Динамика экологического состояния поверхностных вод средних и малых рек бассейна Среднего Дона тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.02.08, кандидат наук Чувычкин Андрей Леонидович

• Чувычкин Андрей Леонидович
• кандидат наук
• 2020

Оглавление диссертации кандидат наук Чувычкин Андрей Леонидович

Введение

Глава 1. Изученность экологического состояния водных объектов на

территории Воронежской области

1.1 Современные подходы к определению термина экологическое состояние водного объекта

1.2 Краткая история изучения экологического состояния водных

объектов

1.3. Проблемы в исследовании экологического состояния водных

объектов

Глава 2. Физико-географическая характеристика территории

исследования

2.1 Географическое положение и климат

2.2 Геолого-геоморфологические особенности

2.3 Гидрография и гидрология

2.4 Растительный и животный мир

2.5 Почвы

Глава 3. Объекты и методы исследования

3.1 Объекты исследования

3.2 Методы исследования

Глава 4. Региональные особенности гидрохимического состава

природных вод средних и малых рек бассейна Среднего Дона

4.1 Гидрохимические особенности поверхностных вод рек Среднерусской возвышенности

4.2 Гидрохимические особенности поверхностных вод рек Окско-Донской низменной равнины

4.3 Гидрохимические особенности поверхностных вод рек Калачской возвышенности

Глава 5. Современное экологическое состояние поверхностных вод средних и малых рек на территории Воронежской области

5.1 Источники антропогенной нагрузки на реки и их водосборные бассейны

5.2 Анализ антропогенного воздействия и экологического состояния поверхностных вод средних и малых рек Воронежской области

5.2.1 Экологическое состояние поверхностных вод рек-правобережных притоков Дона на Среднерусской возвышенности

5.2.2 Экологическое состояние поверхностных вод рек-левобережных притоков Дона на Окско-Донской низменной равнины

5.2.3 Экологическое состояние поверхностных вод рек Калачской возвышенности

5.3 Комплексный анализ качества воды рек по удельному комбинаторному индексу загрязненности воды (УКИЗВ)

5.4 Анализ состояния донных отложений средних и малых рек на территории Воронежской области

5.5 Биотестирование поверхностных вод средних и малых рек Воронежской области

Заключение

Список литературы

Приложения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Динамика экологического состояния поверхностных вод средних и малых рек бассейна Среднего Дона»

Введение

Актуальность темы исследований. Наметившийся темп развития экономики Центрально-Черноземного региона вместе с относительно ограниченной водообеспеченностью его южных районов обуславливает в нем ухудшение экологического состояния поверхностных водных объектов, в том числе и в Воронежской области, которая полностью входит в бассейн Среднего Дона. Исследуемая территория необычна в геоморфологическом и гидрологическом строении. Это срединная часть огромного водосборного бассейна Дона, лежащего в пределах лесостепной и степной природных зон. Реки, дренирующие Окско-Донскую низменную равнину, Среднерусскую и Калачскую возвышенности в пределах Воронежской области значительно отличаются друг от друга по гидрохимическому составу поверхностных вод.

Мониторинг химического состава поверхностных вод в системе единой государственной службы экологического мониторинга (ЕГСЭМ) на территории Воронежской осуществляется Воронежским ЦГСМ - филиалом ФГБУ «Центрально-Черноземное УГМС», отделом водных ресурсов по Воронежской области Донского бассейнового водного управления, филиалом ЦЛАТИ по Воронежской области и другими организациями. Эти исследования указывают на постепенное ухудшение экологического состояния водных ресурсов рек -левобережных и правобережных притоков Дона. Большинство наблюдательных постов приурочено к реке Дон, а на других реках Воронежской области количество пунктов наблюдений за последние пять лет значительно сократилось. На таких реках, как Большая Верейка, Ведуга, Потудань, Хворостань, Карачан, Гаврило, Данило, Криуша, Манина и др. они и вовсе отсутствуют. Малочисленность постов наблюдений на малых и средних реках не позволяет объективно оценить причинно-следственные связи возникновения неблагоприятных гидроэкологических ситуаций в них и их бассейнах. Все это

указывает на необходимость исследования закономерностей формирования современной гидроэкологической ситуации рек, протекающих на территории Воронежской области с учетом ее природных особенностей, вклада источников организованного и диффузного сброса загрязняющих веществ, антропогенного воздействия ведущих отраслей региональной экономики.

Проблемы экологического состояния водных объектов на территории Воронежской области описаны в трудах А.Г. Курдова (1995, 1998), В.М. Мишона (2000, 2005), Ф.Н, Милькова (1996), Чубирко М.И. (1999, 2006) и др.

Характеристика качества поверхностных вод рек, находящихся на территории Воронежской области, начиная с 2000-х годов регулярно приводилась в работах: М.Н. Бугреевой с соавт. (2000); В.А. Дмитриевой (2002-2018); И.И. Косиновой (2004); В.Л. Бочарова с соавт. (2004); А.А. Валяльщикова (2005); Т.И. Прожориной (2007); В.А. Корчагиной, Т.И. Прожориной, С.А. Куролапа (2008); Е.В. Жигулиной (2013); Н.С. Давыдовой (2015); Г.А. Анциферовой, Е.В. Беспаловой (2016); В.А. Дмитриевой, Е.Г. Нефедовой (2018) и др., а также в ежегодных докладах департамента природных ресурсов и экологии Воронежской области и федеральной службы Росприроднадзор (1998-2018). Большинство из них посвящено характеристике водотоков с узким анализом и оценкой антропогенного воздействия на них и водосборную площадь, что предопределило наше исследование, в котором впервые для рек Воронежской области определено современное экологическое состояние поверхностных вод и оценено антропогенное воздействие на их гидрохимический состав в левобережных и правобережных притоках реки Дон во всех ее гидрологических районах.

Степень разработанности проблемы. Отдельные аспекты экологического состояния водотоков Воронежской области рассматриваются в работах многих ученых (В.А. Дмитриева (2002-2018); А.А. Валяльщиков (2005); Т.И. Прожорина (2007); В.А. Корчагина, Т.И. Прожорина, С.А. Куролап (2008); Е.В. Жигулина (2013); Н.С. Давыдова (2015) Г.А. Анциферова, Е.В. Беспалова (2016); и др.). Особенно хорошо освещено качество поверхностных вод в работах Дмитриевой В.А. (2015), Дмитриевой В.А. Нефедовой Е.Г (2018), но систематизированные

данные с комплексным анализом временного и пространственного изменения экологического состояния поверхностных вод рек всех гидрологических районов Воронежской области отсутствуют. Это определило необходимость разработки данной проблемы, которая будет способствовать появлению современной научной информации об особенностях гидрохимического состава левобережных и правобережных притоков реки Дон.

Цель и задачи исследования. Цель диссертационного исследования -выявление особенностей экологического состояния поверхностных вод средних и малых рек бассейна Среднего Дона.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Исследовать и описать пространственную неоднородность гидрохимического состава средних и малых рек бассейна Среднего Дона.

2. Установить региональные особенности гидрохимического состава природных поверхностных вод рек гидрологических районов, приуроченных к территориям Окско-Донской низменной равнины, Среднерусской и Калачской возвышенностей в пределах Воронежской области.

3. Изучить динамику экологического состояния поверхностных вод средних и малых рек исследуемой территории.

