Scientific journal

Advances in current natural sciences

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

Качественный состав речной воды обусловлен взаимодействием многообразия естественного природного фона бассейнов и значительного техногенного преобразования водосборных площадей. Объективно оценить состав и качество речной воды невозможно без достоверных данных о ее химическом составе. В настоящее время в природных водах анализируется более 1200 различных химических соединений [1]. Такое количество анализируемых компонентов создает проблему оценки их взаимодействия, решить которую помогают различные гидрохимические индексы, позволяющие обобщить результаты анализа и привести их к наглядному доступному для восприятия виду. Одним из таких общеизвестных совокупных показателей является индекс загрязненности воды (ИЗВ), объединяющий концентрации основных загрязняющих веществ (ЗВ) в речной воде. ИЗВ является типичным коэффициентом и представляет собой среднюю долю превышения предельно допустимых концентраций (ПДК) по строго определенному числу (шесть-семь) индивидуальных, так называемых «лимитируемых» показателей. Целью настоящего исследования является апробирование возможности применения индикаторных параметров для получения картографической интерпретации результатов гидрохимического анализа малых рек Нижнекамского м.р. РТ.

Материалы и методы исследования

ИЗВ, установленный Госкомгидрометом СССР, относится к категории показателей, наиболее часто используемых для оценки качества водных объектов, и наряду с более современными интегральными показателями, такими как удельный комбинированный индекс загрязненности воды и критический показатель загрязненности воды, продолжает использоваться для оценки качества природных вод. По данным интегральных показателей определяется качество и класс природной воды на территории РТ. Отбор проб и анализ воды проводят ФГБУ «УГМС Республики Татарстан» на 14 водных объектах (26 пунктов наблюдений, 40 створов) и территориальные отделы Министерства экологии и природных ресурсов Республики Татарстан в рамках государственного гидрохимического мониторинга поверхностных водных объектов.

К сожалению, на восьми малых реках Нижнекамского м.р. данного рода наблюдения не проводятся, вследствие чего летом 2021 г. институтом проблем экологии и недропользования Академии наук Республики Татарстан было проведено гидрографическое, гидрологическое и гидрохимическое обследование водосборных бассейнов рек [2, 3]. Отбор проб проводился согласно методике рекомендаций Р 52.24.353-2012. Выбранные места отбора соответствовали основным требованиям для качественной оценки проб: представляли собой выпрямленные, проточные участки русел и находились в устьевой зоне основных рек исследуемых бассейнов. Данный выбор мест проб был обусловлен следующими факторами: точки отбора находились на достаточном удалении ниже по течению населенных пунктов и их очистных сооружений, ниже впадения всех притоков, сохраняли естественную скорость речного потока и не были зарегулированы водами р. Кама и Нижнекамским водохранилищем. Забор проб проводился в центральной части поперечного речного профиля, на глубине более 30 см от поверхности и дна.

В основе нормативов для анализируемых гидрохимических показателей использованы рыбохозяйственные ПДК, представляющие собой максимальную концентрацию ЗВ в воде, не оказывающую вредного влияния на популяции рыб, в первую очередь промысловых. Основываясь на ИЗВ, значение которого можно найти в различной справочной и методической литературе, вода рек Нижнекамского м.р. была отнесена к классам качества воды, являющимся интегральной характеристикой загрязненности поверхностных вод [4]. Количество и состав ЗВ значительно влияют на формирование водных экосистем, основной составляющей которых является вода как среда обитания различных организмов и от качества которой зависит видовой состав и обилие водных гидробионтов. Следует отметить, что при расчетах ИЗВ не учитываются микробиологические показатели, часто являющиеся решающими при оценке пригодности воды для использования. В зависимости от видового разнообразия гидробионтов и способности воды к самоочищению была разработана «Комплексная экологическая классификация качества поверхностных вод суши», включающая ряд частных классификаций, позволяющих оценить состав и свойства воды как среды обитания и изменения состояния водных объектов под воздействием антропогенного пресса [5]. Характеристика качественного состава воды малых рек Нижнекамского м.р. Республики Татарстан выполнена на основе сочетания классов качества воды (табл. 1).

Результаты исследования и их обсуждение

По руслам обследованных малых рек Нижнекамского м.р. протекают пресные, гидрокарбонатные воды с преобладанием кальция, средней и повышенной минерализации, мягкие, слабощелочные воды. Основные показатели гидрохимического состава речной воды представлены в табл. 2.

