Город Дубна – наукоград, находящийся в 120 км от Москвы, крупнейший в России центр исследований в сфере ядерной физики. Население города – около 75 000 человек, площадь территории составляет 6336 га, из которых 1090 га приходится на водные объекты, а 1490 га – лесные массивы. Город Дубна расположен на обоих берегах реки Волги и является фактически островом (рисунок): он ограничен Иваньковским водохранилищем, каналом им. Москвы, реками Дубна и Сестра – притоками р. Волги. Также на территории Дубны имеется несколько озер. Таким образом, жизнь горожан и приезжающих в Дубну весьма тесно связана с водотоками и водоемами: развиты рыболовство и водные виды спорта, имеется достаточно много околоводных зон отдыха и пляжей, а главное – город имеет поверхностный источник водоснабжения – реку Волгу (Угличское водохранилище).
Карта станций отбора проб воды на Угличском водохранилище: 1) плотина ГЭС; 2) водозабор; 3) р. Волга (выше сброса); 4) Южная канава; 5) пляж (ниже места сброса); 6) Северная канава; 7) д. Крева; 8) р. Дубна (Ратмино); 9) р. Дубна (ниже сброса); 10) р. Дубна (поляна); 11) р. Дубна (коллектор); 12) р. Дубна (выше сброса); 13) р. Дубна (Александровка); 14) р. Дубна (Юркино)
Водохранилище было создано в 1939 г. в связи с необходимостью постройки Угличской ГЭС, находящейся в городе Углич. Водоем является водохранилищем руслового типа и берет начало на границе Тверской и Московской областей в районе г. Дубны. Для решения задачи водопользования жителей города вода из р. Волги поступает в насосную камеру, а затем проходит цикл очистки, позволяющий довести качество речной воды до состояния питьевой.
За прошедшие 80 лет водохранилище, как и его экосистема, претерпели серьезные изменения. Использование водоема в качестве источника питьевого водоснабжения города Дубны определяет особые требования к состоянию водных экосистем, а в большей мере – к качеству воды в водоеме. Еще одним существенным фактором является антропогенная нагрузка на водоем. На территории только лишь г. Дубны располагается 5 выпусков сточных вод, в том числе в водоохранной зоне (Северная и Южная дренажные канавы, 3 выпуска Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ)). Немаловажной является роль диффузионных источников.
На формирование качества воды р. Волги в районе г. Дубны могут также оказывать влияние процессы, протекающие в самой реке, а также значителен вклад Иваньковского водохранилища, находящегося выше по течению.
Целью исследования является анализ состояния поверхностных вод рек Волги и Дубны в пределах г. Дубны для оценки экологических рисков для здоровья населения от химического загрязнения поверхностных вод. В последние годы на территории г. Дубны ведется активное строительство, открываются новые производства, увеличивается численность жителей, нарастает поток автотранспорта. Развитие урбанизированных территорий неминуемо приводит к поступлению загрязняющих компонентов в окружающую среду, в том числе в водные объекты. В данном случае этот фактор является крайне важным, особенно с учетом поверхностного источника водоснабжения г. Дубны.
Материалы и методы исследования
В статье использованы данные, полученные путем лабораторных исследований, проведенных в лаборатории анализа объектов окружающей природной среды государственного университета «Дубна». Сеть пробоотбора представлена на рисунке.
Отбор и анализ проб воды проводились по методикам ГОСТ. Отбор проб воды производился с берега при помощи пробоотборника для воды длиной 3 м [1]. Температура измерялась при помощи ртутного термометра с ценой деления 0,1 °C. Водородный показатель определялся рН-метром рН 150-МИ, укомплектованным электродом ЭСК-10603/7. Определение растворенного в воде кислорода производилось с помощью портативного оксиметра WTW Oxi 340i. Удельная электропроводность воды определялась портативным кондуктометром МАРК-603/1.
Количественный лабораторный анализ включал в себя фотометрический, титриметрический и атомно-абсорбционный методы. Определение содержания иона аммония, нитрит-иона, нитрат-иона, фосфат-иона и общего железа было проведено на фотометре КФК-30М3. Титриметрическим методом определялись общая жесткость, содержание кальция в воде (с использованием динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты), а также концентрация хлоридов (с использованием раствора нитрата серебра).