4. Осуществить анализ антропогенного воздействия на качество воды и состав донных отложений левобережных и правобережных притоков реки Дон.

5.Провести биотестирование поверхностных вод рек с помощью тест-объектов Daphnia affinis и Chlorella vulgaris.

6. Дать рекомендации для регионального определения удельного комбинаторного индекса загрязненности воды (УКИЗВ).

Объект исследования: поверхностные водные объекты - реки Воронежской области (Большая Верейка, Ведуга, Девица, Потудань, Тихая Сосна, Черная Калитва, Богучар, Осередь, Толучеевка, Воронеж, Битюг, Савала и их притоки).

Предмет исследования: динамика экологического состояния поверхностных вод рек при существующих природных и антропогенных

условиях.

Научная новизна работы заключается в том, что впервые на примере всех гидрологических районов Воронежской области проведено исследование динамики экологического состояния поверхностных вод малых и средних рек -притоков Среднего Дона, определяемого совокупностью природных и антропогенных факторов; осуществлен сравнительный экологический анализ химического состава воды рек - левобережных притоков Дона, дренирующих Окско-Донскую низменную равнину и Калачскую возвышенность, и правобережных, дренирующих Среднерусскую возвышенность; доказана объективность влияния геолого-геоморфологических условий на региональные особенности гидрохимического состава; проведена комплексная оценка антропогенного влияния на качество воды и состав донных отложений; биотестированием установлено, что наибольшему антропогенному воздействию подвержены поверхностные воды малых рек и они определяют индикационное экологическое состояние средних рек, препятствуя их загрязнению; даны рекомендации по определению УКИЗВ с учетом региональных особенностей гидрохимического состава вод для объективной оценки экологического состояния водотоков.

Теоретическая значимость работы. Результаты исследований существенно дополняют сведения об экологическом состоянии поверхностных вод левобережных и правобережных притоков Среднего Дона; расширяют представление о региональных особенностях химического состава воды рек, о динамике загрязняющих веществ в речных водах и их донных отложениях на урбанизированных территориях; позволяют использовать разработанные нами рекомендации для расчета УКИЗВ при оценке антропогенного воздействия на водотоки Воронежской области.

Практическая значимость исследования состоит в возможности использования полученных результатов при оптимизации экологического и гидрохимического мониторинга, прогнозе экологических ситуаций в поверхностных водных объектах; при разработке водоохранных мероприятий,

направленных на улучшение качества воды рек бассейна Среднего Дона и экологической ситуации в малых реках.

Практическая значимость исследований подтверждается актами внедрения результатов исследования в работу Центрально-Черноземного межрегионального управления Федеральной службы по надзору в сфере природопользования и департамента природных ресурсов и экологии Воронежской области и в учебном процессе кафедры экологии и земельных ресурсов медико-биологического факультета Воронежского государственного университета при разработке практических занятий и чтении ряда курсов лекций по предметам «Учение о гидросфере», «Ландшафтоведение», «Ландшафтное картографирование и планирование», «Методические основы инженерно-экологических изысканий».

Материалы и методы исследования. В основу написания диссертационной работы положен фактический материал, полученный лично автором в результате полевых и экспериментальных исследований на территории Воронежской области, проводившихся в период с 2013 по 2017 гг. Химический анализ проб воды, донных отложений и биотестирование проводились согласно аттестованным методикам (ГОСТ, ПНД Ф, РД, ФР). В работе применялись также методы сравнительного, экологического и математического анализов. Кроме того, для написания работы были использованы фондовые материалы филиала ЦЛАТИ по Воронежской области ФГБУ «ЦЛАТИ по ЦФО», научные публикации, посвященные данной тематике, результаты собственных научно-исследовательских работ, проведенных на кафедре экологии и земельных ресурсов Воронежского государственного университета и филиала ЦЛАТИ по Воронежской области.

Положения, выносимые на защиту:

1. Средние и малые реки бассейна Среднего Дона обладают значительной пространственной неоднородностью по проявлению гидрохимических показателей в пределах Воронежской области.

2. В эколого-географическом аспекте при выбранной схеме отбора проб, различия по концентрации анионов и катионов в воде существенны между реками

известнякового севера и мелового юга Среднерусской возвышенности, Калачской возвышенности и Окско-Донской низменной равнины.

3. Динамика экологического состояния поверхностных вод и донных отложений выражена сильнее в устьях рек и на участках течения рек с высокой антропогенной нагрузкой.

4. Биотестирование поверхностных вод рек с помощью тест-объектов Daphnia affinis и Chlorella vulgaris подтверждают, что малые реки Воронежской области подвержены наибольшему антропогенному воздействию, чем средние. Выполняя роль седиментационных барьеров, они определяют индикационное экологическое состояние средних рек, препятствуя их загрязнению.

Достоверность полученных результатов подтверждается значительным объемом экспериментального материала полученного с применением современных и традиционных в биологии и экологии методов исследований, которые были выполнены в аккредитованной лаборатории филиала ЦЛАТИ по Воронежской области ФГБУ «ЦЛАТИ по ЦФО» и в лаборатории кафедры экологии и земельных ресурсов медико-биологического факультета Воронежского государственного университета на поверенном измерительном оборудовании с помощью аттестованных методик принятых Федеральной службой по надзору в сфере природопользования (Росприроднадзор), как наиболее достоверные при определении антропогенной нагрузки на природные объекты.

Апробация работы. Результаты исследования докладывались и обсуждались на ежегодных научных сессиях Воронежского государственного университета в 2012-2018 годах, на IV международной практической конференции «Современные Концепции научных исследований (Воронеж, 25.07.2014 г.), на международной практической конференции «Современная экология: образование, наука практика» (Воронеж, 4-6 октября 2017 г.), на XIII Международной-практической конференции, посвященной столетию со дня рождения Ф.Н. Милькова» (Воронеж, 14-17 мая 2018 г.)

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 11 работ, в

том числе 4 в научных журналах, рекомендуемых ВАК Российской Федерации.

Личный вклад автора. Диссертационная работа является обобщенным результатом работы автора с 2013 г. по 2018 гг. Часть полевых работ была проведена совместно с сотрудниками филиала ЦЛАТИ по Воронежской области ФГБУ «ЦЛАТИ по ЦФО» и кафедры экологии и земельных ресурсов медико-биологического факультета Воронежского государственного университета. За пятилетний период было отобрано 1340 проб поверхностных вод и 160 проб донных отложений на территории Воронежской области. Каждая проба воды анализировалась по 24, а донных отложений по 6 гидрохимическим показателям. Также ежегодно проводилось биотестирование воды. Тест-объектами послужили Daphnia affinis и Chlorella vulgaris. Измерение, обработка, анализ полученных материалов выполнены автором лично.

Соответствие работы паспорту специальности. Содержание диссертации соответствует паспорту специальности 03.02.08 - экология (биологические науки).

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 238 страницах, включает введение, пять глав, заключение, список литературы, состоящий из 275 источников, 11 приложений, 25 таблиц и 38 рисунков.

Благодарности. Выражаю благодарность своему научному руководителю, профессору, доктору биологических наук Яблонских Лидии Александровне за помощь методического, организационного характера и консультирование на всех этапах работы, а также заведующей кафедрой экологии и земельных ресурсов профессору, доктору биологических наук Девятовой Татьяне Анатольевне; руководителю филиала ЦЛАТИ по Воронежской области ФГБУ «ЦЛАТИ по ЦФО» Сысоеву Сергею Максимовичу за поддержку и содействие в проведении экспериментальных исследований.

