Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,775

УРОВЕНЬ ЭКОЛОГО-ГИДРОХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВОДЫ ВОЛГИ И ОКИ В УСЛОВИЯХ ГОРОДСКОЙ ТЕРРИТОРИИ

Козлов А.В. 1 Уромова И.П. 1
1 ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный педагогический университет имени Козьмы Минина»
Работа содержит результаты предварительных исследований эколого-гидрохимических свойств рек Волги и Оки, протекающих в черте Нижнего Новгорода. Пробы отбирались дважды, осенью 2019 и 2020 гг. Среди определяемых показателей учитывались кислотность воды, ее общая жесткость и минерализация, а также концентрация гидрокарбонатов, сульфатов, хлоридов, общего железа, аммонийного и нитратного азота. Биохимическое состояние оценивалось по содержанию растворенного кислорода, перманганатной окисляемости и БПК7; экотоксикологическое состояние – по суммарному содержанию нефтепродуктов и некоторых тяжелых металлов (Zn, Cd, Pb и Cu). В результате проведенных анализов воды из рек была выявлена относительно нейтральная их кислотность (6,80–7,81 ед. рН), установлен средний уровень общей жесткости (3,9–5,8 мг-экв./л) и содержания растворенного вещества (207–594 мг/л). Выявлено присутствие малых концентраций биогенных веществ (0,01–0,18 мг/л по NH4+-иону, 0,69–5,32 мг/л по NO3–-иону, 0,07–0,18 мг/л по полифосфатам), а также на средний уровень содержания ионов геохимического фона территории – гидрокарбонатов (128–207 мг/л), сульфатов (58–240 мг/л), хлоридов (4,0–16,5 мг/л) и общего железа (0,01–0,17 мг/л). Отмечается приемлемое содержание растворенного кислорода в водах Волги (6,7–14,1 мг/л) и Оки (7,2 мг/л), однако величина их перманганатной окисляемости (до 62,7 мг/л по водам Волги и до 19,8 мг/л по водам Оки) и уровень биологического потребления кислорода (до 9,6 мг/л по водам Волги и до 2,4 мг/л по водам Оки) свидетельствуют о явном наличии загрязнения органическими веществами. С точки зрения экотоксикологической оценки вод выявлено присутствие свинца (до 0,00591–0,00554 мг/л) и кадмия (до 0,00861–0,00537 мг/л), а также суммарного содержания нефтепродуктов (до 0,924–0,563 мг/л). Для более полной характеристики рассматриваемых водотоков необходимо проводить систематические длительные исследования их эколого-гидрохимических свойств, в том числе в системе регионального экологического мониторинга.
крупные градообразующие водотоки
эколого-гидрохимические свойства природных вод
урбанизированная территория
1. Гагарина О.В. Оценка и нормирование качества природных вод: критерии, методы, существующие проблемы. Ижевск: Изд-во «Удмуртский университет». 2012. 199 с.
2. Суппес Н.А. Влияние хозяйственной деятельности на экологическое состояние водоемов города Ишима // Самарский научный вестник. 2018. Т. 7. № 3 (24). С. 98–103.
3. Дмитриев В.В., Боброва О.Н., Грачева И.В., Колодкин П.А., Примак Е.А., Седова С.А., Четверова А.А. Мониторинг и моделирование продукционно-деструкционных отношений в водных экосистемах // Успехи современного естествознания. 2019. № 1. С. 82–87.
4. Варенов А.Л. Малые реки города и пригородных территорий: эколого-русловой аспект изучения и восстановления // Малые реки города: проблемы и перспективы развития. Н. Новгород: Изд-во НГПУ им. К. Минина, 2014. С. 24–33.
5. Козлов А.В., Вершинина И.В. Анализ вариабельности общих, биохимических и экотоксикологических показателей в воде реки Волга и каналах дренажной системы города Балахны в Нижегородской области // Успехи современного естествознания. 2019. № 11. С. 95–100.
6. Мялкина Е.В. Диагностика качества образования в вузе // Вестник Мининского университета. 2019. Т. 7. № 3 (28). С. 4.
7. Гелашвили Д.Б. Принципы обоснования нормативов допустимого воздействия (НДВ) по привносу химических и взвешенных минеральных веществ в поверхностные водные объекты // Экологический мониторинг. Часть VIII. Современные проблемы мониторинга пресноводных экосистем. Н. Новгород: Изд-во Нижегородского университета, 2014. С. 43–60.
8. Маркова С.М., Наркозиев А.К. Методика исследования содержания профессионального образования // Вестник Мининского университета. 2019. Т. 7. № 1 (26). С. 2.
9. Козлов А.В. Оценка экологического состояния почвенного покрова и водных объектов: учебно-методическое пособие. Н. Новгород: Мининский университет, 2016. 146 с.
10. Руководство по химическому анализу поверхностных вод суши / Под ред. А.Д. Семенова. Л.: Гидрометеоиздат, 1977. 540 с.