Содержание иона аммония в воде определялось с помощью реактива Несслера, концентрация нитрит-иона – при помощи метода с использованием сульфаниловой кислоты, концентрация нитрат-иона – с использованием салициловокислого натрия [2].
Определение содержания фосфатов в воде производилось с использованием аскорбиновой кислоты [3]. Концентрация общего железа определялась методом с использованием сульфосалициловой кислоты [4].
Концентрации тяжелых металлов определялись на атомно-абсорбционном спектрометре КВАНТ-2А путем упаривания аликвоты пробы воды 500 мл до 50 мл и дальнейшего доведения рН среды до значения 1–2 добавлением азотной кислоты (NHO3) в соотношении 5 мл на 1 л пробы.
Экологическое состояние поверхностных вод рек Волги и Дубны в районе г. Дубны
Качество вод рек Волги и Дубны отслеживается различными контролирующими организациями города, однако существует проблема сопоставимости данных и отсутствия единого центра аккумуляции и комплексной оценки информации. В обсуждаемом исследовании использованы данные авторов и Испытательной промышленно-санитарной лаборатории ОИЯИ за 2020 г. (табл. 1).
Таблица 1
Качество поверхностных вод рек Волги и Дубны в районе г. Дубны
|
Показатель |
Р. Волга |
Р. Дубна |
ПДК рх |
||||||
|
Среднее |
Мин. |
Макс. |
Ср. отклонение |
Среднее |
Мин. |
Макс. |
Ср. отклонение |
||
|
O2 |
4,34 |
2,78 |
5,24 |
0,78 |
3,39 |
2,14 |
4,89 |
0,95 |
4 |
|
БПК5 |
1,76 |
0,50 |
2,44 |
0,36 |
2,76 |
1,25 |
5,10 |
1,18 |
2 |
|
Взвешенные вещества |
2,39 |
0,00 |
7,60 |
2,22 |
4,27 |
0,00 |
13,1 |
2,97 |
1,5 |
|
Ион аммония |
0,43 |
0,21 |
0,93 |
0,13 |
0,98 |
0,14 |
2,50 |
0,69 |
0,5 |
|
Кальций |
44,66 |
29,29 |
76,3 |
15,01 |
72,96 |
38,08 |
130,8 |
16,7 |
180 |
|
Магний |
65,83 |
39,45 |
112,6 |
21,08 |
99,71 |
81,78 |
148,7 |
19,6 |
40 |
|
Медь |
0,003 |
0,001 |
0,006 |
0,001 |
0,002 |
0,000 |
0,005 |
0,001 |
0,001 |
|
Никель |
0,001 |
0,001 |
0,003 |
0,000 |
0,001 |
0,001 |
0,001 |
0,000 |
0,1 |
|
Нитрат-ион |
2,61 |
1,47 |
3,93 |
0,46 |
6,47 |
2,86 |
10,80 |
2,50 |
40 |
|
Нитрит-ион |
0,07 |
0,00 |
0,25 |
0,06 |
0,29 |
0,02 |
0,62 |
0,21 |
3 |
|
Общая жесткость |
3,20 |
2,14 |
5,20 |
0,98 |
5,49 |
2,80 |
9,38 |
1,01 |
10 |
|
Общее железо |
0,36 |
0,11 |
0,95 |
0,20 |
0,89 |
0,01 |
2,07 |
0,67 |
0,3 |
|
рН |
8,10 |
7,55 |
8,64 |
0,19 |
8,19 |
8,00 |
8,29 |
0,08 |
6,5-8,5 |
|
Свинец |
0,002 |
0,000 |
0,009 |
0,002 |
0,002 |
0,000 |
0,005 |
0,002 |
0,002 |
|
Температура |
6,86 |
0,1 |
22,4 |
6,53 |
10,18 |
0,1 |
19,20 |
8,25 |
– |
|
Фосфат-ион |
0,15 |
0,04 |
0,37 |
0,10 |
0,47 |
0,11 |
0,77 |
0,21 |
0,2 |
|
Цинк |
0,016 |
0,000 |
0,04 |
0,009 |
0,013 |
0,000 |
0,034 |
0,014 |
0,01 |
|
УЭП |
204,8 |
187 |
224,6 |
12,6 |
415,2 |
415,2 |
415,2 |
0,00 |
- |
|
Хлорид-ион |
9,81 |
7,94 |
11,34 |
0,71 |
19,43 |
12,8 |
31,2 |
4,73 |
300 |
|
Нефтепродукты |
0,12 |
0,08 |
0,23 |
0,05 |
0,13 |
0,05 |
0,36 |
0,08 |
0,3 |
|
Сульфаты |
14,47 |
10,0 |
19,7 |
4,48 |
19,09 |
15,0 |
25,0 |
2,76 |
500 |
|
Алюминий |
0,04 |
0,04 |
0,04 |
0,00 |
– |
– |
– |
– |
0,2 |
Следует отметить значительную вариацию концентраций приведенных в таблице компонентов в пределах городской черты, а также близость значений среднего и медианы, которая позволяет говорить о хорошей сходимости данных.