Глава 1. Изученность экологического состояния водных объектов на территории Воронежской области

1.1 Современные подходы к определению термина экологическое

состояние водного объекта

Хозяйственная деятельность человека в той или иной мере сопровождается изменением окружающей среды. Возникающие связи между антропогенными системами и окружающей средой требуют всестороннего изучения для минимизации негативных последствий. В настоящее время рациональное природопользование, в том числе рациональное использование аквальных комплексов является одной из актуальных задач при обеспечении экологической безопасности региона.

Рациональное использование аквальных комплексов в хозяйственной деятельности человека основывается на знаниях о конкретных водных объектах, их составе и экологическом состоянии.

В связи с ежегодным экономическим ростом Российской Федерации, связанным с повышением производства конечной продукции, увеличивается и антропогенная нагрузка на все природно-территориальные комплексы, в том числе и на водные объекты. При этом необходима оценка состояния водного объекта с позиции его экологического состояния, в которую входит анализ гидрохимического состава воды и донных отложений, как сред в которых проживают организмы. Устойчивость этих сред с учетом безопасного водопользования представляется актуальной и приоритетной научной проблемой.

Понятие «экологическое состояние» на сегодняшний день можно охарактеризовать на основе синтеза научных работ и нормативно-правовых актов,

но определения термина, официально признанного и прописанного в нормативно-правовых актах на данный момент нет.

При анализе Водного кодекса Российской Федерации в статье 30 «Государственный мониторинг водных объектов» сказано, что государственный мониторинг водных объектов представляет собой систему наблюдений, оценки и прогноза изменений состояния водных объектов...». Но именно определение термина экологическое состояние в водном кодексе не указывается.

В Федеральном законе РФ № 7-ФЗ от 10.01.2002 г. «Об охране окружающей среды», который является основным федеральным законом в области экологии на территории Российской Федерации, даны определения терминов «качество окружающей среды» и «нормативы качества окружающей среды». Так качество окружающей среды это «состояние окружающей среды, которое характеризуется химическими, биологическими и иными показателями и (или) их совокупностью», а нормативы качества окружающей среды это «нормативы, которые установлены в соответствии с физическими, химическими, биологическими и иными показателями для оценки состояния окружающей среды и при соблюдении которых обеспечивается благоприятная окружающая среда». Данные определения помогут нам в дальнейшем охарактеризовать термин экологическое состояние.

Также необходимо рассмотреть понятие качество воды. Качество воды в соответствии с ГОСТ 17.1.1.01-77 это характеристика состава и свойств воды, определяющая пригодность ее для конкретных видов водопользования. Чаще всего для оценки качества воды необходимо определение концентраций гидрохимических показателей и свойств воды и их сравнение с предельно допустимыми концентрациями (ПДК). ПДК водных объектов это утверждённый в законодательном порядке санитарно-гигиенический или рыбохозяйственный норматив. За ПДК принимается такая концентрация химических веществ и их соединений в окружающей среде, которая не вызывает неблагоприятных изменений или заболеваний организма и его последующих поколений. Наиболее

жесткие нормативы для поверхностных вод это ПДК рыбохозяйственных водоемов (р.х.).

На сегодняшний день и некоторые ученые дают свое определение термина «экологическое состояние». Так первые представления о термине экологическое состояние дал профессор Преображенский В.С. (1992). Он считал, что экологическое состояние представляет собой сочетание различных условий и факторов, создающих определенную экологическую обстановку на исследованной территории в разной степени благополучия или неблагополучия. Позднее определение термина экологическое состояние дала Зуева Т.В. (2013), которая рассматривала экологическое состояние как состояние окружающей среды, обусловленное взаимодействием природных и антропогенных факторов.

Определение термина экологическое состояние водного объекта, с учетом действующего законодательства и взглядов других ученых можно охарактеризовать так: экологическое состояние водного объекта это совокупность его количественных и качественных показателей (химических, физических, биологических и др. ) при определенных сочетаниях которых обеспечивается функционирование компонентов водных и прибрежных экосистем.

1.2 Краткая история изучения экологического состояния водных

объектов

К настоящему времени существенно расширились научные знания о механизмах формирования качества природных вод, об их влиянии на живые организмы. Со временем возникло понимание, о существовании тесных связей между компонентами не только водных объектов, но ив биосфере в целом. Появляются новые подходы и методики оценки состояния водных объектов,

которые включают всевозможные факторы и коэффициенты, учитывающие всевозможные объекты (Караушев А.В. 1987; Филенко О.Ф. 1989, Курдов А.Г., 1995, 1998; Жмур Н.С. 1997, 2013; Дмитриев В.В. 1997, 2000; Кумани М.В. 1999, 2013, 2018; Куролап С.А., 2002; Закруткин В.Е. с соавт., 2004; Шабанов В.В., Маркин В.Н. 2007, 2008; Никаноров А.М, 2005; Прожорина с соавт. 2010;Никаноров А.М., Михно В.Б., Кондакова М.Ю., 2013; Трушина В.А. 2014; Abel P.D. 1996, Adriaanse М. et al.,1995, Muthukrisnan et al., 2007; Lewis et al., 2007; THM. Van Emmerik et al., 2014; Masnavi et al., 2016; Fausch et al., 2010 и др.). Большое количество выдающихся ученых задействованных в вопросах экологического благополучия водных объектов, трансформации химических веществ в природных водах, в оценке влияния химических компонентов на водные экосистемы, анализа природных вод по химическим показателям, позволили расширить научные представления о механизмах, влияющих на экологическое состояние водных объектов.

Как указывалось выше, ученые по-разному трактуют термин экологическое состояние. В работах некоторых авторов рассматривается комплексное изучение компонентов аквальных комплексов или речных бассейнов, (Израэль Ю.А., 1979; Корытный Л.М., 2001; Сидоренко А.В., 2003; Двинских С.А., Зуева Т.В., Тереханова Т.А., 2013; Михно В.Б. с соавт., 2015; Михно В.Б., Жигулина Е.В., 2014; Бунина Н.П., Шабанов В.В., 2007; Гумилевская А.И., 2008; Двинских С.А., Ларченко О.В., 2014; Кочуров Б.И., 1999, Михно В.Б., Добров А.И., 2000; Давыдова Н.С., 2015; Дмитриева В.А., Давыдова Н.С., 2016).

Также комплексное перечисление состояния компонентов аквальных комплексов приводится в работах федеральных органов исполнительной власти разных уровней (Департамент природных ресурсов и экологии Воронежской области 1996-2019, Федеральная служба Росприроднадзор по Воронежской области 1998-2018 и др.). В данных работах приведены статистические данные без анализа причин и взаимосвязей.

В работе Коронкевич Н.И., Зайцевой И.С., Китаевой Л.М., (1995) основной упор сделан на определение и категорийность гидроэкологических ситуаций. По

их мнению, одним из ключевых индикаторов категорийности, является экологическое состояние вод. Авторы выделяют пять градаций качества вод по экологической напряженности в зависимости от санитарной обстановки и изменчивости экосистем. Категории выделяются на основе значений класса качества воды, индекса загрязненности воды и гидробиологических показателей. Большое внимание уделяется учету антропогенной нагрузки и объему водных ресурсов, как основных критериев определяющих состояние водных объектов.

