КАЧЕСТВО ПРИРОДНЫХ ВОД И ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ТЕРРИТОРИЙ
03.11.2017 21:48:00
Состав природных вод определяется пространственной природной неоднородностью химического состава компонентов природной среды, климатическими особенностями территорий, определяющими источники питания водных объектов и режим водного стока, экзогенными процессами и другими природными факторами и явлениями. Особую роль в формировании состава поверхностных вод играют выходы минеральных вод, месторождения полезных ископаемых (особенно рудных) и россыпных.
В своей «Истории природных вод» академик В.И. Вернадский приводит классификацию природных вод, насчитывающую 485 минералов группы воды, распределяющихся в 139 семейств, в свою очередь собирающихся в 39 подцарств, которые распределяются в 19 царств. Общее число видов вод, по его мнению, должно быть увеличено до 1500.
В поверхностных водных объектах в границах геохимических провинций наблюдаются высокие, а в отдельных случаях низкие природные концентрации целого ряда химических элементов, которые или значительно превышают или заметно ниже установленных нормативов предельно допустимых концентраций воды водных объектов рыбохозяйственного значения (ПДКрх).
Нарастающий дефицит пресной воды в мире определяет необходимость применения методов оценки качества природных вод, которые разрабатываются с учетом региональных и локальных природных особенностей водных объектов и территорий их бассейнов (или ее части), для получения достоверной информации о состоянии водного объекта в целях разработки мероприятий, направленных на сохранение природных вод и экономное использование водных ресурсов.
Авторами в рамках НИР «Разработка системы природоохранного нормирования качества поверхностных вод» по базовому проекту ФЦП «Развитие водохозяйственного комплекса Российской Федерации в 2008-2020 годах» (Исполнитель НИА-Природы) показано, что сложившаяся в стране система оценки состояния поверхностных вод, основанная на применении гигиенических и рыбохозяйственных нормативов качества воды (нормативов ПДКрх), не всегда позволяет получить информацию, объективно оценивающую качество вод, состояние водных экосистем и реальную степень техногенного воздействия на водные объекты. Гигиенические нормативы устанавливаются как единые для всех водных объектов страны (источников питьевого и хозяйственно бытового водопользования), что оправданно с точки зрения охраны здоровья человека, но их применение не может дать оценки состояния водной экосистемы. Рыбохозяйственные нормативы ПДКрх, направленные на обеспечение сохранения водных биоресурсов, определяются в лабораторных условиях на изолированных популяциях организмов. Экстраполяция результатов лабораторных испытаний на реальные условия водных объектов не может быть обоснованной, поскольку не позволяет учитывать региональную/локальную природную неоднородность химического состава вод, сочетанное действие различных факторов воздействия на водный объект и состояние естественных водных экосистем.
Как известно, загрязнение поверхностных вод в рамках государственной системы наблюдений за состоянием водных объектов оценивается, в том числе, по кратности превышения концентраций загрязняющих веществ над нормативами ПДКрх (как «наиболее жесткими»). В то же время, в водных объектах с природной неоднородностью химического состава воды, эти вещества не являются загрязняющими. Поэтому полученные результаты не всегда отражают реальную ситуацию.
Для оценки качества поверхностных вод с учетом природной неоднородности их химического состава в рамках выполненной работы предложены методические подходы к: определению состава вод в границах бассейновых округов с учетом природных особенностей, использованию ГИС-технологий для решения задач выделения территорий, в границах которых качество поверхностных вод определяется природными условиями и применению биологических показателей для оценки состояния водных экосистем.
Проведен анализ доступных ретроспективных материалов «дохозяйственного периода» и данных по фоновым участкам гидрографической сети, не испытывающих прямое хозяйственное воздействие. В итоге для каждого из 20 бассейновых округов (БО), установленных Водным кодексом РФ, как основной единицы управления в области использования и охраны водных объектов, даны характеристики химического состава речных вод и приведен перечень веществ с рекомендацией пересмотра нормативов ПДКрх с позиции требований природоохранного законодательства.
Например, в границах Окского бассейнового округа минерализация воды в меженный период составляет порядка 300-400 мг/л. Общий химический состав воды рек округа укладывается в известные региональные гидрохимические параметры и существующие нормативы. Исключение составляют реки карстовых районов, где формируются речные воды с высокой минерализаций (более 1 г/л) и концентрациями сульфатов, кальция и магния, превышающими нормативы ПДКрх. Это бассейны рек Тешы, Упы, Цны, озера лесной зоны, которые отличаются водой с очень малой минерализацией и низкими концентрациями главных ионов, различным содержанием органического вещества (по показателям БПК5, ХПК). Учитывая эти особенности, пересмотру подлежат рыбохозяйственные нормативы ПДК по металлам (железу общему, марганцу, меди, цинку, алюминию и др.), нитратному, нитритному, аммонийному азоту, сульфатам, ионам кальция и магния.