Одним из важнейших факторов, влияющих на оценку качества вод, является концентрация или уровень активности ионов водорода, называемый водородным показателем (pH). В различных растворах pH варьирует в диапазоне от 0 до 14 и отражает интенсивность их кислотности (рН менее 7) или щелочности (рН более 7).

Таблица 1

Характеристика экологического состояния воды при различных значениях ИЗВ

Таблица 2

Гидрохимический состав воды малых рек Нижнекамского м.р.

Норма pH в поверхностных водах составляет 6,5–8,5. Эта величина имеет решающее значение для определения стабильности воды, как среды обитания гидробионтов; накипеобразующих и коррозионных свойств воды; прохождения многочисленных химических и биологических процессов; миграции и превращения различных форм биогенных элементов; изменение токсичности ЗВ. Колебания рН в ту или иную сторону существенно сказываются на запахе, привкусе и внешнем виде воды, а при рН ниже 5,0 гибнут все виды рыб. Водородный показатель всех восьми обследованных рек находится в пределах ПДК (7,6–8,3), что позволяет отнести воду к слабощелочным или нейтральным водам. Такая речная вода является оптимальной для существования гидробионтов и водохозяйственного использования.

Растворенный кислород в воде не только обеспечивает необходимые условия для дыхания гидробионтов, но и участвует в процессах разложения отмерших организмов и окисления различных примесей. Резкое снижение концентрации кислорода в воде указывает на ее загрязнение. Сравнивая содержание растворенного кислорода с ПДК, отметим, что кислородный режим в обследованных реках летом 2021 г. был удовлетворительным. При величине ПДК в 6 мгО2/дм3 его содержание в речных водах колеблется в пределах 5,6–11,7 мгО2/дм3. Наименьшее количество кислорода отмечено в воде реки Субай (5,6 мгО2/дм3), а наибольшее – в р. Прости (11,7 мгО2/дм3) и Уратьма (11,3 мгО2/дм3).

Суммарное содержание всех найденных при химическом анализе воды минеральных веществ называют «минерализацией» или общим солесодержанием. От минерализации природных вод зависит удельная электропроводность воды, изменяющаяся в широких пределах. Минерализация обследованных рек определялась по сухому остатку, ПДК которого составляет 1000 мг/дм3. Этот предел установлен в связи с тем, что при большей минерализации вкус воды становится солоноватым, соленым или горько-соленым, а при меньшей минерализации вкус воды остается пресным. Вода обследованных рек относится к пресным водам. Воды р. Прости и Уратьма имеют среднюю минерализацию, р. Стрелочный Лог, Субай, Омшанка, Вязовка, у Камских Полян, Оша – повышенную.

Жесткость воды обследованных рек, выраженная в градусах жесткости, показывает, что речная вода всех восьми рек относится к категории мягких вод. От количества взвешенных веществ, попадающих в речную воду в результате смыва твердых частиц почвы водосбора дождями или талыми водами, а также в результате размыва русел рек, зависит прозрачность воды, температура, состав и распределение донных отложений, скорость осадкообразования. Вода, в которой много взвешенных частиц, не подходит для рекреационного использования по эстетическим соображениям. Определенные в воде обследованных рек взвешенные вещества находятся в небольших количествах (менее 3 мг/дм3) в пяти реках, а максимальное их количество зафиксировано только у р. Субай (8,4 мг/дм3).

В поверхностных водах растворено большое количество органических веществ, мерой содержания которых служит их окисляемость. В зависимости от применяемого окислителя различают перманганатную и бихроматную окисляемость. Считается, что если показатель химического потребления кислорода (ХПК) превышает биологические показатели, то в воде содержится много трудноокисляемой органики. Показателем качества воды, характеризующим суммарное содержание в воде органических веществ, является биохимическое потребление кислорода (БПК), чаще определяемое по истечении пяти суток (БПК5). Количество органических веществ, установленное по БПК5, в речной воде шести обследованных рек не превышает ПДК, лишь в двух из них (р. у Камских Полян и Уратьма) оно немного превышено (3,57 и 2,80 соответственно).