В других исследованиях рассматривается не весь природный ландшафт бассейна водного объекта, а тот или иной его элемент, что наталкивает на односторонность рассмотрения проблемы экологического состояния. Так, в работе Скрипко В.В., Платоновой С.Г., (2014) при рассмотрении эколого-геоморфологического состояния территории основное внимание уделяется рельефу речных бассейнов. Оценка эколого-геоморфологического состояния разделена на три этапа и учитывает способность бассейнов к выносу (накоплению) вещества, а, следовательно, и к самоочищению при выносе или ассимиляции при накоплении вещества; оценку антропогенной нагрузки на территорию и в третьем этапе - интегральный расчет эколого-геоморфологического состояния исследуемых речных бассейнов.

Исследование водных объектов со стороны биоразнообразия экосистем и количества пищевых цепей в них проводил Лесников Л.А. 1970; Макрушин А.В. 1974; Жмур Н.С. 1999; Куценко С.А. 2002; Животова Е.В. 2002; Котелевцев С.В., Маторин Д.Н., Садчиков А.П. 2012. При этом в исследованиях делался упор на экологическое значение таких гидрологических показателей как глубина, температура воды, скорость течения и др. Изучение данных характеристик, оказывающих влияние на развитие планктонных сообществ, которые являются первичным звеном в пищевых цепях водной экосистемы, позволит определить экологическую устойчивость и предпосылки к преобразованию водных объектов при неблагоприятных условиях.

Оценку экологического состояния водоемов с помощью биотестирования и анализа биотических факторов проводили Лесников Л.А. 1970; Жмур Н.С. 1999,

Дмитриев В.В., 2000; Степанова Н.Ю. с соавт., 2004; Zwart D., Sloff W., Notenboom J., 1995; Abel P.D.,1996; I. R. Falconer, 2005. В работах исследуются влияние абиотической среды на живые организмы и их сообщества. Также проводится анализ функционирования экосистем природного объекта в естественных и измененных условиях.

Алексеевский Н.И., Заславская М.Б., Гончаров А.В. (2016) в своей работе «методические подходы к изучению и параметризации качества воды» рассматривали проблемы формирования и изменения качества поверхностных вод с точки зрения неблагоприятного влияния их химического состава на возможность и эффективность водопользования, здоровье населения и экологическое благополучие водных биоценозов.

Сторонники комплексного подхода к определению экологического состояния водных объектов большое внимание уделяют разработке экосистемных нормативов качества окружающей среды (Могилюк С.В., 2004), отражающих степень устойчивости отдельных зон и формирующихся как обобщение частных показателей на бальной основе. В работе «геологические аспекты управления водопользованием в бассейне трансграничных рек» предлагается выделять в качестве критериев оценки не только устойчивость отдельных элементов эколого-экономической системы или геосистем в целом, но также степень антропогенного воздействия и степень антропогенного изменения элементов системы.

Некоторые ученые (Бунина Н.П., Шабанов В.В. 2007; Двинских С.А. 2014) выделяют в оценке экологического состояния водных объектов компонентный комплексный и экосистемный подход. Экосистемный подход, по мнению авторов наиболее информативен, так как позволяет учитывать различные параметры водосбора объекта, в том числе интенсивность антропогенной нагрузки, а весь водосбор рассматривается как совокупность отдельных ландшафтов. В работе приводятся примеры расчетного мониторинга состояния водных объектов и определению очагов экологической напряженности на водосборах, которые позволят снизить полевые исследования с отбором проб и выделить зоны с различной антропогенной напряженностью.

В ходе анализа различных научных работ посвященных рассмотрению экологического состояния водных объектов выявлено, что под экологическим состоянием водоема употребляется «качество воды» и «гидрохимический состав воды» (Дмитриев В.В. 1994; Коронкевич Н.И., Зайцева И.С., Китаев Л.М., 1995; Кочуров Б.И., 1999; Никаноров А.М., Носаль А.П., 2004; Девяткова Т.П., Князева Е.В., 2007; Бунина Н.П., Шабанов В.В., 2007; Никаноров А.М.,Трофимчук М.М., Сухоруков Б.Л., 2012; Девяткова Т.П., Лозовик П.А., 2013; Мякишева Н.В., Жумангалиева З.М., 2013; Двинских С.А., Ларченко О.В., 2014; Пряжинская В.Г., 2014; Болонина Г.В., с соавт., 2014; Бузанов М.М. с соавт. 2016; Boyd C.E., 1982; Adriaanse М., Niedrlander H.A.G., Stortelder P.B.M., 1995.; E. Glennie, C. Littlejohn, A. Gendebien, 2002; J. Chenoweth, M. Hadjikakou, and C. Zoumides, 2014; T. K. Lissner, C. A. Sullivan, D. E. Reusser, J. P. Krop, 2014 и др). В большей мере это связано с тем, что гидрохимический состав воды, как среда обитания живых организмов, является одним из наиболее важных условий экологического благополучия популяций. Для природной воды водных объектов установлены нормативы качества и предельно допустимые концентрации, определенные с помощью лабораторных испытаний. Данные нормативы и предельно допустимые концентрации позволяют также нормировать антропогенную нагрузку при хозяйственной деятельности, рассчитывать разбавление и ассимилирующую способность водных объектов. Также оценка экологического состояния водного объекта с помощью сравнения гидрохимического состава с предельно допустимыми концентрациями применяется исполнительными органами государственной власти при государственном мониторинге водных объектов, а также при исчислении платы за негативное воздействие на окружающую среду и расчета ущерба причинённым предприятием при хозяйственной деятельности. Ученое сообщество с помощью гидрохимического анализа воды водных объектов может анализировать и прогнозировать изменения, происходящие в водном объекте. Но для этого нужен исчерпывающий перечень гидрохимических показателей, которые объективно могут служить показателями антропогенного воздействия.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Чувычкин Андрей Леонидович, 2020 год

исток

0.27

устье

аммоний-ион

□ нитрит-ион

фосфат-ион

— нефтепродукты

Рисунок 13 - Концентрации основных загрязняющих веществ индикаторов антропогенного влияния в реке Потудань

Количество легкоокисляющихся органических веществ по БПК5 2,04

3 3

мг/дм в верхнем и 2,13 мг/дм в нижнем течении, что является низким показателем для рек Среднерусской возвышенности.

Также отмечены низкие концентрации нефтепродуктов в воде на уровне 0,040-0,042 мг/дм3.

Южнее реки Потудань расположилась река Тихая Сосна. Основная антропогенная нагрузка на реку приходится на среднее и нижнее течение. Здесь располагаются крупные населенные пункты, влияние которых в разных аспектах изменило режим и вид реки. Производственные площади ЗАО «Острогожсксадопитомник» располагаются в долине реки и забирают воду на орошение и технические нужды.

Крупный районный центр-город Острогожск с населением на 1 января 2018 года 32601 человек отводит коммунальные стоки в реку Тихая Сосна по левому берегу.

Отводимые стоки по данным Департамента природных ресурсов и экологии Воронежской области имеют превышения ПДК по аммоний-иону, нитрит-иону, фосфат-иону, меди.

На правом берегу реки в поселке Элеваторный находится Острогожский завод по производству солода ООО «АВАНГАРД-АГРО-Воронеж».

