных водах. Поэтому наличие в анализируемой воде повышенного содержания нитритов свидетельствует о биологическом загрязнении вод, причем с учетом частично прошедшей трансформациии азотистых соединений из одних форм в другие [5].

Результаты анализа на присутствие азотистых соединений выявили практически во всех пробах воды превышение ПДК по нитритному и аммонийному азоту (рис. 2, 3).

Содержание нитритного азота превышает норму в следующих пробах воды, отобранных из реки Дон - в 8 пробах от 1,1 до 6,5 раза (за исключением пробы № 2, отобранной в городе Семилуки); из реки Воронеж - в 5 пробах (№ 11, 12, 14, 15, 18) - от 1,1 до 1,5 раза; в реке Усмань - во всех пробах - от 7,0 до 63,8 раза (за исключением пробы № 24 на территории Воронежского биосферного заповедника). Большая часть проб вод с повышенными значениями содержания нитритного азота относится к следующим населенным пунктам: города Воронеж, Семилуки, Нововоронеж (на реке Дон); села Ступино и Чертовицы Рамонского района (на реке Воронеж); пос. Сомово (городской округ город Воронеж), села Новая Усмань и Углянец (на реке Усмань).

? Дон ? Воронеж ¦ Усмань

Рис. 2.Содержание NO2 - иона в пробах воды, отобранных из рек Дон, Воронеж, Усмань [Fig. 2.Contentof NQ2^-- ioninwatersamplesfromtheDon, Voronezh, Usman' Rivers]

? Дон ? Воронеж ¦ Усмань

Рис. 3.Содержание NH4+ - иона в пробах воды, отобранных из рек Дон, Воронеж, Усмань [Fig. 3.Contentof NH4+ - ioninwatersamplesfromtheDon, Voronezh, Usman' Rivers]

Ионы аммония (NH4+) обычно рассматриваются как результат микробиологического разложения белков животного и растительного происхождения. Среди основных источников аммонийного загрязнения воды можно выделить поверхностные стоки, содержащие минеральные и органические удобрения, а также загрязняющие вещества от животноводческих комплексов [4, 5].

Содержание аммонийного азота превышает норму в водах реки Дон - в 8 пробах от 3,12 до 27,92 раза (за исключением пробы № 7, отобранной в городе Воронеже на 1000 м ниже сброса правобережных очистных сооружений); реки Усмань - во всех пробах от 1,12 до 10,2 раза.

Большая часть проб вод с повышенными значениями содержания аммонийного азота относится к следующим населенным пунктам: города Воронеж, Семилуки, Нововоронеж (на реке Дон); пос. Сомово (город Воронеж), села Новая Усмань и Углянец (на реке Усмань).

В соответствии с классификацией качества природных вод по содержанию аммонийного азота (таблица 2) был проведен сравнительный анализ степени загрязненности исследуемых речных вод, а именно: а) река Дон - воды «грязные», относятся к 5 классу качества; б) река Усмань - воды « загрязненные», 4 класс качества; в) река Воронеж - воды «умеренно загрязненные», 3 класс качества.

Анализ содержания суммарного железа практически во всех пробах воды позволил выявить превышение норматива ПДК для вод рыбохозяйственного назначения (ПДК Бє_о6щ<0,1 мг/л). Кратность превышений ПДК находится в диапазоне: река Дон - в 8 пробах от 1,4 до 8,7 раза (за исключением пробы № 6); река Воронеж - в 6 пробах от 1,1 до 2,1 раза (за исключением пробы № 14, 15, 16); река Усмань - в 8 пробах от 1,4 до 3,6 раза (за исключением пробы № 20).

Содержание аммонийного азота в водоемах с различной степенью загрязненности [Table 2.The content of ammonium nitrogeninreser voirs with different pollution degree]

Повышенное содержание железа во всех пробах, видимо, обусловлено природным происхождением, характерным для вод Донского речного бассейна [2].

Для обобщения полученных результатов были рассчитаны средние значения основных веществ и соединений (Еє_о6щ, NO₃^- , NO2^-, NH4+), характеризующих химический состав воды из рек Дон, Воронеж и Усмань (по 9 пробам для каждого водотока), результаты которых представлены в виде диаграммы (рис. 4).

Химический состав проб воды показал, что по содержанию приоритетных загрязняющих веществ, превышающих норматив для вод рыбохозяйственного назначения, водотоки можно расположить в следующий ряд по снижению качества вод: река Дон > река Усмань > река Воронеж.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Анализ результатов гидрохимических исследований показал, что повышенная антропогенная и рекреационная нагрузка в пределах Воронежской городской агломерации оказывает негативное влияние на качество вод Донского речного бассейна. Воды агломерации по результатам гидрохимических анализов относятся к следующим классам качества: река Дон - «грязная»; река Воронеж - «умеренно загрязненная »; река Усмань - «загрязненная ».

В целях охраны поверхностных вод от техногенного загрязнения Департаментом природных ресурсов и экологии Воронежской области постоянно ведется контроль и мониторинг состояния водных объектов. По данным на 2018 год результаты анализа состояния дна, берегов и водоохранных зон водных объектов Воронежской областипоказали, что состояние рек неудовлетворительное и требует проведения водоохранных и водохозяйственных мероприятий, включающих: организацию поверхностного стока, восстановление и экологическую реабилитацию рек, берегоукрепительные работы, а также принятие мер административного характера к нарушителям режима использования водоохранных зон [2].

Рис. 4. Кратность превышения ПДК по основным загрязняющим веществам в пробах воды, отобранных из рек Дон, Воронеж, Усмань

[Fig. 4.Multiplicityofexcessof MPC forthemainpollutantsinwatersamplestakenfromtheDon, Voronezh, Usman' rivers]

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

качество вода воронеж речной бассейн

1. Дмитриева В.А. Водные ресурсы Воронежской области в условиях меняющихся климата и хозяйственной деятельности. Воронеж, Издательский дом ВГУ, 2015. 92 с.