Согласно анализу данных, в водах реки Волги наблюдается превышение установленных нормативов качества вод по таким показателям (табл. 1), как медь (в осреднении более 2,5 ПДК), цинк, магний и взвешенные вещества (1,5 ПДК), а также общее железо (1,2 ПДК). При этом максимум концентраций меди и цинка приурочен к району городского пляжа, магния – к району пляжа и плотины Иваньковской ГЭС, взвешенных веществ – выше места выпуска сточных вод ОИЯИ, железа общего – выше и ниже места выпуска сточных вод ОИЯИ. Повышенные концентрации меди и цинка могут быть связаны с воздействием лодочной станции, находящейся в непосредственной близости к станции отбора. Вблизи плотины Иваньковской ГЭС химический состав вод формируется водами Иваньковского водохранилища, которые, согласно исследованиям, имеют несколько большую минерализацию, нежели воды р. Волги в районе р. Дубны. Обилие взвешенных веществ и общего железа вполне может быть связано с естественными особенностями водоема, а именно с илистыми донными отложениями и заболоченной береговой местностью.
В отношении вод реки Дубны следует обратить внимание на превышение установленных нормативов качества вод фактически по тем же показателям, что были названы ранее для реки Волги, и некоторым дополнительным компонентам (табл. 1): железу общему и взвешенным веществам (3 ПДК), магнию, фосфатам и меди (2,5 ПДК), иону аммония (2 ПДК), БПК5 и цинку (1,25 ПДК). Максимальные концентрации названных веществ приурочены к участкам выше и ниже места выпуска сточных вод ОИЯИ, а по магнию, фосфатам, меди и цинку – под мостом через реку и д. Юркино. Следует отметить, что в водах реки Дубны концентрации загрязняющих компонентов выше, чем в водах реки Волги. Река Дубна собирает в себе большое количество сточных вод с промышленных предприятий, находящихся выше по течению. Велико влияние р. Сестры, также протекающей по территории Московской области, принимающей на себя стоки с таких предприятий, как Flat Glass Klin и др.
Выполненный корреляционный анализ (табл. 2) позволяет установить зависимости между некоторыми гидрохимическими показателями. Данный анализ произведен путем рассмотрения достаточно небольшой выборки, поэтому его результаты являются скорее оценочными, чем достоверными. Тем не менее такие показатели, как содержание аммонийного азота, нитрит-ионов, нитрат-ионов, а также фосфат-иона, очень часто характеризуют степень загрязненности водоема в результате деятельности человека. Между этими показателями замечена высокая зависимость, часто коррелирующая со значениями рН, что еще раз подтверждает антропогенный генезис этих компонентов. Данные вещества могут попадать в водоем вместе с поверхностными и сточными водами с осадками, а также в результате сброса сточных вод. Весьма заметна корреляция между содержанием общего железа и цинка. Этот факт можно рассматривать как еще одно подтверждение антропогенного генезиса данных веществ в водоеме [5]. При этом концентрации выше в точках, для которых характерна щелочная среда. В данных станциях отбора проб также замечены высокие концентрации аммонийного азота. Указанный компонент коррелирует с описанными показателями (табл. 2).