Данный завод осуществляет выпуск сточных вод в балку Петренково, которая через 300 м впадает по правому берегу в реку Тихая Сосна.

Особенность нижнего течения реки - это низость поймы, которая во время паводка заливается талыми водами, которые длительно задерживаются. Для уменьшения заболачиваемости во второй половине 20 века ниже, города Острогожск были вырыты мелиоративные каналы. Данные мероприятия привели к застою воды в этих каналах и их быстрому прогреву. Сочетание небольшой глубины каналов и теплой воды привели к быстрому разрастанию водной растительности в них, а после ее отмирания могло стать причиной повышения в воде растворенных форм марганца и фосфора.

Стоит отметить, достаточно высокие содержания меди в воде - 0,0015

3 3

мг/дм или 1,5 ПДК на границе с Белгородской областью до 0,0016 мг/дм

Л

(1,6 ПДК) и 0,0018 мг/дм (1,8 ПДК) в среднем и нижнем течении. Медь является типичным загрязнителем сточных вод коммунального хозяйства и неорганизованного стока с селитебных территорий.

Сточные воды и автомобильный транспорт влияют на содержание растворимых форм таких металлов, как цинк и никель в поверхностных водах. Наблюдения за этими компонентами необходимо проводить и в дальнейшем, так как соединения никеля играют важную роль в кроветворных процессах и являются окислительными катализаторами в организме животных и человека.

Л

Количество фосфатов было выше ПДК (0,68 мг/дм3) на границе с Белгородской областью в верхнем течении, но при движении к устью реки

-5

оно уменьшалось и составило 0,46 мг/дм , что более чем на 30 % меньше истока.

Таким образом, анализ экологического состояния реки показывает, что в реке хорошо развиты процессы самоочищения. Достаточно большой расход

воды осуществляет хорошее разбавление сточных вод поступающих в водную экосистему и тем самым минимизируя негативные последствия для водного объекта.

Наиболее тревожная экологическая ситуация из рек Чернокалитвинского района сложилась в реке Черная Калитва. На территории реки находятся два районных центра - Ольховатка и Россошь с большим количеством предприятий сельскохозяйственной и производственной направленности. Река находится в зоне недостаточного увлажнения, в связи с чем падает водность реки, а вместе с ней и коэффициент разбавления сточных вод и вредных веществ, поступающих в водный объект.

В поселке городского типа Ольховатка находится АО «Ольховатский сахарный комбинат», который забирает воду из реки Черная Калитва на технологические нужды и сбрасывает производственную сточную воду на поля фильтрации. ИП Лунев приминает хозяйственно-бытовые стоки населения и осуществляет их сброс также на поля фильтрации Поля фильтрации - это земельные участки, которые предназначены для биологической очистки сточных вод путем их фильтрации через почвенные горизонты. В результате этого процесса вещества органического происхождения под воздействием микроорганизмов распадаются в биослое, который, в свою очередь, образуется в слое фильтрационной нагрузки. Поля фильтрации требуют к себе значительного внимания и круглосуточного обслуживания, так как являются гидротехническим сооружением и неправильная их эксплуатация может привести к попаданию загрязняющих веществ в подземные воды при неправильной загрузке, или в поверхностные водные объекты, при размыве укрепительных поверхностных валов.

В городе Россошь находятся очистные сооружения, осуществляющие сброс хозяйственно-бытовых сточных вод отводимых от жителей и предприятий города в реку. Износ данных очистных сооружений,

построенных в 70-х годах прошлого века приближается к 80%. Эффективность очистки неудовлетворительная.

В связи с вышеперечисленным, в нижнем течении реки отмечены

3 3

превышения по БПК5 до 3,24 мг/дм или 1,5 ПДК, аммоний-иону -0,54 мг/дм или 1,1 ПДК, фосфат-иону - 0,69 или 1,2 ПДК, по растворенным формам тяжелых металлов, таких как медь - 0,0018 мг/дм или 1,8 ПДК, цинк - 0,012

3 3

мг/дм и марганец- 0,013 мг/дм или 1,3 ПДК (рисунок 14).

Также в реке в нижнем течении отмечены превышения нитрит-ионов-0,088 мг/дм3 или 1,1 ПДК. Данный показатель говорит о неполном окислении аммоний-иона, а значит о неблагоприятной кислородной обстановке в реке.

Река находится в зоне повышенного экологического риска, так как непосредственно на ее берегу находятся предприятие первого класса экологической опасности - АО «Минудобрения» в городе Россошь.

0.69

0.7

0.6

0.5

оо 0.4

<\5

О"

0.3

0.2

0.1

аммонии-ион нитрит-ион фосфат-ион нефтепродукты

исток

среднее течение

устье

Рисунок 14 - Концентрации основных гидрохимических показателей -индикаторов антропогенного влияния в реке Черная Калитва

АО «Минудобрения» в городе Россошь работает по системе нулевого сброса - все воды после очистки идут на технологические нужды. Лишь потери воды восполняют забором из реки или подземных скважин.

На экологическое состояние реки Черная Калитва также влияют ее притоки - малые реки Ольховатка и Россошь.

Если в реке Ольховатка основное неблагоприятное воздействие на реку заключается в освоении населением водоохранных зон и в нерациональном использовании подземных и поверхностных вод, то река Россошь имеющая важное региональное значение для Подгоренского и Россошанского районов испытывает целый спектр неблагоприятных воздействий.

ОАО «Сагуновский мясокомбинат» в поселке Красный Восход осуществляет переработку мясного сырья и производит сброс сточных вод на поля фильтрации, которые находятся вблизи реки Сухая Россошь. Данные сточные воды обладают высокой токсичностью для живых организмов, и их попадание в грунтовые воды является повышенной угрозой для водной экосистемы близлежащих водоемов. Данные поля фильтрации не раз становились причиной штрафов за несоблюдение природоохранного законодательства.

Кроме этого данный районный центр имеет централизованную канализацию, которая отводит сточные воды от населения и предприятий на очистные сооружения биологической и механической очистки. После очистки данные воды сбрасываются в реку, увеличивая антропогенную нагрузку на малый водоток, который из-за своего малого объема воды не способен ассимилировать загрязняющие вещества, без вреда водной экосистеме.

Из-за высокой антропогенной нагрузки, связанной с аграрным сектором экономики в воде возрастает количество фосфат-иона и нитрат-иона - основных составляющих минеральных удобрений которые приводят к эвтрофикации водоемов. Также в районе п.г.т. Подгоренский в долине реки

сооружены мелиоративные каналы, которые увеличили площадь испарения у реки находящейся во влагодефицитном районе.

Эти факторы привели к обмелению реки и при полевом исследовании выявлено, что река местами превратилась в суходол. Это подтверждается региональными программами департамента природных ресурсов и экологии Воронежской области, которые включают данную реку в проекты по расчистке и реабилитации малых рек Воронежской области.

Данные факторы послужили выявлением превышений в воде намного ниже сброса типичных показателей характерных для сточных вод. Такие показатели, как аммоний-ион (0,052 мг/дм или 1,1 ПДК), фосфат-ион (0,65 мг/дм3 или 1,1 ПДК), нефтепродукты (0,055 мг/дм3 или 1,1 ПДК), БПК5 (3,19 мг/дм3 или 1,5 ПДК), медь (0,0022 мг/дм3 или 2,2 ПДК), марганец (0,015 мг/дм или 1,5 ПДК) были выше предельно допустимых концентраций (рисунок 15).

