Антропогенная деятельность на водосборах и в руслах рек сопровождается поступлением различных солей и органических соединений и, как следствие, изменением химического состава вод, который сформировался в определённых физико-географических условиях данной территории. В зависимости от целей использования воды (хозяйственно-питьевого, промышленного, сельскохозяйственного водоснабжения, орошения, рекреации) требования к её гидрохимическим показателям будут различны и, как правило, решающим фактором, определяющим пригодность воды для того или иного вида водопользования, является её химический состав [1]. В формировании гидрохимического состава водотока в пределах городской черты часто основную роль играют не локальные, а расположенные выше по течению антропогенные источники [2].
Необходимо отметить, что по данным только химического анализа нельзя судить о реальной токсичности воды, под которой понимают качество воды, обусловленное наличием в ней токсических веществ и характеризующее ее способность нарушать жизнедеятельность водных организмов [3].
Речная сеть в пределах исследуемой площади представлена бассейнами реки Ингоды и её левого притока Читы (рис. 1).
Рис. 1. Карта-схема гидрохимического опробования водотоков в пределах г. Читы и окрестностей
Формирование химического состава речных вод происходит на территории, сложенной верхнепермскими метавулканитами кислого и среднего состава с маломощными горизонтами метабазальтов, нижнемеловыми осадочными породами с изменчивым количеством угленосных горизонтов и базальтов и их туфов, разновозрастными интрузивными породами [4].
Источниками питания рек являются атмосферные осадки и подземные воды. На долю дождевого питания приходится в среднем 80 %, подземного – от 5 до 16–18 %, снегового – от 5 до 14 % [5]. В маловодные годы доля грунтовых вод в питании рек возрастает.
Материалы и методы исследования
Гидрохимическая характеристика поверхностных вод приведена по результатам опробования ГУП «Забайкалгеомониторинг» за 2010 г. и ИПРЭК СО РАН за 2011 г. Сеть опробования охватывала рр. Ингоду (точки 1–7, рис. 1), Читу (точки 8–13), их притоки, р. Кадалинку и ручьи, впадающие в оз. Кенон (точки 14–25) По трем водотокам – рр. Кадалинке, Жерейке, руч. Ивановскому – точки опробования совпадают или близко расположены.
Водные пробы ГУП «Забайкалгеомониторинг» на макрокомпоненты, некоторые дополнительные показатели (pH, окисляемость перманганатная, кремний, фтор, физические свойства) анализировались в Лабораторно-исследовательском центре по изучению минерального сырья (ОАО «ЛИЦИМС»), имеющем аттестат аккредитации Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии. Использовались методики ГОСТ 4389-72, 4192-82, 3351-74; ПНДФ 14.1:2:4.138-98, 14.1:2:4.139.98; НСАМ 335-г.
Химико-аналитические исследования водных проб ИПРЭК СО РАН выполнены в лаборатории геоэкологии и гидрогеохимии этого же Института, сертифицированной на выполнение анализов природных вод (Свидетельство № 12, выдано ФГУ «Читинский центр стандартизации, метрологии и сертификации» 29 ноября 2010 г.). Для анализа использовался аналогичный комплекс методов и методик.
Наименование химического типа вод дано по преобладающим (свыше 20 мг-экв %) анионам и катионам в порядке возрастания их содержаний.
Результаты исследования и их обсуждение
Река Ингода. На исследованном отрезке русла по данным 2010 г. вода гидрокарбонатная (табл. 1) с изменяющимся катионным составом при доминировании кальция, ниже впадения р. Читы (точка 5) основным катионом становится натрий.
Таблица 1
Химический состав р. Ингоды по данным ГУП «Забайкалгеомониторинг»
|
№ точек опробования |
Формула солевого состава воды |
NH4+ |
NO3- |
NO2- |
Pобщ. |
|
мг/л |
|||||
|
1 |
|
0,14 |
<ПО |
0,005 |
<ПО |
|
2 |
|
0,40 |
<ПО |
0,020 |
<ПО |
|
3 |
|
0,26 |
<ПО |
0,014 |
<ПО |
|
4 |
|
0,30 |
<ПО |
0,009 |
<ПО |
|
5 |
|
0,40 |
3,43 |
3,43 |
0,82 |
|
6 |
|
0,21 |
<ПО |
0,084 |
<ПО |
|
7 |
|
0,18 |
0,54 |
0,008 |
0,09 |
Примечание. ПО – предел обнаружения.