Таблица 2
Корреляционный анализ гидрохимических показателей в водах р. Волги в районе г. Дубны
|
Показатель |
O2 |
БПК5 |
Взвешенные вещества |
Ион аммония |
Кальций |
Магний |
Медь |
Никель |
Нитрат-ион |
Нитрит-ион |
Жесткость |
Общее железо |
рН |
Свинец |
Температура |
Фосфат-ион |
Цинк |
Хлорид-ион |
|
O2 |
1,00 |
|||||||||||||||||
|
БПК5 |
0,44 |
1,00 |
||||||||||||||||
|
Взв. вещества |
–0,59 |
0,21 |
1,00 |
|||||||||||||||
|
Ион аммония |
0,20 |
–0,46 |
–0,14 |
1,00 |
||||||||||||||
|
Кальций |
0,55 |
–0,06 |
–0,68 |
0,69 |
1,00 |
|||||||||||||
|
Магний |
0,89 |
0,30 |
–0,60 |
0,28 |
0,86 |
1,00 |
||||||||||||
|
Медь |
–0,48 |
–0,23 |
0,22 |
–0,26 |
–0,24 |
–0,18 |
1,00 |
|||||||||||
|
Никель |
–0,71 |
–0,58 |
0,23 |
–0,35 |
–0,47 |
–0,62 |
0,18 |
1,00 |
||||||||||
|
Нитрат-ион |
н/о |
–0,78 |
–0,55 |
–0,38 |
0,15 |
н/о |
0,42 |
0,17 |
1,00 |
|||||||||
|
Нитрит-ион |
0,72 |
0,15 |
–0,72 |
0,37 |
0,94 |
0,87 |
–0,25 |
–0,51 |
–0,52 |
1,00 |
||||||||
|
Жесткость |
0,60 |
–0,04 |
–0,68 |
0,67 |
0,99 |
0,88 |
–0,29 |
–0,48 |
0,15 |
0,94 |
1,00 |
|||||||
|
Общее железо |
0,91 |
–0,49 |
0,27 |
0,52 |
0,92 |
0,86 |
–0,38 |
–0,53 |
0,31 |
–0,24 |
0,90 |
1,00 |
||||||
|
рН |
0,84 |
0,08 |
–0,71 |
0,21 |
0,47 |
0,75 |
–0,56 |
–0,35 |
–0,90 |
0,60 |
0,49 |
0,80 |
1,00 |
|||||
|
Свинец |
–0,65 |
–0,42 |
0,20 |
0,05 |
–0,37 |
–0,58 |
–0,11 |
0,08 |
–0,14 |
–0,38 |
–0,39 |
–0,57 |
–0,37 |
1,00 |
||||
|
Температура |
–0,76 |
–0,45 |
0,68 |
0,33 |
0,21 |
–0,88 |
0,36 |
–0,05 |
–0,10 |
0,07 |
0,16 |
–0,90 |
–0,54 |
0,58 |
1,00 |
|||
|
Фосфат-ион |
–0,84 |
–0,38 |
0,75 |
0,18 |
–0,23 |
–0,84 |
0,41 |
0,62 |
н/о |
–0,42 |
–0,29 |
–0,71 |
–0,78 |
0,49 |
0,83 |
1,00 |
||
|
Цинк |
0,91 |
0,38 |
–0,61 |
–0,26 |
0,06 |
0,88 |
–0,27 |
–0,25 |
0,17 |
0,05 |
0,10 |
0,76 |
0,48 |
–0,54 |
–0,82 |
–0,82 |
1,00 |
|
|
Хлорид-ион |
–0,78 |
0,13 |
0,15 |
0,34 |
0,77 |
–0,62 |
–0,30 |
–0,07 |
н/о |
–0,23 |
–0,12 |
0,13 |
–0,35 |
0,18 |
–0,19 |
0,41 |
0,01 |
1,00 |
Оценка экологических рисков от химического загрязнения поверхностных вод
Согласно подходам Министерства здравоохранения Российской Федерации и видению исследователей в области экологии человека, загрязненные поверхностные воды формируют экологический риск для здоровья населения через пероральное воздействие при непосредственном потреблении вод, накожное воздействие при мытье и купании и ингаляционное воздействие при вдыхании испаряющихся с поверхности водотоков и водоемов паров (преимущественно при купании и длительном контакте в бытовых целях). В отношении г. Дубны следует отметить, что за счет использования реки Волги в качестве источника водоснабжения реализуется пероральное и накожное влияние. За счет использования рек Волги и Дубны для отдыха реализуется накожное воздействие. Ингаляционным влиянием можно пренебречь, поскольку воды обоих водотоков, как показано выше, имеют невысокую степень загрязнения, особенно в аспекте веществ-канцерогенов.
