Scientific journal
Advances in current natural sciences
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

HYDROCHEMICAL INDICATORS OF WATERS OF RECREATIONAL ZONES OF THE BLACK SEA COAST OF KRASNODAR TERRITORY AND THE REPUBLIC OF ABKHAZIA

Arakelov M.S. 1 Akhsalba A.K. 2 Dolgova-Shkhalakhova A.V. 1 Lipilin D.A. 3, 4 Yayli E.A. 1
1 The Tuapse brunch of The Russian State Hydrometeorological University
2 Institute of ecology of the Academy of Sciences of Abkhazia
3 Kuban State University
4 Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilin
1675 KB
The black sea coast within the administrative borders of the Krasnodar territory and the Republic of Abkhazia is a single integral natural-ecological, geomorphological, and economic-social system. The assessment of hydrochemical parameters of the waters of the Eastern part of the Black sea. The article compares the concentrations of the main pollutants in the background points of the water areas of the studied areas with similar data obtained directly in the recreational areas of the coast. Based on the results of the study, it becomes obvious that further exposure to natural factors and an increase in the anthropogenic load in most of the water area will be observed degradation of marine waters. The greatest damage to the Black sea is caused by non-channeled sewage and rainwater, oil products, cement dust and residues of chemicals used in construction that fall into the coastal waters with the flow of rivers that flow into the sea. Nitrogen and phosphorus compounds are supplied via river runoff from domestic and industrial sources with fertilizers and detergents. Occasional oil spills cover a relatively small surface area. At the same time, if the level of pollution in the open part of the water area (background points) is relatively small, then in the coastal zone and, in particular, in the estuaries of rivers, such situations are simply unacceptable, since they lead to severe consequences for coastal ecosystems. In addition, the main recreational facilities are confined to these coastal areas.
hydrochemical indicators
concentrations of pollutants
Krasnodar territory
Republic of Abkhazia
environmental risks
1. Sergin S.Ya., Tsai S.N., Magulyan A.O., Zemtsov R.V. Temperate and Subtropical Climates of the Azov-Black Sea Basin // Uchenyye zapiski Rossiyskogo gosudarstvennogo gidrometeorologicheskogo universiteta. 2018. № 51. P. 58–62 (in Russian).
2. Arakelov M.S., Dolgova-Shkhalakhova A.V., Akhsalba A.K., Marandidi S.I. Complex assessment of the quality of coastal waters in the Eastern part of the Black sea from Anapa to Tuapse to reduce the risks of natural and technogenic nature // Teoreticheskiye i prikladnyye problemy geograficheskoy nauki: demograficheskiy, sotsial’nyy, pravovoy, ekonomicheskiy i ekologicheskiy aspekty materialy mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii: materialy mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii. Voronezh, 2019. P. 59–62 (in Russian).
3. Arakelov M.S., Ahava A.K., Gogoberidze G.G. Dolgova-Shkhalakhova A.V., Giba R.Yu., Yaili E.A. Analysis of geomorphological and geo-ecological condition and natural and anthropogenic risks reducing the resilience of coastal systems of the Eastern part of the Black sea // Advances in current natural sciences. 2018. № 12–2. P. 333–338 (in Russian).
4. The quality of marine waters according to hydrochemical indicators. Yearbook 2017 / pod red. Korshenko A.N. M.: Nauka, 2018. 226 p. (in Russian).
5. Tserenova M.P., Muzalevsky A.A. On the issue of complex geo-ecological assessment of urbanized territory in the coastal zone. Ecological and economic aspects // Uchenyye zapiski Rossiyskogo gosudarstvennogo gidrometeorologicheskogo universiteta. 2015. № 38. P. 189–200 (in Russian).
6. Gitsba Ya.V., Ekba Ya.A. Assessment of oil product contamination in the Sukhumi black sea area // Materialy vserossiyskoy nauchnoy konferentsii: Ekologiya 2011 – more i chelovek. Taganrog, 2011. P. 49–53 (in Russian).
7. Gitsba Ya.V., Ekba Ya.A. Hydrophysical processes in the Abkhaz Black sea // Doklady Rossiyskogo nauchno-tekhnicheskogo obshchestva radiotekhniki, elektroniki i svyazi imeni A.S. Popova. Materialy Mezhdunarodnogo simpoziuma. Seriya «Nauchnyye Mezhdunarodnyye simpoziumy. Inzhenernaya ekologiya». Pod red. F.A. Mkrtchyana. 2019. P. 237–242 (in Russian).
8. Ekba Ya.A., Gitsba Ya.V. Influence of regional climate warming on changes in temperature and salinity of surface waters of the Sukhumi water area of the Black sea // Vestnik Akademii nauk Abkhazii. 2011. № 3. P. 201–207 (in Russian).

