Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ МАРГИНАЛЬНЫХ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ НА ПРИМЕРЕ УСТЬЯ И НИЖНИХ ТЕЧЕНИЙ РЕК МАЛЫЙ КАРАМАН И БОЛЬШОЙ КАРАМАН САРАТОВСКОЙ ОБЛАСТИ

Угланов Н.А. 1 Маркина Т.А. 1 Тихомирова Е.И. 1 Бобырев С.В. 1
1 ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»
Проведен экологический мониторинг устья и нижних течений рек Малый и Большой Караман, испытывающих сильное влияние режима работы Волжского каскада. В результате гидрологических исследований был определен уровень воды, рельеф дна, сила и направление элементарных течений, границы маргинальных зон. Выявлены критические точки, представляющие все типы участков русла. Проведенные исследования позволили обосновать выбора мест забора проб и проведения измерений для экологического мониторинга. Определены гидрохимические, гидробиологические и токсикологические показатели в этих точках, рассчитаны интегральные показатели – индексы ИЗВ, УКИЗВ. На основании гидробиологических исследований рассчитали значения интегрального индекса Скотта и биотического индекса Вудивисса. Анализ полученных данных свидетельствует о недостаточной реализации водоохранных мероприятий на исследуемых участках рек и напряженной экологической обстановке. Установлены приоритетные загрязнения ­– сточные воды животноводческих ферм и птицефабрик, коммунально-бытовые стоки, СПАВ, нефтепродукты. Проведенные исследования подтверждают необходимость оптимизации использования водных ресурсов и разработки методов рационального природопользования для снижения антропогенного воздействия на водные объекты.
экологический мониторинг
малые реки
маргинальные зоны
устьевые зоны
антропогенная нагрузка
1. Афанасьев Ю.А., Фомин С.А. Мониторинг и методы контроля окружающей среды: учебное пособие. – М.: Изд-во МНЭПУ, 2001. – С. 208.
2. Гидрометрический аппаратно-программный комплекс как основа проверки адекватности гидрологических моделей малых рек / С.В. Бобырев, Н.А. Угланов, С.Э. Михалёв, Ю.А. Изюмов, Е.И. Тихомирова // Вестник СГТУ. – 2012. – № 4. – С. 281–287.
3. Зинченко Т.Д., Бухарин О.В., Захаров В.М. Биоиндикация экологического состояния равнинных рек // Рос. акад. наук. Ин-т экологии Волж. бассейна, Ин-т биологии развития им. Н.К. Кольцова, Урал. отд-ние. Ин-т клеточного и внутриклеточного симбиоза. – М.: Наука, 2007. – С. 403.
4. Доклад о состоянии и об охране окружающей среды Саратовской области в 2011 году // Правительство Саратовской области, Комитет охраны окружающей среды и природопользования Саратовской области. – Саратов, 2012. – С. 245.
5. Лукьяненко В.И. Актуальные проблемы экологии Ярославского Поволжья и пути их решения // Актуальные проблемы экологии Ярославской области: материалы Второй науч.-практ. конф. В 2-х т. Т. 1. – Ярославль, Издание ВВО РЭА, 2002. – С. 12–24.
6. Экология Верхней Волги: современное состояние, проблемы и пути их решения / В.И. Лукьяненко, И.К. Ривьер, А.С. Литвинов, А.И. Копылов. – Ярославль: Издание ИБВВ РАН, 1994. – С. 45.
7. Гигиенические вопросы использования открытых водоемов Поволжья для сельского водоснабжения / А.А. Орлов, В.Ф. Спирин, М.В. Накарякова, С.А. Мосияш и др. // Вода: экология и технология: 7–й Международный конгресс. – М., 2006. – С. 919–920.
8. Эколого-гигиеническая оценка левобережных притоков Волгоградского водохранилища / А.А. Орлов, С.А. Мосияш, М.В. Накарякова, Т.Г. Кураева // Бассейн Волги в ХХΙ–м веке: структура и функционирование экосистем водохранилищ: сб. матер. докл. участников Всеросс. конф. ин-та биологии внутр. вод им. И.Д. Папанина (РАН, Борок, 22-26 октября 2012 г.). – С. 207–209.
9. Интегрированный экологический мониторинг акваторий и программно-аппаратные решения / А.Л. Подольский, С.В. Бобырев, Е.И. Тихомирова, А.А. Беляченко, Ю.Ю. Лобачев, Н.А. Угланов, С.Э. Михалев // Фундаментальные исследования. – 2012. – № 5. – С. 177–179.
10. Сергеева И.В. Экология и фауна хирономид подсемейства Tanypodinae (Diptera, Chironomidae) разных зоогеографических зон России: дис. … д-ра биол. наук. – Саратов, 2006. – С. 360.
11. Введение в экологическое моделирование / А.А. Цхай, М. Пулян, Л.Н. Бельдеева, Дж. Ганулис, И.В. Жерелина, В.И. Квон, В.В. Кириллов, С.А. Ляхова, Х-П. Нахтнебел, Н.З. Нечай. – Барнаул: Изд-во «Азбука», 2001. – С. 315.