В границах, например, Амурского бассейнового округа речные воды характеризуются очень малой и малой минерализацией, низкой жесткостью, концентрациями главных ионов существенно ниже нормативов ПДКрх, и в основном гидрокарбонатным кальциевым составом. Средняя минерализация свойственна водам рек Курильских островов (до 250-400 мг/л), которые дренируют склоны действующих вулканов или расположены в области интенсивной разгрузки минеральных вод. Повышенная (0,5-1 г/л) и высокая (более 1 г/л) минерализация вод наблюдается в устьевых частях большинства рек округа во время приливов, и сопровождается формированием вод хлоридно-натриевого типа. Для воды некоторых водотоков, особенно дренирующих болотные массивы, фиксируется слабокислая среда. Повсеместно наблюдается высокое природное содержание органического вещества (по ХПК), фенолов, аммонийного азота, фосфатов (особенно осенью после нереста лососевых рыб), иногда нитритов. В течении всего года наблюдаются высокие концентрации общего железа, меди, цинка, иногда стронция (Верхний Амур), ванадия, значительно превышающие нормативы ПДКрх. Некоторые реки Восточного Забайкалья отличаются высокими концентрациями в воде мышьяка (до 0,6-0,7 ПДКрх), другие реки – высоким содержанием кремния, марганца (некоторые реки о. Сахалин) и пр. По конкретным рекам и локальным участкам рек округа подлежат пересмотру нормативы ПДКрх по фенолам, аммонийному азоту, фосфатам, железу общему, меди, цинку, органическому веществу и др.
Для решения задач выделения территорий, в границах которых качество поверхностных вод определяется природными условиями и факторами его формирования эффективным является использование ГИС-технологий. Показаны возможности построения типового набора тематических слоев для разработки прототипа гидрохимической карты водного объекта с учётом физико-химических характеристик и природных особенностей водных объектов БО. На конкретных примерах отдельных водных объектов (например, р. Иша, Северо-Восточный Алтай) разработаны прототипы гидрохимическоих карт с использованием программного обеспечения ArcGISDesktop 10. Так, реки провинции Северо-Восточного Алтая дренируют таежные ландшафты с кислыми почвами и высоким содержанием подвижных форм железа. Определено, что природные концентрации железа общего здесь значительно превышают норматив ПДКрх (средний статистический показатель 573 мкг/л). Очевидно, что использование ГИС-технологий оптимизирует работы на территориях, в границах которых качество поверхностных вод определяется природными факторами.
Как известно, наиболее информативными являются результаты интегральной оценки состояния водного объекта, т.е. по комплексу физико-химических и биологических показателей.
Государственной наблюдательной сетью за состоянием и загрязнением поверхностных вод оценка качества поверхностных вод осуществляется, в том числе, по гидробиологическим показателям. Рекомендуют проводить наблюдения по показателям состава и уровня развития фитопланктонных, зоопланктонных и донных сообществ на водных объектах, имеющих важное хозяйственное значение, на участках водных объектов, где выявлены наиболее заметные изменения состояния сообществ водных организмов, и, напротив, на водных объектах государственных заповедников и природных национальных парков, не подверженных антропогенному воздействию.
В системах классификации качества вод по уровню загрязнения к «чистым» рекам относят не подверженные (природный фон) или слабо подверженные антропогенному воздействию реки/участки рек, вода которых соответствует чистым и умеренно загрязненным водам или соответствует «относительно удовлетворительному состоянию водного объекта», т.е. когда водная экосистема сохраняет устойчивость к антропогенному воздействию, способна к самовосстановлению.
В этой связи наряду с оценкой загрязненности природных вод по гидробиологическим показателям системы наблюдений необходимо использовать результаты многолетних научных исследований водных объектов, не подверженных или слабо подверженных воздействию хозяйственной деятельности (природный фон). Например, результаты исследований рек бассейнов верхнего Амура, Селенги, Вилюя, Анабара, Ивано-Арахлейской и Еравно-Харгинской группы озер Забайкалья и др. свидетельствуют о широком диапазоне естественных колебаний в развитии водных организмов, которые позволяют оценить их природную изменчивость в условиях долгопериодных климатических изменений с учетом геохимических особенностей распространенности химических элементов в природных объектах. Определяющими биологическими критериями могут быть такие, как сохранение условий естественного воспроизводства местных видов рыб – высшего трофического звена водной экосистемы; сохранение условий развития водных организмов – индикаторов «чистых» речных вод (к которым, например, относятся личинки амфибиотических насекомых, малощетинковые черви); массовое развитие доминирующих видов и групп «чистого» макрозообентоса; отсутствие острой и хронической токсичности донных отложений по методам биотестирования и др.
На водных объектах в границах территорий, где качество поверхностных вод определяется природными факторами, применение биологических показателей, наряду с физико-химическими, позволяют получит интегральную оценку о состоянии водного объекта, информацию об отклике водных экосистем на любые даже сравнительно слабые воздействия, и судить о последствиях негативного воздействия на водные экосистемы.
Предложенные методические подходы могут быть использованы для разработки единых методологических подходов оценки качества пресных природных вод трансграничных водных объектов.
По итогам НИР разработаны:
– рекомендации о необходимости пересмотра рыбохозяйственных нормативов ПДКрх;
– методические подходы по установлению физико-химических и биологических показателей в границах бассейновых округов с учетом геохимических особенностей территорий;
– обоснования по разработке природоохранных нормативов качества поверхностных вод.
Итоги работы, выполненной в 2014 г., рекомендованы для применения органами государственной власти в области использования и охраны водных объектов
Нам не известны причины, по которым результаты НИР при всей их актуальности до сих пор не внедряются. Неужели решение проблемы заблудилось в межведомственных переулках?! Неужели бюджетные средства на выполнение работы затрачены впустую?!
В.Н. КУЗЬМИЧ, к.б.н., НИА-Природа,
Е.П. ЯНИН, к.г.-м.н., О.М. ИВАНИЦКИЙ,
Институт геохимии и аналитической химии
им. В.И. Вернадского РАН