«2018 год становится одним из самых жарких в истории, с новыми температурными рекордами во многих странах. Это не удивительно. Тепловые волны и высокая температура, которые мы испытываем, согласуются с тем, что мы ожидаем в результате изменения климата, вызванного выбросами парниковых газов. Это не сценарий будущего. Это происходит сейчас» – с таким сообщением выступила Всемирная метеорологическая организация (ВМО), являющаяся ключевым специализированным учреждением Организации Объединенных Наций, занимающимся исследованиями в области метеорологии.

Эпизоды экстремального тепла и осадков учащаются в результате изменения климата. Хотя невозможно связать отдельные экстремальные события 2018 г. с изменением климата, они совместимы с общей долгосрочной тенденцией, вызванной ростом концентрации парниковых газов, как считает ВМО.

Экстремальные погодные условия уходящего года напрямую сказались на результатах определения гидрохимических показателей прибрежных вод Черного моря на участке от Анапы до Туапсе [1].

Черное море является одним из основных рекреационных объектов Краснодарского края и Республики Абхазия, от экологического состояния которого зависит в том числе и экономика региона. Основным видом загрязнения акватории являются нефтепродукты. Факторами, влияющими на концентрацию нефтепродуктов в акватории, служат: сток рек, основное черноморское течение, метеорологические условия и антропогенная нагрузка [2].

Оценка уровня солености морских вод, особенно в относительно небольшой прибрежной акватории, крайне важна ввиду того, что получаемые в рамках таких исследований результаты в перспективе возможно использовать для достижения целей рационального использования туристско-рекреационных ресурсов в прибрежных зонах, развития кормовой базы и тем самым увеличения популяции промысловой морской фауны, формирования и развития бальнеологической составляющей как основы прибрежного туризма и рекреации.

Как известно, в поверхностном слое морских вод имеет место годичный цикл динамики содержания кислорода. Причина этого – влияние целого ряда факторов, таких как: годовой ход температуры воды, поступление или частичный отток кислорода в нижний слой атмосферы при избыточной его концентрации, использование кислорода для дыхания и окисления органических веществ.

Необходимо учитывать, что Черноморское побережье Краснодарского края характеризуется в определенной степени целостностью физико-географических особенностей, что является следствием его приморского положения, расположения на юго-западном макросклоне Главного Кавказского хребта, субтропического климата. Протяженность Черноморского побережья Краснодарского края составляет порядка 350 км, а ширина изменяется в интервале 10–70 км. Площадь территории указанного региона оценивается примерно в 9000 км2. При этом суммарная площадь региона, включая 12-мильную зону морских территориальных вод страны, почти в два раза больше – 16780 км2 (рис. 1) [3].

arakel1.tif

Рис. 1. Карта Черноморского побережья Краснодарского края

С точки зрения широтной зональности регион находится в зоне умеренного климатического пояса, однако благодаря приморскому положению и наличию к северу от побережья мощной горной системы Большого Кавказа создаются все условия для формирования локальной азональности климатических и других природных его условий.

Надо отметить, что географические особенности региона оказывают колоссальное воздействие на его экономико-социальные характеристики. Это имеет место во всей прибрежной зоне региона, от Керченского пролива до границы с Республикой Грузия по реке Ингури. При этом необходимо учитывать то обстоятельство, что Краснодарское Причерноморье и Республика Абхазия не только тесно связаны единообразием физико- и экономико-географических характеристик, но и характеризуются в определенной степени историко-культурной целостностью. Как следствие, имеет место взаимная схожесть природно-хозяйственных особенностей двух регионов.

Цель исследования: анализ пространственно-временной динамики состояния прибрежных вод восточной части Черного моря в пределах побережья Краснодарского края и Республики Абхазия в разрезе значений важнейших гидрохимических показателей.