Расчеты канцерогенного и неканцерогенного риска для здоровья населения г. Дубны от загрязнения поверхностных вод водных объектов химическими веществами проведены согласно методике 2004 г. [6].
Согласно архивным исследованиям [7, 8], приоритетными канцерогенами поверхностных вод в поверхностных водах территории г. Дубны являются кадмий, свинец, мышьяк и хлор. В настоящее время два последних параметра не контролируются.
При пероральном воздействии кадмия и свинца риск имеет минимальную степень. При накожном воздействии риск в результате воздействия свинца имеет среднюю степень, в результате воздействия кадмия – низкую и минимальную. Суммарный канцерогенный риск от загрязнения поверхностных вод имеет низкую и минимальную степень в результате воздействия кадмия, среднюю степень – в результате воздействия свинца.
Согласно архивным исследованиям [7, 8], приоритетными неканцерогенами поверхностных вод в поверхностных водах территории г. Дубны являются аммиак, кадмий, хлориды, медь, свинец, нитраты, нитриты, цинк, мышьяк, фториды и фенол. В настоящее время не контролируются три последних параметра.
При пероральном воздействии по каждому из указанных веществ неканцерогенная опасность имеет минимальный уровень. При накожном воздействии неканцерогенная опасность от загрязнения поверхностных вод имеет умеренный уровень в результате воздействия хлоридов, допустимый уровень – в результате воздействия нитратов, минимальный и допустимый уровни – в результате воздействия нитритов и аммиака. По другим компонентам неканцерогенная опасность достигает минимального уровня. Суммарная неканцерогенная опасность обусловлена накожным воздействием, совпадает с ним по ранжированию.
Подводя общий итог, можно заключить, что веществами – загрязнителями поверхностных вод, формирующими повышенный экологический риск для здоровья населения г. Дубны, являются свинец, аммиак, нитриты и нитраты. С точки зрения территориальной привязки участки повышенного экологического риска и неканцерогенной опасности приурочены к городским пляжам.
Выводы
Состояние поверхностных вод территории г. Дубны достаточно благополучно, однако в водах рек Волги и Дубны имеются параметры, концентрации которых превышают установленные нормативы. К таким показателям относятся БПК5, взвешенные вещества, магний, медь, цинк, нитрит-ион, аммоний-ион, общее железо и фосфат-ион. В водах реки Дубны концентрации большинства указанных компонентов выше, чем в водах реки Волги.
Канцерогенный риск для здоровья населения г. Дубны в результате загрязнения поверхностных вод имеет низкую, минимальную и среднюю степени. Неканцерогенная опасность от загрязнения поверхностных вод имеет минимальную, умеренную и допустимую степени опасности.
Библиографическая ссылка
Кирпичев И.А., Савватеева О.А., Джамалов Р.Г., Старостин Е.А. ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД Г. ДУБНЫ КАК ОДИН ИЗ ФАКТОРОВ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ЗДОРОВЬЕ СРЕДЫ И НАСЕЛЕНИЯ // Успехи современного естествознания. – 2020. – № 12. – С. 85-91;URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=37542 (дата обращения: 03.12.2024).