Черная Калитва

аммонии-ион нитрит-ион фосфат-ион нефтепродукты

Ольхватка

Россошь реки

Рисунок 15 - Содержание соединений азота, фосфора и нефтепродуктов в реке Черная Калитва и ее притоках

Превышения ПДК нефтепродуктов в подавляющем большинстве исследованных малых рек Воронежской области говорит о попадании неочищенного стока с асфальтированных территорий селитебных зон.

Река Богучарка - самый южный правобережный приток реки Дон на территории Воронежской области входящий в Подгоренский гидрологический район.

Река обладает высокой минерализацией связанной с малым количеством осадков (около 490 мм) выпадающих на данной территории и как следствие, засоленностью грунтовых пород с которыми вода, двигающаяся по водосбору, вступает в реакцию.

Начиная с села Новомакаровка Кантемировского района, река подвергается антропогенному воздействию. В селе Новомакаровка на левом берегу реки Богучарка, находится крупный животноводческий комплекс по разведению крупного рогатого скота. Загоны и лагуны по сбору отходов животноводства находятся в непосредственной близости от реки. При сильных атмосферных осадках происходит смыв все продуктов жизнедеятельности крупного рогатого скота в пойму реки, где расход воды не превышает 1 м3/сек.

Также для данного сельскохозяйственного комплекса открыт крупный элеватор, комбикормовый завод, и молочный комплекс.

Сточные воды с молочных комплексов в своем составе имеют большое

3 3

количество фосфат-иона до 50 мг/дм и более, БПК5 долее 1000 мг/дм и других показателей, таких как ХПК, аммоний ион, хлорид-ион.

Пойма реки полностью распахана, древесно-кустарниковая растительность по берегам реки находится в угнетенном состоянии.

У станции Журавка, южного направления Российской железной дороги, находится поселок Охрового Завода с одноименным предприятием АО «Журавский охровый завод», который занимается производством охры с начала 20 века. Охра используется как краситель.

От поселка Охрового завода до села Писаревка река превратилась в пересыхающий ручей, поросший камышом с появлением участков русла с открытым зеркалом воды. У села Смаглеевка за период наблюдений в третьем квартале (летний период) река не превышала ширину 1 м.

Данный водоток приобретает вид реки только ниже села Писаревка.

В селе Лофицкое, где преобладают самые высокие среднегодовые температуры на территории Воронежской области, расположилось крупное предприятие по выращиванию рыбы - ООО «ДОН». Три огромных пруда, с зеркалом воды более 4 км2 нуждаются в ежегодной подпитке из реки Богучарка, так как поверхностное испарение с таких прудов велико.

К примеру, если воспользоваться Приказом МПР РФ от 30.11.2007 г. № 314 «Об утверждении Методики расчета водохозяйственных балансов водных объектов» и рассчитать испаряемость в мм водоема, а далее вывести объем в м умножив на площадь водоема, то получим следующие цифры.

Взяв формулу для расчета испаряемости малых водоемов площадью до 5 км2, а также имеющих среднюю длину разгона воздушного потока над водной поверхностью не более 2-3 км допускается определять средние

многолетние величины испарения по следующей формуле: ^испО =Е20КнКзашР Гпр

Е20 - определяется по рисунку П.2.1 методики расчета водохозяйственных балансов водных объектов;

Кн - поправочный коэффициент на глубину водоема, определяемый по таблице П.2.3. методики расчета водохозяйственных балансов водных объектов;

Кзаш - поправочный коэффициент на защищенность водоема от ветра древесной растительностью, строениями, крутыми берегами и другими препятствиями определяется по таблице П.2.4;

в- поправочный коэффициент на площадь водоема, принимаемый по таблице П.2.5.

^гисп0=60см*1,0*0,96*1,26=72,576 см или 0,73 м столба воды испаряется за год с поверхности водоема.

Общий объем испарившейся воды будет равен высоте столба (0,73 м) умноженный на площадь водоема (приблизительно 4500000 м2) и мы получим 3285000 м в год или если перевести объем испаряемой воды в

секунду, то получим 0,10 м /сек. Расход реки Богучарка у с. Писаревка равен 1,5-2,0 м /сек. Соответственно, забирается на восполнение потерь от 5 до 7 % всего годового стока реки, что конечно является большой цифрой для региона Воронежской области с наименьшей водной обеспеченностью.

По гидрохимическим показателям, которые являются индикатором антропогенного загрязнения существенных превышений на всем протяжении реки не выявлено. Лишь в верхнем течении у пос. Охрового завода выявлено повышение показателей по аммоний-иону, нитрит-иону, нитрат-иону, фосфат-иону до значений меньше ПДК или на уровне.

Это связано с влиянием малой реки Кантемировка, правого притока, который испытывает высокую антропогенную нагрузку, что будет описано ниже.

В истоке отмечено превышение фосфат-иона до уровня 1,1 ПДК (0,65 мг/дм ) (рисунок 16).

исток среднее течение устье

Рисунок 16 - Концентрации основных гидрохимических показателей -индикаторов антропогенного влияния в реке Богучарка

Единственный крупный населенный пункт, находящийся на берегах реки это город Богучар с организованным стоком хозяйственно-бытовых сточных вод, которые поступают на муниципальное предприятие «Богучаркоммунсервис» где они проходят очистку и обеззараживание и

последующий сброс в реку Дон, что и обезопасило от загрязнения хозфекальными стоками реку Богучарка.

Неорганические формы азота были ниже ПДК на всем протяжении

3 3

реки. Аммоний-ион находился в пределах 0,25 мг/дм - 0,43 мг/дм , нитрит-

3 3 3 3

ион 0,029 мг/дм - 0,057 мг/дм и нитрат-ион 1,46 мг/дм - 1,99 мг/дм .

3 3

Фосфат-ион (0,40 мг/дм -0,65 мг/дм ) также был ниже ПДК на всем протяжении реки.

Из группы тяжелых металлов выше ПДК были концентрации меди и марганца.

3 3

Медь варьировала от 0,0015 мг/дм в среднем течении до 0,0019 мг/дм в нижнем течении. Марганец был выше ПДК на всем протяжении Богучарки

3 3

и изменялся от 0,015 мг/дм (1,5 ПДК) в верхнем течении до 0,012 мг/дм (1,2

Л

ПДК) в среднем и 0,014 мг/дм (1,4ПДК) в нижнем.

Стоит отметить, что высокая минерализация воды, обусловленная природными факторами также несет ряд неблогоприятных факторов для здоровья человека. Повышение концентрации в питьевой воде сульфатов, хлоридов, увеличение общей жесткости провоцирует рост функциональных расстройств желудка и аллергических заболеваний. Причем по экспериментальным данным доказано, что постоянное поступление с водой органических и неорганических промышленных загрязнений в городах вызывает поражение печени, кроветворного аппарата, отложение в организме солей кальция. Повышенные концентрации нитритов в питьевой воде города Липецка подавляют функцию кроветворения у населения[213].