В условиях современных антропогенно измененных территорий проблемы хронического загрязнения компонентов окружающей среды приобрели массовый географический характер. Поскольку ни один крупный городской массив не обходится без промышленных предприятий и комбинатов, объектов коммунально-бытовой инфраструктуры и мест размещения различного рода отходов, а также без развитой сети автодорог и транспортных парков, данные территории, как правило, и являются центрами как прямого, так и инвазивного распространения экотоксикантов в сопредельной окружающей среде [1, 2].

Известно, что крупные реки исторически являются местами размещения поселений людей и служат им во многих целях и нуждах. Вместе с тем нужно помнить, что результаты геологической работы речных сетей, по сути, являются одними из главных средообразующих факторов для «городского» экотопа, поскольку участвуют в формировании экологического каркаса городов, в определении продуктивности местной флоры и стабилизации всего биологического разнообразия в ландшафте [3].

Нижний Новгород относится к наиболее крупным городам нашей страны, это промышленный центр, в первую очередь станко-, машиностроительной и химической отраслей, а также имеет нефтехимические, военные и перерабатывающие предприятия. Следствием масштабного развития промышленной и жилой инфраструктуры любого городского поселения является развитость автотранспортной сети, что также имеет место быть в условиях Нижегородской агломерации [4, 5].

Загрязнители органической природы (в том числе нефтепродукты, вещества ароматического ряда, синтетические поверхностно-активные вещества, бенз(а)пирен, металлоорганические соединения и многие другие) относятся к приоритетным экотоксикантам водных объектов, поскольку зачастую имеют низкие пороги токсичных концентраций и проявляют различного рода токсические эффекты в отношении большинства гидробионтов, ухудшают общее состояние воды в водоеме и способны активно влиять на трофические цепи у всех жизненных форм, обитающих в водах. Кроме того, нужно сказать, что данные вещества, как правило, входят в основную долю загрязнителей, поступающих со сточными водами коммунально-бытовой и промышленной сетей городских территорий [1, 6–8]. Несмотря на относительную развитость экологических наблюдений в регионе компонентный состав экотоксикантов в объектах окружающей среды массово и постоянно не отслеживается, что в рамках возможных мероприятий по рационализации природопользования, к сожалению, является первичным недостатком регионального экологического мониторинга и, как следствие, не позволяет грамотно выстроить систему охраны окружающей среды. В связи с этим проведение экологической оценки состояния компонентов экотопа и, в частности, крупных градообразующих водных артерий, протекающих по Нижегородской территории, является одним из актуальных направлений региональных экологических исследований.

Цель исследования: проведение предварительного этапа исследований эколого-гидрохимических свойств воды из крупных градообразующих рек – Волги и Оки, протекающих в условиях территории г. Нижнего Новгорода.

Материалы и методы исследования

Исследования проведены на базе лабораторного комплекса «Эколого-аналитическая лаборатория мониторинга и защиты окружающей среды» при Мининском университете в период 2019–2020 гг., объектами изучения явились воды рек Волги и Оки, протекающих в черте Нижнего Новгорода. На рисунке отражено территориальное расположение точек отбора проб воды.

kozlov1.tif

Карта-схема расположения точек отбора проб воды из рек Волги и Оки

Пробы по 2 л были отобраны с открытых участков русел рек в осенний период (октябрь 2019 г. и октябрь 2020 г.) в соответствии с требованиями ГОСТ 17.1.5.05-85 «Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к отбору проб поверхностных и морских вод, льда и атмосферных осадков» и ГОСТ Р 51592-2000 «Вода. Общие требования к отбору проб» при помощи батометра гидрологического БГ-1,0. Пробы отбирались из Оки (точка № 1, территория ПКиО «Швейцария», Приокский район) и Волги – до слияния с Окой (точка № 2, промышленная территория, Сормовский район), в месте слияния (точка № 3, территория г. Бор, Борский район) и после слияния (точка № 4, территория д. Подновье, Нижегородский район; точка № 5, территория г. Кстово, Кстовский район).