Одной из основных задач современной экологии является изучение структуры, закономерностей функционирования и устойчивого развития водных экосистем и их рациональное использование. Решение этой задачи невозможно без углубленных исследований важнейших компонентов водных экосистем, мобилизующих трофический потенциал водоемов [1, 3, 10].

В настоящее время водоемы различного типа испытывают интенсивную антропогенную нагрузку разного характера. Поэтому остро стоит как проблема оптимизации использования естественных ресурсов, так и проблема разработки методов снижения антропогенного воздействия на окружающую среду. По данным ряда авторов, существует объективное противоречие между тенденцией роста водопотребления при повышении требований к качеству воды и прогрессирующим отрицательным влиянием антропогенных факторов на водные объекты [5, 8, 11].

Возрастание антропогенного воздействия на природу может привести к необратимым изменениям в экосистемах, и именно поэтому постоянный контроль состояния водных ресурсов чрезвычайно важен для выработки эффективных мер по их использованию и принятию связанных с ними управленческих решений. Изучение подобных проблем в настоящее время проводится с использованием геоинформационных технологий и программно-аппаратных комплексов [2, 9].

Водные ресурсы Саратовской области подвергаются значительному влиянию со стороны человека [4], что связано, прежде всего, с функционированием на Волге одного из крупнейших водохранилищ мира – Волгоградского. Вопросы изменений гидрологического режима притоков водохранилищ практически не рассматривались [6].

Основной фазой водного режима рек Малого и Большого Карамана является весеннее половодье, в период которого проходит порядка 80 % годового объема стока. С учетом данного обстоятельства на протяжении рек создано большое количество прудов и водохранилищ, которые аккумулируют в себе сток весеннего половодья, а также дождевые паводковые воды, которые затем используются на водоснабжение и орошение. Эти искусственные водоёмы являются практически единственным источником водоснабжения населения Заволжья, что подчеркивает их важное социально-экономическое значение.

Для изучения были выбраны данные объекты в связи с сильным влиянием на них режима работы Волжского каскада, что даёт возможность их загрязнения восходящего типа и позволяет отнести их к типичным маргинальным зонам. Кроме того, М. Караман имеет общее устье с Б. Караманом, что существенно затрудняет прогнозирование экологических рисков, связанных с перемещением химических веществ в воде.

Цель работы – экологическая оценка качества воды в маргинальных зонах – устья и нижних течений рек Малого и Большого Караманов по интегральным гидрохимическим и гидробиологическим показателям.