Самая южная малая река-приток реки Богучарка. Исток реки начинается с руслового пруда у села Бугаевка. Протекает через р.п. Кантемировка, где в нее сбрасываются стоки сточных вод МУП «Кантемировский водоканал» принимающий на очистку стоки с населенного пункта. Очистка неудовлетворительная. Это в купе с маленьким расходом воды (менее 1м3 /сек) привело к сильнейшим экологическим последствиям. Запах нечистот распространяется от места сброса на несколько километров

ниже по реке, русло реки заросшее, с пленками на поверхности воды и на растениях.

Превышения гидрохимических показателей отмечено даже в устье реки, которое находится в более чем трех километрах от места сброса сточных вод с очистных сооружений р.п. Кантемировка.

Превышения отмечены по аммоний-иону в 1,3 раза (0,66 мг/дм ) , по

-5 -5

нитрит-иону в 1,2 раза (0,093 мг/дм ), по фосфат-иону в 1,5 раза (0,91 мг/дм ),

-5 Л

меди в 1,9 раза (0,0019 мг/дм ),нефтепродуктов 1,4 раза (0,069 мг/дм ), БПК5

"5

1,8 раза (3,71 мгО2/дм ) (рисунок 17).

1 и

Богучарка Кантемировка Левая Богучарка

Рисунок 17 - Концентрации основных гидрохимических показателей -индикаторов антропогенного влияния в малых реках Подгоренского гидрологического района

-5

Количество нитратов (5,59 мг/дм ) в воде, ниже, чем в реке Россошь, которая схожа по гидрологическим характеристикам с рекой Кантемировка. Это связано с неэффективной очисткой хозяйственно-бытовых сточных вод на очистных сооружениях р.п. Кантемировка. При сбросе очищенных сточных вод в стоке преобладают нитраты. В эффективно работающих сооружениях их концентрации должны равняться 30-45 мг/ м , а концентрации аммоний-иона и нитрит иона должны стремиться к нулю. Как

видно из анализа, процессы окисления органических веществ не пройдены полностью и в воде значительное количество аммоний-иона и нитрит-ионов. Полное их окисление происходит только в среднем течении реки Богучарка, когда снижаются концентрации ионов аммония и нитритов и возрастают нитраты.

-5

Растворенные формы тяжелых металлов, таких как медь (0,0019 мг/дм

3 3

или 1,9 ПДК), цинк (0,011 мг/дм или 1,1 ПДК), марганец (0,015 мг/дм или

Л

1,5 ПДК), железо (0,010 мг/дм или 1,0 ПДК) были выше или на уровне ПДК.

Большинство тяжелых металлов и их соли являются простыми неорганическими соединениями, токсичность которых обусловлена анионами, катионами или физико-химическими свойствами соли. Некоторые из солей тяжелых металлов, например меди, цинка, трехвалентного хрома, осаждаются в слегка щелочной среде и, таким образом, повышают их концентрации в донных отложениях. Соединения тяжелых металлов неблагоприятно влияют на процессы самоочищения в водоемах. Наиболее токсичными для рыб являются соли кадмия, меди, ртути, свинца, цинка, серебра и трехвалентного хрома. Токсический эффект уже наблюдается при

3 3

концентрациях 0,004 мг/дм -0,02 мг/дм (медь, ртуть, серебро).

Еще один правый приток реки Богучарка, устье которого находится ниже по течению, чем устье реки Кантемировка. Экологическая ситуация в данной реке лучше, чем у реки Кантемировка.

Как и во многих малых реках Воронежской области для повышения водообеспеченности населения, в верхнем течении реки построены русловые пруды, которые приводят, как уже не раз говорилось, к зарегулированию поверхностного стока реки. Также в верхнем течении западнее села Титаревка, в 500 м от реки на левом берегу находится карьер по добыче охры. Основные предприятия, находящиеся в бассейне малой реки, это крестьянско-фермерские хозяйства занимающиеся производством сельскохозяйственной продукции.

Незначительные превышения в устье реки отмечены по аммоний-иону

3 3

0,56 мг/дм или 1,1 ПДК и БПК5 2,55 мг/дм или 1,2 ПДК. Объяснение этому факту может быть связано с неантропогенной природой появления данных загрязнителей. В устье реки, на протяжении трех километров по берегам реки расположился смешанный лес, что является редкостью для столь южной части Воронежской области. Привнос биомассы с опадом в реку под действием микроорганизмов может вызывать процессы высвобождения ионов аммония в воду. Содержания нитрит-иона, нитрат-иона и фосфат-

3 3 3

иона 0,061 мг/дм , 3,15 мг/дм и 0,51 мг/дм соответственно.

-5

Нефтепродукты в воде были на уровне 0,050 мг/дм или 1,0 ПДК. Количество легкоокисляющихся органических веществ по БПК5

-5

нормальное для южных рек Воронежской области - 2,55 мг/дм или 1,2 ПДК.

-5

Растворенные формы тяжелых металлов, таких как медь (0,0014 мг/дм

Л

или 1,4 ПДК), марганец (0,013 мг/дм или 1,3 ПДК), выше ПДК. Растворенные формы цинка, железа были ниже ПДК и составили 0,0075

3 3

мг/дм и 0,09 мг/дм соответственно.

Подводя итог оценке экологического состояния средних и малых рек протекающих по Среднерусской возвышенности в пределах Воронежской области, можно сделать вывод, что в подавляющем большинстве малых рек превышено значение фосфат-ионов и нефтепродуктов. Низкий порог резистентности к антропогенному воздействию из-за малого годового стока рек приводит к повышению в воде загрязняющих веществ, которые негативно сказываются на экосистеме всего водоема, приводя к уменьшению времени, необходимого для закономерной сукцессии.

Необходимо принять меры по восстановлению экологической резистентности притоков разного порядка реки Дон.

5.2.2 Экологическое состояние поверхностных вод рек Окско-Донской низменной равнины

Экологическое состояние рек Окско-Донской низменной равнины, как и рек Среднерусской возвышенности на территории Воронежской области значительно отличается в зависимости от антропогенного воздействия и способности реки ассимилировать загрязнения.

Как и в реках Среднерусской возвышенности, которые находятся в непосредственной близости от города Воронеж, водные объекты Окско-Донской низменной равнины находящиеся в черте административного центра или в непосредственной близости подверглись наибольшему антропогенному изменению. Эти водные объекты приурочены так же и к Воронежскому гидрологическому району имеющим свои гидрохимические особенности.

Так экологическое состояние реки Воронеж, четвертого по площади водосбора и восьмого по длине притока реки Дон, в своем нижнем течении остается неудовлетворительным.

Если от от границы с Липецкой областью до автомобильного моста трассы М-4 ДОН, река не имеет крупных промышленных предприятий осуществляющих сброс в реку. Последним из таких предприятий был Рамонский сахарный завод, закончивший свое существование в начале двухтысячных годов.

Населенных пунктов на берегу мало. Самый крупный это поселок Рамонь с населением более 8000 человек. Сточные воды с поселка отводятся на поля фильтрации. Которые расположены далеко от поймы реки, тем самым оказывая минимальное воздействие на экосистему реки.

Отсутствие поступления организованного сброса сточных вод на участке реки от с. Нелжа до Рамони и значительная залесенность водосбора

(левый берег реки от села Ступино до автомобильного моста М-4 ДОН большей частью находится в буферной зоне Воронежского Биосферного заповедника) позволило сохранить хорошее качество воды и отсутствие экологических проблем на исследуемом участке за весь период наблюдений.