В образцах воды определялся водородный показатель (кислотность, ед. рН), общая жесткость и минерализация (сухой остаток). Также в образцах определялись стандартные показатели эколого-гидрохимического состояния пресных вод – содержание гидрокарбонатов, сульфатов, хлоридов, общего железа, полифосфатов, аммонийных и нитратных соединений азота). Уровень биохимического состояния воды водотоков оценивался по содержанию растворенного кислорода, по окисляемости воды и 7-суточному биологическому потреблению О2. В образцах воды также оценивался уровень экотоксикологического состояния на основе суммарного содержания нефтепродуктов и содержания тяжелых металлов – цинка, кадмия, свинца и меди. Лабораторный анализ данных свойств воды проводился по общепринятым, в том числе стандартным методикам эколого-гидрохимической практики, основанным на физико-химических методах ионселективной ионометрии, потенциометрии, спектрофотометрии, флуориметрии, титриметрии, вольтамперометрии и кондуктометрии [9, 10].

Результаты исследования и их обсуждение

Данные по основным эколого-гидрохимическим свойствам воды из Волги и Оки представлены в табл. 1. Было выявлено, что воды обеих рек за оба года отбора проб характеризовались относительно нейтральными значениями кислотности, варьирующей от 6,80 ед. рН до 7,81 ед. рН. Волга и Ока обладали средним уровнем общей жесткости своих вод, которая не выходила за пределы 3,9–5,8 мг-экв./л. Исключением явились пробы из точек № 2 и № 3 (Сормово и Бор) осенью 2020 г., в которых жесткость оказалась несколько понижена (2,3–2,4 мг-экв./л), а вода характеризовалась как «мягкая». Общая минерализация вод обеих рек сильно варьировала и в зависимости от места отбора проб и по годам исследования. Нужно сказать, что в целом воды из р. Волги в основном характеризовались как «пресные» за исключением пробы 2019 г. из точки № 2 (Сормово) и пробы 2020 г. из точки № 4 (Подновье), где воды имели относительно повышенную минерализацию. Воды из р. Оки также были изменчивы в уровне общего содержания растворенного вещества.

Относительно концентрации гидрокарбонатов как основных ионов геохимического фона местности [1, 9] каких-либо особенностей обнаружено не было, нужно лишь указать на несколько увеличенное их содержание в водах из р. Оки. Содержание аммонийного иона оказалось много ниже установленных санитарно-экологических норм, однако было замечено, что во всех пробах, отобранных в 2020 г., оно было явно выше, чем в пробах 2019 г.

Таблица 1

Уровень основных эколого-гидрохимических показателей воды Волги и Оки в черте Нижнего Новгорода (2019–2020 гг.)

Показатель

Значения по точкам отбора

ПДК

р. Ока

р. Волга

Сормово

Бор

Подновье

Кстово

рН, ед. рН

6,80/7,81

6,85/6,71

7,38/7,70

7,53/7,54

7,43/7,16

6,5–8,5

Жесткость, мг-экв/л

5,8/5,7

4,4/2,3

3,3/2,4

4,5/5,3

5,0/3,9

7,0

Минерализация, мг/л

371/594

579/234

207/225

210/553

390/396

1000

Гидрокарбонаты, мг/л

207/198

163/128

128/123

167/194

172/163

500

Аммоний-ион, мг/л

0,02/0,16

0,03/0,12

0,01/0,15

0,02/0,15

0,01/0,18

1,9

Нитрат-ион, мг/л

3,38/5,32

1,65/0,69

0,60/0,79

1,04/2,71

2,80/2,53

45

Полифосфаты, мг/л

0,11/0,15

0,14/0,07

0,14/0,08

0,11/0,14

0,18/0,10

3,5

Сульфаты, мг/л

210/240

58/76

60/80

134/238

114/128

500

Хлориды, мг/л

16,5/16,0

7,5/4,5

7,0/4,0

12,0/9,0

12,5/9,5

350

Железо общее, мг/л

0,11/0,06

0,17/0,01

0,08/0,03

0,08/0,01

0,10/0,05

0,3

Примечание. Здесь и далее: ПДК – согласно ГН 2.1.5.1315-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования»; ГН 2.1.5.2280-07 Дополнения и изменения № 1 к ГН 2.1.5.1315-03; ГН 2.1.5.2307-07 «Ориентировочные допустимые уровни (ОДУ) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования».