Материалы и методы исследования

Исследования проводились на модельных водных объектах – устье и нижнее течение рек Малый и Большой Караман, которые расположены в юго-восточной части Восточно-Европейской равнины на территории Нижнего Поволжья, в пределах границ Саратовской области, по левому берегу Волги (Волгоградского водохранилища) с 2010 по 2012 гг. в весенний (10–20 мая), летний (20–30 июля) и осенний период (1–10 октября). Протяженность исследуемых участков: по реке Б. Караман – 27 км, по реке М. Караман – 25 км. Экологический мониторинг проведён по 27 точкам с определением в каждой 27 гидрохимических, 4-х органолептических, 5 гидробиологических показателей.

Часть показателей определяли ex tempore с использованием авторского аппаратно-программного обеспечения: точечная скорость и направление течения, уровень воды, рельефа дна, цветность, мутность, запах, рН, температура, O2; наличие и видовое разнообразие фитопланктона, зоопланктона, бентоса. Остальные показатели определяли в Испытательной аккредитованной лаборатории «ЭкоОС» СГТУ по утвержденным методикам: жесткость, БПК5, БПКобщ., ХПК, содержание ионов Cl–, NH4+, NO2–, NO3–, SO4–2, Zn+2, Cu+2, Fe (общее), Mn+5, РО4–3, Ni+2, Pb+2, присутствие фенолов, ПАВ и нефтепродуктов. Полученные результаты обрабатывали статистически по общепринятым методикам.

Результаты исследования и их обсуждение

Изучение экологического состояния воды реки Малый Караман в весенний, летний и осенний периоды 2010–2012 гг. показало значительные изменения в динамике органолептических показателей: запах колебался от 1 до 3-х баллов (максимально в створе ниже с. Бородаевка). Мутность воды в реке Малый Караман составляла 38,8–103,2 мг/дм³. При этом отмечались достоверные (Р < 0,05) отличия в показателях на участках в близи населённых пунктов. Наиболее высокое значение оказалось в пробах воды у села Бородаевка. Характер изменения величины цветности в изучаемых створах был аналогичен изменению мутности. Обращает на себя внимание возрастание цветности (от 36 до 85°) на протяжении реки от села Караман до села Бородаевка. Отмечены изменения и гидрохимических показателей. Так, активная реакция реки Малый Караман на большинстве изученных участках характеризовалась значениями в интервале 7,6–7,8 рН, что являлось благоприятным условием для протекания процессов самоочищения. Показатели щелочности воды изменялись от 3,43 до 4,46 ммоль/дм³. Перманганатная окисляемость воды р. Малый Караман находилась в интервале 10,0–18,6 мг/дм³ кислорода. Наибольшие значения окисляемости были выявлены в летний период в створе ниже села Бородаевка. БПК5 в воде этого участка реки составляло 13,3 мгО2/дм³ (рис. 1). Содержание растворенного кислорода было достаточным для протекания биологических и биохимических процессов в водоеме. Концентрации его были в пределах 4,1–8,5 мгО2/дм³.

Изучение величины общей минерализации, содержания сульфатов и хлоридов не позволило выявить достоверного изменения этих показателей на протяжении реки. Вместе с тем отмечалась тенденция к возрастанию общей минерализации (сухого остатка) в створах ниже населенных пунктов. Присутствие в воде всех форм азота свидетельствовало о сравнительно свежем загрязнении органическими веществами, в том числе и фекального происхождения. Это свидетельствовало о том, что процессы самоочищения не завершены. Содержание общего железа было в пределах 0,3–0,4 мг/дм³; концентрации фтора были невысокими и составляли 0,22–0,25 мг/дм³. При определении специфических загрязнений было отмечено содержание нефтепродуктов в пределах 0–0,07 мг/дм³, а ПАВ – в интервале 0,07–0,127 мг/дм³.