2. Доклад о состоянии окружающей среды на территории Воронежской области в 2018 году / Департамент природных ресурсов и экологии Воронежской области. Воронеж, 2019. 146 с.

3. Корчагина В.А., Прожорина ТИ., Куролап С.А. Геоэкологическая экспресс-оценка качества поверхностных водных ресурсов Ближнего Подворонежья // Вестник Воронежского государственного университета. Серия География. Геоэкология, 2008, № 2, с. 64-70.

4. Маслова М.О., Пожорина ТИ., Якунина Н.И. Эколого-аналитическая оценка качества вод рекреационных зон ближнего Подворонежья // Вестник Воронежского государственного университета. Серия География. Геоэкология, 2014, № 4, с. 48-56.

5. Маслова М. О. Анализ содержания азотистых соединений в поверхностных водах рекреационных зон Воронежской городской агломерации // Экологическая оценка состояния городской среды, Воронеж, 2016, с. 82-91.

6. Каверина Н. В. и [др.] Методы экологических исследований: учебное пособие для вузов. Воронеж, издательство «Научная книга», 2019. 355 с.

7. Муравьев А. Г. Руководство по определению показателей качества воды полевыми методами. Санкт- Петербург, Крисмас+, 2009. 218 с.

8. Никаноров А. М. Гидрохимия. Санкт-Петербург, Гидрометеоиздат, 2001. 447 с.

9. Смольянинов В. М., Щербинина С. В. Интегральные показатели в оценке антропогенного давления на территорию речных водосборов Воронежской области // Материалы IVВсероссийской научной конференции «Эколого-географические исследования в речных бассейнах». Воронеж, 2014, с. 191-196.

10. Экологические риски территорий интенсивного техногенного освоения / Под общей ред. проф. С. А. Куролапа и проф. О. В. Клепикова. Воронеж, издательство «Цифровая полиграфия», 2019. 192 с.

REFERENCES

1. Dmitrieva VA. VodnyeresursyVoronezhskojoblas- ti v usloviyahmenyayushchihsyaklimata i hozyajstvennojdeyatel'nosti [WaterresourcesofVoronezhOblastinthecontextofchangingclimateandeconomicactivities]. Voronezh, VSU Publ. House, 2015. 92 p. (InRuss.)

2. Doklad o sostoyaniiokruzhayushchejsredynater- ritoriiVoronezhskojoblasti v 2018 godu [ReportonthestateofenvironmentintheVoronezhRegionin 2018]. Departamentprirodnyhresursov i ekologiiVoronezhskojoblasti. Voronezh, 2019. 146 p. (InRuss.)

3. Korchagina V. A., Prozhorina T.I., Kurolap S.A. Geoekologicheskayaekspressocenkakachestvapoverhnos- tnyhvodnyhresursovBlizhnegoPodvoronezh'ya [Geoeco- logicalexpress-evaluationofthesurfacewaterresourcesqualityintheMiddlePodvoronezhregion]. VestnikVoron- ezskogogosudarstvennogouniversiteta. Geografiageoek- ologia, 2008, no. 2, pp. 64-70. (InRuss.)

4. Maslova M. O., Prozhorina T. I., Yakunina N. I. Eko- logo-analiticheskayaocenkakachestvavodrekreacionnyhzonblizhnegoPodvoronezh'ya [EcologicalandanalyticalassessmentofthewaterqualityinrecreationalareasoftheNearVoronezhareas]. VestnikVoronezskogogosudarstven- nogouniversiteta. Geografiageoekologia, 2014, no. 4, pp. 48-56. (InRuss.)

5. Maslova M. O. Analizsoderzhaniyaazotistyhsoed- inenij v poverhnostnyhvodahrekreacionnyhzonVoron- ezhskojgorodskojaglomeracii [TheanalysisofthenitrogencompoundscontentinthesurfacewatersoftheVoron

6. Kaverina N. V. [etall.] Metodyekologicheskihissle- dovanij: uchebnoeposobiedlyavuzov [Methodsofecologicalresearch: a trainingmanualforhighereducationinstitutions]. Voronezh, Publ. House “Nauchnayakniga”, 2019. 355 p. (InRuss.)

7. Murav'ev A. G. Rukovodstvopoopredeleniyupoka- zatelejkachestvavodypolevymimetodami [Manualfordeterminationofwaterqualityindicatorsbyfieldmethods]. St. Petersburg, Publ. “Krismas+”, 2009. 218 p. (InRuss.)

8. Nikanorov A.M. Gidrohimiya [Hydrochemistry]. St. Petersburg, Gidrometeoizdat, 2001. 447 p. (InRuss.)

9. Smol'yaninov V.M., SHCHerbinina S.V [IntegralIndicatorsinEstimationofAnthropogenicPressureontheTerritoryofVoronezhOblastRiverCatchments]. Materi- aly IV Vserossijskojnauch. konferencii “Ekologo-ge- ograficheskieissledovaniya v rechnyhbassejnah ” [Proc. ofthe IV All-Russ.Sci. Conf. “EcologicalandGeographicStudiesinRiverBasins”].Voronezh, 2014, pp. 191-196. (InRuss.)

10. Ekologicheskieriskiterritorijintensivnogotekhno- gennogoosvoeniya [Ecologicalrisksofintensivetechnogenicdevelopmentterritories]. Podobshchejred. prof. S. A. Kurolapa i prof. O. V.Klepikova. Voronezh, Publ. “Cifrovayapoligrafiya”, 2019. 192 p. (InRuss.)

Размещено на Allbest.ru