Таблица 2

Уровень показателей биохимического состояния воды Волги и Оки в черте Нижнего Новгорода (2019–2020 гг.)

Показатель

Значения по точкам отбора

ПДК

р. Ока

р. Волга

Сормово

Бор

Подновье

Кстово

Раств. О2, мг/л

1,4/7,2

10,7/8,2

14,1/9,6

10,7/6,7

10,6/9,8

>4,0

ХПКПЕРМАНГ., мг/л

19,8/4,9

12,5/24,3

62,7/20,2

53,7/5,1

18,6/18,2

5,0

БПК7, мг/л

0,6/2,4

1,1/6,4

1,3/6,7

4,5/4,3

9,2/9,6

3,0

В водах из р. Волги содержание нитрат-аниона было установлено на низком уровне – от 0,69 до 1,65 мг/л и лишь в точке № 5 (Кстово) отмечалось некоторое увеличение концентрации рассматриваемого биогенного элемента (до 2,53–2,80 мг/л). Однако воды р. Оки характеризовались более высоким уровнем содержания NO3–-иона – до 3,38–5,32 мг/л. Уровень концентрации полифосфатов в водах обеих рек не имел определенных тенденций, их количество определялось в достаточно низких значениях.

Наибольшая концентрация сульфат-аниона была выявлена в водах из р. Оки (до 240 мг/л), а также в водах р. Волги вниз по ее течению (точка № 4 – до 238 мг/л, точка № 5 – до 128 мг/л). Аналогичная тенденция была установлена и по содержанию хлоридов, которое оказалось наибольшим в водах р. Оки (до 16,5 мг/л), а в водах р. Волги – в точках № 4 и № 5 (до 12,0–12,5 мг/л). Концентрация общего железа явно варьировала и была выявлена на среднем уровне – по точкам из р. Волги от 0,01 мг/л до 0,17 мг/л. В воде из р. Оки содержание железа также оставалось на уровне 0,06–0,11 мг/л. Нужно отметить, что наличие железа в водах рассматриваемых рек может иметь естественное происхождение, поскольку территория расположения Нижнего Новгорода относится к южно-таежной подзоне, в поверхностных водах которой как ионная форма железа (Fe2+ и Fe3+), так и его нерастворимые соединения, составляют естественный геохимический фон [1, 7].

В табл. 2 отражены значения показателей, характеризующих биохимическое состояние водотоков. Было выявлено, что в целом воды р. Волги характеризуются относительно приемлемым содержанием растворенного кислорода – от 6,7 до 14,1 мг/л, которое было несколько снижено в 2020 г. В водах из р. Оки в 2019 г. отбора проб был выявлен низкий уровень показателя (1,4 мг/л), однако в 2020 г. он вышел на норму (7,2 мг/л).

В исследовании было установлено, что практически по всем исследованным точкам воды Волги и Оки характеризовались неблагополучным состоянием в части загрязненности органическими веществами, уровень концентрации которых оценивался по величине перманганатной окисляемости. По Оке превышение нормы обнаружилось в 2019 г. и составило 3,96 раза, по Волге – по обоим годам, которое варьировало от 2,5 до 12,5 раза относительно установленной ПДК. По-видимому, данное явление обусловлено антропогенным воздействием городской территории, которое часто встречается в условиях крупных городов со значительной нагрузкой на реки от объемов сбрасываемых нормативно очищенных сточных вод [2]. Эта особенность подтверждается величиной семисуточного БПК, которая по многим точкам превышала установленные нормы. При этом воды из р. Оки по данному показателю относятся к III классу («умеренно загрязненные»), а из р. Волги – к V классу («грязные»).