Материалы и методы исследования

Мониторинг состояния морской акватории в прибрежной зоне производится на постоянной основе за счет деятельности сети станций Федеральной службы по гидрометеорологии и мониторингу состояния окружающей природной среды (Росгидромета). Целью функционирования станции является текущий контроль над уровнем загрязнения морской среды. Как правило, станции размещаются в тех районах побережья, которые в большей степени подвержены интенсивной антропогенной нагрузке, с целью оперативного сбора и анализа информации о возникновении очагов загрязнения морских акваторий и устьев рек, а также для оценки динамики гидрохимических и иных параметров в течение года и в многолетний период. Благодаря имеющейся у Росгидромета сети станций осуществляется мониторинг всей прибрежной акватории региона и устьевых участков крупнейших рек побережья, куда в конечном итоге поступают промышленные и хозяйственно-бытовые стоки и откуда они могут распространяться дальше [4].

Оценка проводилась на соответствие значений гидрохимических показателей установленным требованиям и предельно допустимым концентрациям.

К основным показателям, характеризующим качество морских вод в прибрежной акватории Черного моря, относятся фосфаты, нитриты, кремний, азот аммонийный, нефтяные углеводороды, СПАВ и растворенная ртуть – именно по этим веществам аккредитована лаборатория ГМБ–Туапсе, так как они являются актуальными для исследуемого района.

С июня 2018 г. по август 2019 г. анализ проб морских вод проводился в Лаборатории комплексного экологического мониторинга состояния окружающей среды на базе ГБПОУ КК «Туапсинский гидрометеорологический техникум», гидрохимические съемки осуществлялись один раз в три месяца. Пробы воды отбирались непосредственно в рекреационных пляжных зонах, расположенных в устьях рек в исследуемых районах.

Отбор проб проводили для определения концентраций аммонийного азота, нитритов, нефтяных углеводов (НУ), СПАВ, биохимической потребности кислорода (БПК), взвешенных веществ, также рассчитывали водородный показатель среды. В настоящее время инфракрасный спектрофотометрический (ИК) метод является ключевым инструментом контроля над концентрацией нефтепродуктов в морской воде. Его применение позволяет осуществить скрупулезный анализ и дать оценку параметров нефтяного загрязнения, проводить постоянный мониторинг загрязнения морской акватории нефтяными углеводородами с учетом всех нефтяных фракций, что дает возможность говорить о достоверности и точности полученных результатов измерений [5].

Для определения солености основным методом является аргентометрический, или метод оценки солености морской воды по концентрации хлора. Данный метод оценки «хлорности» воды основан на титровании отмеренной пробы морской воды (15 мл) раствором азотнокислого серебра (AgNO3) заданной концентрации. Эта процедура производится, пока не прекратится образование белого творожистого осадка хлорного серебра (AgCI), иными словами, до полного выпадения в осадок всех галогенидов.

Для оценки условий обитания морских организмов, прежде всего рыб, а также косвенной оценки качества морской воды, интенсивности процессов образования и разложения органических веществ, способности к самоочищению водоемов и иного определяется концентрация кислорода в поверхностных водах на основе метода Винклера, который также включен в программу наблюдений.

Результаты исследования и их обсуждение

Среднегодовые значения концентрации вышеуказанных загрязнителей в период 2013–2017 гг. были рассчитаны на основе выполненных исследований в гидрохимической лаборатории ГМБ–Туапсе (табл. 1).

Таблица 1

Среднегодовые значения концентрации химических соединений за 2013–2017 гг.

Территория

Фосфаты, мкг/дм³

Нитриты, мкг/дм³

Кремний, мкг/дм³

Азот аммонийный мкг/дм³

Нефтяные углеводороды, мг/дм³

СПАВ, мкг/дм³

Растворенная ртуть,

мкг/дм³

ПДК

200

80

1000

400

50

100

0,1

2013 г.

Анапа

9,2

4,0

243,0

43,5

0,010

5,8

0,000

Новороссийск

11,4

3,3

249,0

32,3

0,010

5,7

0,000

Геленджик

12,0

2,7

203,0

35,9

0,010

4,7

0,010

Туапсе

22,0

4,0

239,1

53,0

0,020

4,8

0,005

2014 г.

Анапа

13,0

3,1

241,0

51,8

0,010

3,5

0,004

Новороссийск

15,8

2,9

234,0

63,0

0,020

5,0

0,010

Геленджик

13,6

3,3

227,0

37,2

0,010

4,2

0,004

Туапсе

13,7

1,5

228,0

31,9

0,010

2,5

0,005

2015 г.