Рис. 2. Изменение содержаний макрокомпонентов и минерализации воды р. Ингоды по данным ГУП «Забайкалгеомониторинг»
В этой точке идет резкое повышение минерализации, основных анионов, Na+ и Ca2+ (рис. 2), что отражает влияние сброса сточных вод с очистных сооружений города.
Ниже по течению в створе п. Антипиха все показатели, кроме магния, лишь немногим превышали значения до впадения р. Чита. Величина pH по течению реки изменялась незакономерно. По общей жесткости вода р. Ингоды мягкая, в пробе ниже слияния жесткость составляла 1,20, в остальных пробах была одинаковой – 0,70 мг-экв/л, несмотря на некоторые колебания концентраций кальция и магния по пробам.
Перманганатная окисляемость по пунктам опробования выше слияния постепенно нарастала с 4,16 до 6,48 мгO2/л, ниже слияния незначительно увеличилась до 6,72, затем последовательно снизилась до 6,24 и 6,08 мгO2/л. Судя по этому показателю, содержание легко окисляемых органических веществ в сточных водах низкое.
Максимальные содержания нитратов и нитритов с превышением ПДК [6] последних, общего фосфора отмечаются в точке ниже слияния рек (табл. 1); наибольшие концентрации аммония без превышения величины ПДК наблюдаются в этой же точке и месте забора воды из реки в оз. Кенон (точка 2).
Река Чита. Химический состав речной воды по данным опробования 23.05.2011 г. на всем изученном отрезке от с. Верх. Чита, исключая приустьевую часть, повсеместно был сульфатно-гидрокарбонатным натриево-кальциевым (табл. 2), тогда как в июне 2010 г. по пробам ГУП «Забайкалгеомониторинг» он был гидрокарбонатным при том же составе катионов до сброса сточных вод, ниже превалирующим стал натрий.
Таблица 2
Химический состав р. Читы по данным ИПРЭК СО РАН
|
№ точек опробования |
Формула солевого состава воды |
NH4+ |
NO3- |
NO2- |
Pобщ. |
ПО |
|
мг/л |
||||||
|
8 |
|
0,14 |
0,52 |
0,012 |
0,073 |
2,8 |
|
9 |
|
0,25 |
0,49 |
0,012 |
0,070 |
2,6 |
|
10 |
|
0,27 |
0,52 |
0,015 |
0,070 |
2,7 |
|
11 |
|
0,18 |
0,52 |
0,012 |
0,065 |
2,0 |
|
12 |
|
0,45 |
0,62 |
0,017 |
0,075 |
2,2 |
|
13 |
|
0,92 |
3,25 |
0,100 |
0,30 |
3,5 |
Примечание. ПО – перманганатная окисляемость.
Разницу в анионном составе по годам можно объяснить большей долей подземного питания водами мезозойских отложений с более высоким содержанием сульфатов в текущем году в сравнении с прошлым годом. Опробование в 2011 г. выполнялось в глубокую межень, тогда как в июне 2010 г. – при большем участии атмосферного питания в речном стоке. Это видно из сравнения минерализации речной воды по двум совпадающим точкам опробования. У моста на федеральной автотрассе (точка 9) она была соответственно 79,7 и 65,9 мг/л, у моста на объездной автотрассе (точка 10) – 90,2 и 71,2 мг/л. Отмечается более низкая концентрация сульфатов в воде в замыкающем створе, чем на подходе реки к городу (рис. 3), что, скорее всего, связано с разбавлением речной воды сточными водами с более низким содержанием сульфатов вследствие бактериального восстановления их до сероводорода на иловых площадках и выпадения в осадок в виде сульфидов металлов, главным образом железа [7].