Данные табл. 3 отражают уровень экотоксикологического состояния рассматриваемых водотоков, оцениваемый по содержанию некоторых тяжелых металлов и суммарного количества нефтепродуктов. Было выявлено, что цинк в водах обеих рек встречался либо в очень низких концентрациях, либо не идентифицировался. Содержание меди в водах также оказалось на достаточно низком уровне. Наличие свинца в водах не только подтверждалось аналитически, но по некоторым точкам доходило до уровня ПДК – точка № 5 (Подновье) в 2019 г. и точки № 1 (р. Ока) и № 3 (Бор) в 2020 г.

Таблица 3

Уровень показателей экотоксикологического состояния воды Волги и Оки в черте Нижнего Новгорода (2019–2020 гг.)

Показатель

Значения по точкам отбора

ПДК

р. Ока

р. Волга

Сормово

Бор

Подновье

Кстово

Цинк, мг/л

н.п.о.

0,02210

н.п.о.

н.п.о.

н.п.о.

н.п.о.

0,00116

н.п.о.

н.п.о.

0,00642

1,0

Кадмий, мг/л

0,00469

0,00537

0,00861

0,00245

0,00327

0,00541

0,00251

0,00378

0,00583

н.п.о.

0,001

Свинец, мг/л

0,00420

0,00554

н.п.о.

0,00187

0,00310

0,00585

0,00203

н.п.о.

0,00591

0,00029

0,01

Медь, мг/л

0,01970

0,02610

н.п.о.

0,00982

0,00460

0,00551

н.п.о.

0,01290

0,00146

0,02760

1,0

Нефтепродукты, мг/л

0,242

0,563

0,254

0,683

0,226

0,924

0,295

0,583

0,237

0,538

0,3

Примечание: н.п.о. – значение показателя оказалось ниже предела обнаружения в соответствии с используемой методикой количественного химического анализа проб воды.

Содержание кадмия в водах изучаемых рек достаточно заметно выходило за установленные санитарно-экологические нормы. В частности, в 2019 г. тенденции превышения варьировали от 2,51 до 8,61 раза, а в 2020 г. – от 2,45 до 5,41 раза. Только на основании полученных данных утверждать о загрязнении данным металлом вод обеих рек закономерно нельзя, однако предполагать его присутствие в условиях городской территории вполне возможно.

В водах обеих рек также было выявлено содержание нефтепродуктов, которые являются типичными поллютантами – веществами антропогенного происхождения. При этом нужно отметить, что в 2020 г. по всем точкам было установлено превышение нормы ПДК, которое варьировало от 1,79 до 3,08 раза. Отбор проб в 2019 г. также показал явное наличие данных веществ, однако превышения установленных норм здесь выявлено не было.

Заключение

В результате проведенных предварительных исследований эколого-гидрохимических свойств крупных градообразующих рек – Волги и Оки, протекающих по территории г. Нижнего Новгорода, нужно указать на относительно нейтральную кислотность их вод, средний уровень общей жесткости и содержания растворенного вещества, на присутствие малых концентраций биогенных веществ (соединения азота и фосфора), а также на средний уровень содержания ионов геохимического фона территории – гидрокарбонатов, сульфатов, хлоридов и общего железа. Данные вещества имели различную вариабельность как в течении рек, так и по времени отбора проб.

В исследовании отмечается приемлемое содержание растворенного кислорода в водах Волги и Оки, однако величина их перманганатной окисляемости и уровень биологического потребления кислорода свидетельствуют о явном наличии загрязнения органическими веществами. С точки зрения экотоксикологической оценки вод выявлено присутствие свинца и кадмия, а также суммарного содержания нефтепродуктов. Данные тенденции являются характерными для природных водотоков, протекающих в условиях городских территорий.

Для более полной характеристики рассматриваемых водотоков необходимо проводить систематические длительные исследования их эколого-гидрохимических свойств, в том числе в системе регионального экологического мониторинга.


Библиографическая ссылка

Козлов А.В., Уромова И.П. УРОВЕНЬ ЭКОЛОГО-ГИДРОХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ВОДЫ ВОЛГИ И ОКИ В УСЛОВИЯХ ГОРОДСКОЙ ТЕРРИТОРИИ // Успехи современного естествознания. – 2020. – № 12. – С. 92-97;
URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=37543 (дата обращения: 15.07.2024).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1,674