Соединения таких микроэлементов, как азот, фосфор, кремний, углерод и др., играют немаловажную роль в жизнедеятельности организмов. В поверхностные воды данные биогенные вещества попадают посредством плоскостного стока с водосборных площадей или в результате распада животных и растительных останков, обитающих в водной среде. Содержание биогенных веществ в природных водах различается и зависит от различных параметров, таких как температура воды, интенсивность процессов образования и разложения органических веществ. Содержание аммония в речной воде обследованных рек находится в пределах ПДК, за исключением р. Уратьма и у Камских Полян, в которых значения аммония превышают ПДК в 1,4 и 3,7 раза. В этих реках, а также в р. Омшанка несколько превышено ПДК по нитритам (в 1,1; 1,3; 13,8 раз соответственно), также зафиксировано небольшое превышение по фосфатам. Увеличение концентрации фосфатов в природных водах усиливает процесс эвтрофикации водной среды [6]. Одной из причин повышенного содержания биогенных веществ в речных водах исследуемой территории является поступление значительного количества коммунально-бытовых и производственных сточных вод с территории населенных пунктов.

Железо входит в состав большого количества горных пород, что является одним из факторов высокого его содержания в природных водах исследуемого региона, что позволяет называть железо макроэлементом. Концентрация железа в природной воде зависит от геолого-гидрологических условий бассейна, а также гидрохимического режима водного объекта. Железо в природных водах не является само по себе токсичным загрязнителем, но чрезмерное использование питьевой воды с повышенным содержанием железа может привести к накоплению его в организме человека. Загрязнение железом влияет на органолептические свойства воды и может вызывать дискомфорт при ее бытовом использовании. Почти во всех обследованных реках зафиксированы незначительные (1,1–2,95) превышения ПДК по железу общему.

Среди всех обследованных рек только в воде р. Оша не зафиксировано ни одного случая превышения ПДК. Сказывается отсутствие крупных населенных пунктов и объектов промышленного производства, а земли бассейна в основном относятся к категории земель лесного фонда и, в меньшей степени, к землям сельскохозяйственного назначения.

Рассчитанные значения ИЗВ показали, что вода большинства обследованных рек соответствует III классу качества – «умеренно загрязненные» – ИЗВ вод р. Прости, Омшанка, Уратьма, Вязовка, Оша колеблется в пределах 1,65–1,92. Вода р. Субай соответствует IV классу качества («загрязненные» воды). В бассейне данной реки зафиксировано двукратное превышение ПДК по фосфатам, а содержание кислорода немного ниже нормы (5,6). Вода р. Стрелочный Лог также соответствует IV классу качества («загрязненные» воды), здесь зафиксировано двукратное превышение по железу.

Самой загрязненной рекой из всех обследованных в 2021 г. является р. у Камских Полян, ИЗВ которой равен 4,7, что соответствует V классу качества («грязные» воды). В речной воде зафиксировано почти 14-кратное превышение по нитритам и 4-кратное по аммонийному азоту, а также незначительное превышение ПДК по фосфатам.

Картосхема классов качества поверхностных вод

Так как отбор проб воды проводился в устьевых участках русел основных рек, после впадения всех притоков и ниже по течению населенных пунктов, результаты гидрохимического анализа репрезентативны для всего исследуемого водосборного бассейна, согласно концепции речного континуума [7]. Значения ИЗВ послужили основой построения картосхемы классов качества поверхностных вод обследованных рек (рисунок).

Картосхема показывает, что речная вода пяти левых притоков р. Кама относится к «умеренно загрязненным» водам (III класс качества), что является нормальным естественным состоянием для равнинных рек. Реки Стрелочный Лог, Субай и у Камских Полян испытывают значительную антропогенную нагрузку, в результате которой в них поступает большое количество биогенных элементов, что накладывает определенные ограничения водопользования.

Заключение

По рассчитанным значениям ИЗВ речная вода р. Прости, Омшанка, Уратьма, Вязовка, Оша относится к III классу качества («умеренно загрязненные»). Воды р. Субай и Стрелочный Лог относятся к IV классу качества («загрязненная»), поскольку испытывают значительную антропогенную нагрузку. Воды этих рек перенасыщены биогенными элементами, обуславливающими вторичное загрязнение, что делает их непригодными для рыбоводства и рекреационного использования. Река у Камских Полян, протекающая в одноименном поселке, относится к V классу качества («грязная»). Возможности самоочищения экосистемы реки ограничены, к тому же грязные воды способствуют распространению инфекционных заболеваний человека и животных.