Анапа

11,0

1,3

297,0

104,0

0,010

5,5

0,000

Новороссийск

12,0

1,3

266,0

94,4

0,020

6,9

0,006

Геленджик

13,0

1,4

240,0

114,0

0,004

6,0

0,000

Туапсе

40,0

2,4

114,0

51,0

0,020

6,0

0,001

2016 г.

Анапа

54,1

3,4

436,0

74,9

0,026

6,2

0,000

Новороссийск

58,3

2,8

471,0

78,4

0,034

5,2

0,000

Геленджик

48,6

2,4

339,0

72,4

0,013

5,1

0,000

Туапсе

37,3

2,1

303,0

53,6

0,025

11,9

0,000

2017 г.

Анапа

12,8

1,9

203,7

100,8

0,013

10,0

0,005

Новороссийск

14,3

2,1

185,8

197,9

0,003

10,0

0,010

Геленджик

12,4

0,9

183,4

183,9

0,004

10,0

0,010

Туапсе

12,9

0,7

278,5

81,0

0,015

10,0

0,006

Характерной особенностью результатов анализа является тот факт, что все значения исследуемых показателей значительно ниже ПДК. При более детальном рассмотрении показателей в динамике наблюдаются относительные вариации. Так, видно, что 2017 г. характеризуется уменьшением концентрации углеводородов нефти, а также кремния, фосфатов и нитритов, при этом значения по аммонийному азоту и ртути, наоборот, увеличились по сравнению с 2016 г.

Состояние морских вод в исследуемом периоде анализировалось с помощью соотнесения полученных значений гидрохимических показателей с установленными нормативами и предельно допустимыми концентрациями (ПДК). Усредненные значения исследуемых гидрохимических показателей представлены в табл. 2.

Таблица 2

Усредненные значения гидрохимических показателей за период с июня 2018 г. по август 2019 г.

Показатель

ВЗВ,

мг/дм³

Нитриты,

мг/дм³

БПК5,

мг/дм³

Азот аммонийный, мг/дм³

Нефтяные углеводороды, мг/дм³

СПАВ, мг/дм³

ПДК

8,0

мг/дм³

0,08

мг/дм³

не более

3 мг/дм³

0,4 мг/дм³

0,05 мг/дм³

0,1 мг/дм³

Территория

Анапа

8,2

0,07

6,2

2,4

0,04

0,04

Новороссийск

8,0

0,03

6,8

1,6

0,28

0,08

Геленджик

7,9

0,14

6,4

1,8

0,03

0,06

Туапсе

9,3

0,04

6,5

2,7

0,18

0.05

На сегодняшний день Абхазским государственным центром экологического мониторинга (АГЦЭМ) 2 раза в месяц осуществляются мониторинг и комплексная оценка состояния акватории Сухумской бухты Черного моря на основании гидрохимических параметров (в первых числах и в середине месяца) следующим образом. В пунктах «Айтар», «Большой причал», в районе аварийного сброса «Эльбрус», «ГИАНА» (Сухумский мыс), Новый Афон отбираются пробы воды и затем направляются для анализа в лабораторию Института экологии АНА.

Независимо от времени года доля концентрация растворенного кислорода в пробах морской воды должна быть не ниже 4 мг/л. Минимальный предел выявления растворенного кислорода при этом составляет 0,05 мг/л.

БПК (биохимическая потребность кислорода) – количество кислорода в миллиграммах, требуемое для окисления находящихся в 1 л воды органических веществ в аэробных условиях, без доступа света, при 20 °С, за определенный период в результате протекающих в воде биохимических процессов [6].

Анализ полученных данных показывает, что наиболее критичным загрязняющим компонентом морских вод на исследуемом участке является аммонийный азот, который служит индикатором стока неканализованных вод суши. Так, в Анапе концентрация аммонийного азота составила 6,0 ПДК, в Новороссийске – 4,0 ПДК, в Геленджике – 4,5 ПДК. в Туапсе – 6,75 ПДК.

Концентрация нитритов превышена в Геленджике – 1,75 ПДК.

К сожалению, в 2018 г. нарушилась тенденция сокращения попадания НУ в прибрежные воды Черного моря: зафиксированы значительные превышения ПДК по концентрации НУ в Новороссийске (5,6 ПДК) и Туапсе (3,6 ПДК). Такое положение сохранялось в течение всего периода наблюдений.

Повышенная концентрация аммонийного азота вызвала, как следствие, повышение уровня биологического потребления кислорода (БПК5): во всех исследуемых точках среднегодовой показатель этого процесса превышен не менее чем в два раза.