Рис. 3. Изменение концентраций макрокомпонентов и минерализации р. Читы по данным ИПРЭК СО РАН
Таблица 3
Химический состав малых водотоков по данным 2010 г.
|
Объект |
№ точек опробования |
Формула солевого состава воды |
NH4+ |
NO3- |
NO2- |
Pобщ. |
ПО |
|
мг/л |
|||||||
|
Р. Жерейка |
14 |
|
0,27 |
<ПО |
0,007 |
<ПО |
10,4 |
|
15 |
|
0,29 |
0,60 |
0,024 |
<ПО |
7,20 |
|
|
Р. Кадалинка |
16 |
|
0,18 |
<ПО |
0,005 |
<ПО |
4,40 |
|
17 |
|
0,25 |
<ПО |
0,008 |
<ПО |
5,92 |
|
|
18 |
|
0,11 |
0,90 |
0,11 |
<ПО |
5,28 |
|
|
Окончание табл. 3 |
|||||||
|
Объект |
№ точек опробования |
Формула солевого состава воды |
NH4+ |
NO3- |
NO2- |
Pобщ. |
ПО |
|
мг/л |
|||||||
|
Руч. Ивановский |
19 |
|
<0,05 |
<ПО |
0,006 |
<ПО |
2,72 |
|
20 |
|
0,33 |
0,80 |
0,007 |
<ПО |
13,0 |
|
|
21 |
|
0,50 |
0,50 |
0,33 |
<ПО |
11,2 |
|
|
Руч. Застепинский |
22 |
|
0,13 |
<ПО |
0,005 |
<ПО |
4,16 |
|
23 |
|
0,12 |
0,60 |
0,041 |
<ПО |
5,28 |
|
|
Руч. Кайдаловский* |
24 |
|
0,62 |
0,65 |
0,019 |
0,088 |
7,80 |
|
25 |
|
0,65 |
1,96 |
0,020 |
0,080 |
1,10 |
|
pH7,89
pH8,23
pH7,72
pH8,14
pH8,30
pH7,92
pH8,17
pH8,07
pH7,33
pH8,15
pH7,4
pH8,36Примечание. * – данные ИПРЭК СО РАН.
|
Руч. Ивановский |
|
|
2011 г.
|
2010 г.
|
|
Р. Жерейка |
|
|
|
|
|
Р. Кадалинка |
|
|
|
|
|
Руч. Застепинский |
|
|
|
|
|
|
|
Содержания других макрокомпонентов, за исключением кальция в последних двух точках, и величина минерализации воды по течению реки закономерно растут. Резкий рост содержаний натрия и хлоридов ниже очистных сооружений (точка 13) указывает на поступление их со сточными водами и служит признаком хозяйственно-бытового и фекального загрязнения. К таким же показателям относится и фосфор. При концентрациях 0,070–0,075 мг/л до сброса сточных вод ниже его концентрация возросла в 4 раза (табл. 2). Содержания аммония и нитритов в этой точке превышают ПДК. В 2010 г. ниже сброса с очистных сооружений соединения азота определены в концентрациях (мг/л): нитриты – 18,06; аммоний – 2,63 и нитраты – 20,77, фосфор – 1,96.
Минерализация воды в пробе 2010 г. на слиянии с р. Ингодой достигала 629 мг/л, при этом содержания всех макрокомпонентов выросли до (мг/л): Na+ – 98,8; K+ – 11,0; Ca2+ – 48,1; Mg2+ – 14,6; Cl- – 61,5; SO42- – 85,1; HCO3- – 268,4. Почти пятикратный рост ее в сравнении с данными ИПРЭК СО РАН (116,5 мг/л, рис. 3) показывает, что уровень загрязнения р. Читы сточными водами колеблется в широких пределах и зависит от двух факторов – расхода самой реки и режима сброса сточных вод, который в суточном цикле и по сезонам существенно меняется.
По преобладающему в анионном составе рек Ингода и Чита гидрокарбонат-иону, а среди катионов – кальцию, воды относятся к гидрокарбонатному классу к группе кальциевых вод с малой величиной минерализации до 200 мг/л [8].