Таким образом, результаты исследования качества воды реки М. Караман позволяют сделать вывод о том, что она испытывают неблагоприятное воздействие, прежде всего со стороны сельских населенных пунктов, расположенных в береговой зоне. Ухудшение качества воды, на наш взгляд, связано с расположением в береговой зоне лагерей летнего выпаса скота. Показателями органического загрязнения (перманганатная и бихроматная окисляемости, БПК5), а также наличие всех форм азотистых соединений в воде свидетельствуют о загрязнении воды органическими веществами и снижении процессов самоочищения.

pic_70.tif

Рис. 1. Динамика показателя БПК5 в воде реки М. Караман

Исследования качества воды реки Большой Караман, выполненные в весенний, летний и осенний периоды 2010–2012 гг., позволили установить, что органолептические показатели были в основном удовлетворительными. Запах воды колебался от 0 до 2-х баллов. Однако отмечены достаточно высокие для летнего периода значения мутности и цветности воды. Так, в створе выше села Калуга значение мутности достигало 55,2 мг/дм³, а величина цветности находилась в интервале 25–56,7°. Нами установлено снижение величины мутности и цветности воды реки Б. Караман по мере приближения к устью. При этом влияние волжской воды прослеживалось вверх по течению реки до поселка Степное. Так же как и на реке М. Караман, выявлено неблагоприятное воздействие близости сельских населенных пунктов на такие показатели, как перманганатная окисляемость и БПК5. Особенно отчетливо эта закономерность проявлялась в створах ниже и выше села Советское (рис. 2). Активная реакция воды находилась в пределах 8,I–8,3; щелочность изменялась от 2,83 до 4,5 ммоль/л. На протяжении исследуемого участка реки определенной закономерности в изменении этого показателя не установлено.

pic_71.tif

Рис. 2. Динамика показателя БПК5 в воде реки Б. Караман

Исследования воды р. Б. Караман на содержание органических веществ показало изменение величины перманганатной окисляемости от 7,73 в створе выше села Ленинское, до 17,9 мгО2/дм³ в створе выше села Советское. БПК5 в воде реки Б.Караман изменялось от 3,8 в створе выше села Калуга до 14,6 мгО2/дм³ в створе ниже села Степное. Расчет отношения БПК5 к окисляемости показал, что только в одном створе (выше села Калуга) его значение составило 0,4. В остальных пунктах наблюдения по этим показателям можно было характеризовать водный объект как загрязненный органическими соединениями. Наиболее высокие значения отмечены в створе ниже села Советское. Высоким был и другой показатель загрязнения воды – бихроматная окисляемость, величина которого колебалась от 35,6 до 77,4 мг/дм³. Вместе с тем содержание растворенного кислорода(4,2–8,5) было достаточным для протекания биологических и биохимических процессов в реке. Присутствие в воде всех форм азота свидетельствует о незаконченности процессов самоочищения, а также о сравнительно свежем загрязнении реки органическими веществами.

Из специфических загрязнений реки Б. Караман следует отметить присутствие нефтепродуктов и ПАВ в большинстве исследуемых точек в концентрациях, не превышающих значения ПДКрх. Исключение составляли пробы из точек реки Б. Караман в районе ниже села Советское, в которых концентрация ПАВ превышала значения ПДКрх. Средние значения БПК5 были, как правило, меньше в створах, расположенных ниже сел. Это свидетельствует о том, что вода, загрязненная органическими веществами, не успевает от них освобождаться за время прохождения до следующего населенного пункта в связи с низкой самоочищающей способностью реки.

Полученные данные позволили рассчитать индексы ИЗВ, УКИЗВ в соответствии с РД 52.24.643-2002. Определенные интегральные показатели были нанесены на картооснову исследуемых объектов. На рис. 3 представлено изменение индекса загрязненности вдоль русел рек Б. Караман и М. Караман. Значения УКИЗВ варьировали в пределах 1,15–1,85 для вод М. Карамана и в пределах 1,3–1,8 – для Б. Карамана, что характеризует их как загрязненные. Для всех загрязняющих ингредиентов в период исследований было отмечено стабильное превышение значений ПДКрх., что подтверждается наибольшими значениями частных оценочных баллов по повторяемости (Sα = 4). Наибольшую долю в общую оценку степени загрязненности воды вносили показатели растворенного кислорода и биохимического потребления кислорода.