Значительным колебаниям подвергся водородный показатель среды (рН), его максимальное значение зафиксировано на уровне 8,8 в сентябре 2018 г. в рекреационных водах г. Туапсе (центральный городской пляж, устье реки Туапсе) при допустимых верхних значениях – 8,5.

Что же касается основных источников пополнения поверхностного слоя морских вод кислородом, то здесь необходимо отметить процессы поглощения его из атмосферы и продуцирование в процессе фотосинтеза водными организмами, прежде всего синезелеными водорослями. Однако оба этих процесса имеют место только лишь в поверхностном слое воды. К тому же на их скорость оказывают сильное воздействие колебания температуры и атмосферного давления.

Наибольший урон Черному морю наносят загрязнения рек, попадающие в него с неканализованными сточными и дождевыми водами, нефтепродуктами, цементной пылью и остатками химических веществ, используемых в строительстве. Через речной сток от бытовых и промышленных источников с удобрениями и моющими средствами поступают соединения азота и фосфора (рис. 2).

arakel2.tif

Рис. 2. Распределение концентрации взвешенного вещества, поступающего в прибрежные воды с речной водой, по данным MODIS-Aqua за 15 мая 2019 г. [7]

Выводы

Обобщая полученные гидрохимические показатели рекреационных прибрежных вод Черного моря на участке от Анапы до Туапсе, можно сделать вывод, что в настоящий момент значения концентраций аммонийного азота и НУ значительно превышены, а значения БПК5 и рН выходят за границы нормы.

Как показали исследования, в период с декабря по июнь в прибрежной акватории восточной части Черного моря наблюдается процесс снижения уровня солености морской воды. При этом минимальный уровень солености приходится на май, что связано, как правило, с прохождением паводковых явлений на реках Черноморского побережья региона. К тому же необходимо учитывать тот факт, что речной сток оказывает компенсирующее воздействие прежде всего на степень солености морской воды именно в акватории, примыкающей к береговой зоне. Уровень солености в «открытом море» в основном изменяется под влиянием ряда других факторов. В периоде с июня по сентябрь отмечается обратная ситуация – происходит снижение уровня содержания соли в прибрежных слоях морских вод, что объясняется уменьшением объемов стока рек побережья в летний засушливый период.

Полученные данные о годовой динамике уровня солености прибрежных слоев морской воды свидетельствуют о том, что минимальное значение солености (12,7 ‰) имеет место в весенний период, что объясняется, как было указано выше, увеличением объемов речного стока и осадков в прибрежной зоне. Максимальное значение уровня солености (17,6 ‰) отмечается в зимний сезон, ведь именно в этот период происходят значительное уменьшение объема речного и поверхностного стока и, как следствие, повышение содержания солей в прибрежных водных слоях исследуемого региона.

Из сравнительного анализа среднемесячного распределения солености можно сделать обобщающий вывод о том, что за последний год в целом показатель солености морских вод снизился в сравнении с прошлым периодом примерно на 2,3 ‰.

Экологическая роль уровня солености морской воды заключается в его влиянии на биологическую продуктивность моря, в частности на видовое разнообразие биоресурсов в целом и рыб в частности. Несмотря на сравнительную видовую обедненность Черного моря (что, кстати, является следствием низкой солености), данный факт ни в коей мере не влечет за собой недостаток биоресурсов в целом (так называемого суммарного объема биомассы). Это происходит за счет притока органических и минеральных веществ, продуцируемого речными стоками, что в свою очередь нейтрализует негативное влияние замедленного вертикального водообмена, характерного для Черного моря [8].

В акватории исследуемого региона аварийные разливы нефтепродуктов – явление довольно частое. При этом уровень загрязнения нефтью и нефтепродуктами в открытой части акватории сравнительно невелик, тогда как в прибрежных областях и в устьевых зонах рек побережья он подчас бывает критическим, что совершенно недопустимо. Последствия этих и без того вопиющих чрезвычайных ситуаций усугубляются тем, что в прибрежной зоне сосредоточены основные туристско-рекреационные объекты.

Исследование было выполнено при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 19-55-40007 Абх_а) и Академии наук Абхазии (грант № 19-00-34) «Разработка научных основ комплексной оценки геоэкологических рисков природного и техногенного характера для целей обеспечения устойчивого развития береговых систем восточной части Черного моря при планировании хозяйственно-экономического комплекса»).