При опробовании малых водотоков отмечается рост минерализации и макрокомпонентов по течению, но масштабы и причины роста различны. Исключение составляет ручей Ивановский, по которому в 2010 г. максимальные значения пришлись на его среднюю часть (рис. 4, 5). В верхних точках воды ручьев в большинстве случаев имели гидрокарбонатный состав (табл. 3).
Рис. 4. Изменение концентраций макрокомпонентов по водотокам. По данным ИПРЭК СО РАН – слева, сплошным, по данным ГУП «Забайкалгеомониторинг» – справа, пунктиром. 1 – кальций; 2 – магний; 3 – натрий; 4 – сульфаты; 5 – хлориды
|
Руч. Ивановский |
Р. Кадалинка |
|
|
|
|
Р. Жерейка |
Руч. Застепинский |
|
|
|
|
|
|
Рис. 5. Изменение содержания гидрокарбонатов и величины минерализации по водотокам. 1 – гидрокарбонаты и 2 – минерализация, по данным ИПРЭК СО РАН; 3 – гидрокарбонаты и 4 – минерализация, по данным ГУП «Забайкалгеомониторинг»
Минерализация воды малых водотоков изменялась от 63,5 мг/л в руч. Застепинском до 836,5 мг/л в приустьевой части р. Кадалинка, гидрокарбонатно-сульфатный состав и высокая минерализация воды которой обусловлены дренированием инфильтрационных вод гидрозолоотвала ТЭЦ-1 [9]. В створе взлетно-посадочной полосы (точка 17) аэропорта вода имела гидрокарбонатный состав и минерализацию 184,2 мг/л.
Высокая минерализация воды в низовьях руч. Ивановского (477,1–667,5 мг/л) и Застепинского (560,1 мг/л) при гидрокарбонатном составе отражает, очевидно, гидрогеохимические особенности этого района, причиной которых может быть повышенная карбонатность водовмещающих осадочных пород мезозоя.
Повышенные минерализация (490 мг/л) и сульфатность (144 мг/л) воды р. Жерейка частично может быть обусловлена дренированием подземных вод района Черновского угольного месторождения, тогда как рост этих показателей по руч. Кайдаловский – результат влияния селитебной территории.
По данным атомно-абсорбционного анализа концентрации тяжелых металлов в речных водах изученной территории изменялись, как правило, в узких пределах, не обнаруживая взаимосвязи с распределением макрокомпонентов и других физико-химических показателей, в том числе характеризующих антропогенное загрязнение. Конкретные значения концентраций по элементам составляли (в мкг/л): Sr – 0,03–0,31; Fe – 31,9–51,7; Mn – 0,40–7,0; Zn – 3,9–8,7; Pb – <0,18–1,58; Cu – 0,27–0,53; Ni – 1,08–1,51; Al – 7,9–41,0. По максимуму эти значения не выходят за пределы ПДК для рыбохозяйственных водоемов и фоновых значений для подземных вод данных ландшафтно-климатических условий [10]. Такое положение объяснимо, поскольку в городе отсутствуют производства, основанные на значительном потреблении черных или цветных металлов.
Выводы
Сброс сточных вод с городских очистных сооружений является наиболее значимым источником загрязнения р. Читы в приустьевой части и р. Ингоды ниже их слияния при низких уровнях воды. Показателями этого типа загрязнения в первую очередь являются биогенные элементы – азот в виде аммония, нитритов, нитратов и фосфор, а также сульфаты и хлориды. Уровень загрязнения колеблется в зависимости от соотношения расходов рек и объемов сбрасываемых стоков и значительно изменяется во времени.
Инфильтрационные воды гидрозолоотвала ТЭЦ-1 по потоку подземных вод разгружаются в р. Кадалинке, значительно изменяя гидрохимические характеристики реки, и естественно оз. Кенон. Основным показателем загрязнения является рост концентраций в приустьевой части водотока сульфатов, общей минерализации, а из микрокомпонентов – фтора.
Значительный вклад в гидрохимию поверхностных вод вносит селитебная территория, сток с которой приводит к росту концентраций макрокомпонентов, в особенности сульфатов, биогенных элементов (азот, фосфор) и органических загрязнителей, что фиксируется по повышенной перманганатной окисляемости вод.