pic_72.tif

Рис. 3. Изменение ИЗВ вдоль русел рек Б. Караман и М. Караман

Было отмечено также, что реки загрязнены очень неоднородно. Ниже с. Степное на реке Б. Караман величина ИЗВ снижалась, что, на наш взгляд, связано с действием волжской воды за счёт эффекта разбавления. На реке М. Караман также выявлен участок с повышенным значением индекса загрязнённости, но он расположен значительно ближе к устью. Данный факт, мы считаем, может быть объяснен постройкой малого водохранилища на этом участке реки в связи с малым расходом реки в межень, что сильно ухудшает процессы самоочищения. Ниже по течению также начинается действие волжского каскада.

На основании гидробиологических исследований провели расчёт интегральных биотических индексов Скотта и биотического индекса Вудивисса. В нашей работе биотический индекс Скотта варьировался в пределах 5–15 как для воды Малого, так и Большого Караманов, что свидетельствует об их плохом экологическом состоянии (рис. 4). Определённые нами величины биотического индекса Вудивисса имели сходные значения, который характеризует исследуемые водные объекты как значительно загрязнённые.

pic_73.tif

Рис. 4. Изменение индекса Скотта вдоль русел рек Б. Караман и М. Караман

Это может быть объяснено большими антропогенными нагрузками на реки в пределах исследованных участков. Возможно, такое состояние рек спровоцировано в том числе и обнаруженными нами на берегах рек выходами сточных вод из коммунальных источников. Однако следует отметить, что гидрохимические показатели исследуемых водных объектов были достаточно хорошими, очевидно состояние рек в маргинальных зонах улучшается в результате постоянного притока более чистых вод из Волгоградского водохранилища. Однако результаты гидробиологических исследований свидетельствуют об их полном неблагополучии для живых организмов.

Анализ полученных данных свидетельствует о недостаточной реализации водоохранных мероприятий на исследуемых реках и достаточно напряженной экологической обстановке. Установлено, что приоритетными источниками загрязнения являются сточные воды животноводческих ферм и птицефабрик, коммунально-бытовые стоки, СПАВ. Отмечено возрастание загрязнения этих малых рек нефтепродуктами в местах проезда автотранспорта вброд, в районах эксплуатации насосных станций полей орошения. Определенную опасность представляет собой неконтролируемый выпас скота в прибрежной зоне малых рек, а также строительство лагерей крупного рогатого скота и связанная с этим проблема утилизации отходов, значительная часть которых попадает в реки при выпадении осадков или во время паводков и значительно влияет на их санитарный режим. Полученные нами данные согласуются с представленными в литературе сведениями о загрязнении малых рек саратовского Заволжья (Орлов, 2006).

Проведенные исследования подтверждают остроту проблемы оптимизации использования водных ресурсов и разработки методов снижения антропогенного воздействия на водные объекты и рационального природопользования.

Рецензенты:

Сергеева И.В., д.б.н., профессор, зав. кафедрой ботаники и экологии Саратовского государственного аграрного университета им. Н.И. Вавилова, г. Саратов;

Трубецков А.В., д.м.н., профессор, зам. директора по науке, ФБУН «Саратовский НИИ сельской гигиены» Федеральной службы по надзору в сфере прав потребителей и благополучия человека, г. Саратов.

Работа поступила в редакцию 08.05.2013.


Библиографическая ссылка

Угланов Н.А., Маркина Т.А., Тихомирова Е.И., Бобырев С.В. ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ МАРГИНАЛЬНЫХ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ НА ПРИМЕРЕ УСТЬЯ И НИЖНИХ ТЕЧЕНИЙ РЕК МАЛЫЙ КАРАМАН И БОЛЬШОЙ КАРАМАН САРАТОВСКОЙ ОБЛАСТИ // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 6-5. – С. 1168-1173;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=31709 (дата обращения: 20.01.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074