Такие показатели как БПК5 и медь были ожидаемо выше предельно допустимых концентраций и за период наблюдения и составили 2,32

3 3

мгО2/дм3 (1,1 ПДК) и 0,0016 мг/дм на границе с Липецкой областью. Ниже

-5

по течению, у моста трассы М-4 ДОН значение БПК5 (2,46 мгО2/дм ) и меди

-5

(0,0019 мг/дм ) незначительно возрастает. Это может быть связано с введением выше по течению сооружений биологической очистки поселка Чертовицы в 2016-2017 году, которые начали осуществлять сброс сточных вод в реку Воронеж.

Превышение ПДК фосфатов в реке Воронеж отмечено повсеместно (рисунок 18). Это связано с увеличившейся антропогенной нагрузкой на ее берега в последние десятилетия, что привело к эвтрофикации водоема. Данное утверждение согласуется с позицией Департамента природных ресурсов и экологии Воронежской области, которое в 2018 году провело изыскания по обследованию русла реки на территории Воронежской области.

Ниже моста трассы М-4 ДОН, река испытывает высокую антропогенную нагрузку. Это связано с тем, что одноименный город-миллионник с пригородом, где сосредоточилась почти половина населения Воронежской области, полностью преобразовал водосбор реки в нижнем течении, а недостаточно очищенные сбросы с предприятий загрязняют водную экосистему и ставят под угрозу не только ее состояние, но и здоровье населения города Воронеж [213, 224,].

Город Воронеж расположился на левом и правом берегу реки. Если централизованная система водоотведения от предприятий и жителей города правого берега отводится в реку Дон ООО «РВК-Воронеж», то стоки с предприятий и жителей левого берега поступают на очистные сооружения ООО «ЛОС» и далее сбрасываются в Воронежское водохранилище.

исток среднее течение устье

Рисунок 18 - Концентрации основных гидрохимических показателей -индикаторов антропогенного влияния в реке Воронеж

Предпосылкой к созданию Воронежского водохранилища в начале 70-х годов прошлого столетия являлся постоянный дефицит питьевой и технологической воды. Его длина с севера на юг составляет 35 км, площадь -70 км2 , средняя ширина - 2км, средняя глубина - 2,9м, общий объем - 204 млн.м . Это был первый искусственный водоем такого размера в России и ЦЧР, полностью расположенный в черте города. По своим параметрам водохранилище относится к проточному типу. Оно имеет сезонное регулирование речного стока и каждый год весной вода полностью обновляется. Основной водообмен происходит только по динамической оси водохранилища, совпадающей с руслом р. Воронеж. Низкая скорость течения, а следовательно и водообмен наблюдается на отрезке между Чернавским мостом и мостом ВОГРЭС, и достигает летом 0,4 см/с, т.е. это практически стоячая вода[1,55].

Большая часть сточных вод, поступающая по организованным выпускам от предприятий в Воронежское водохранилище, относится к категории ливневых. Это предприятия АО «ВЗПП-С», ПАО «ВАСО», АО НПО «Электроприбор», ООО «Сименс Трансформаторы». Основными загрязняющими компонентами данных сточных вод являются взвешенные вещества, нефтепродукты, тяжелые металлы, которые поступают с территории предприятий.

Другая категория сточных вод - производственные. К ним относятся выпуски предприятий ПАО «ТЭЦ-1», АО «Воронежсинтезкаучук», ЗАО «ВШЗ». Данная категория сточных вод имеет специфические загрязнители в своем составе, которые образуются в производственном процессе. Какие именно будут образовываться вещества в сточных водах предсказать и отследить тяжело - этим и опасны производственные сточные воды.

И последняя, одна из наиболее опасных категорий, которые оказывают высокую антропогенную нагрузку на водные экосистемы и экологическую ситуацию в регионе это хозяйственно-бытовые сточные воды. Это связано с большим объемом образующихся сточных вод с высокой концентрацией органических веществ, которые при неудовлетворительной работе очистных сооружений поступают в поверхностные воды. В городском округе город Воронеж предприятиями осуществляющими обезвреживание хозяйственно-бытовых сточных вод являются ООО «РВК-Воронеж» и ООО «ЛОС».

Левобережные очистные сооружения (ЛОС) относятся к объектам, оказывающим наибольшее негативное влияние на экологию города Воронеж. Неудовлетворительная их работа приводит к ежегодному появлению фекальных запахов, служащих причиной жалоб жителей мегаполиса. Систематические сбросы сточных вод в Воронежское водохранилище приводят к деградации водной экосистемы. Концентрации органических веществ в десятки раз превышают предельно допустимые уровни [213].

Пятно загрязнения Воронежского водохранилища от неудовлетворительной работы левобережных очистных сооружений видно на спутниковых снимках (рисунок 19).

Рисунок 19 - Космический снимок района сброса сточных вод с ООО «Левобережные очистные сооружения», ноябрь 2018 г. Загрязненное пятно

л

площадью более 800000 м .

Все эти сбросы вместе с неорганизованным поверхностным стоком с территории города Воронеж привели к тому, что гидрохимические показатели в устьевом створе реки Воронеж превышают допустимые концентрации безопасные для жизни водных объектов в разы по некоторым показателям, не смотря на то, что устьевой створ наших наблюдений находится более чем на 5 километров ниже последнего организованного сброса сточных вод.

Средняя концентрация аммоний-иона за пятилетний период наблюдений наблюдения составила

0,52 мг/дм3 (1,0 ПДК), но колебания между единичными отборами проб воды находились в широких диапазонах:

от 0,31 мг/дм3 (0,6 ПДК) до 0,82 мг/дм3 (1,6 ПДК). Среднегодовые

-5

концентрации нитрит-иона, и нитрат-иона составили 0,053 мг/дм и 2,91

-5

мг/дм соответственно.

3 3

Концентрации фосфат-иона колебались от 0,50 мг/дм до 1,8 мг/дм

-5

или от 0,8 ПДК до 3,0 ПДК, а средние значения составили 0,98 мг/дм или (1,6 ПДК). Данные высокие концентрации являются причиной бурного сезонного цветения сине-зеленых водорослей во всем нижнем течении Воронежского водохранилища и реки Воронеж (рисунок 6).

Понятие «цветение водоемов» включает в себя несколько сложных аспектов, включая токсичность природных и сточных вод. Понимание того, что существует связь между сбросом соединений азота и фосфора в водоем и эвтрофикацией (eutroph - богатый органикой) природных водоемов, которые принимают сточные воды, окончательно сформировалось в мире в конце 1970-х - начале 1980-х годов. Согласно современным представлениям, ведущая роль в развитии цветения в водоемах принадлежит цианобактериям (родов Oscillatoria, Anabaena, Aphanizomenon, Cylindrospermopsis, Lyngbya, Microcystis, Nodularia, Planktothrix, Spirulina и др.) [82, 245].

Во время цветения водного объекта, по мере роста численности отдельных видов планктона концентрация выделяемых ими токсинов значительно возрастает, что может привести к гибели и заболеваниям водных организмов, людей и животных. Водоросли и цианобактерии, которые вызывают цветение водоемов, являются основным источником питания для многих организмов в водном объекте. Вследствие этого, отравление людей может происходить не только при употреблении воды для питья, но и при употрелении в пищу водных организмов из цветущих водоемов. Поэтому проблема цветения водоемов была признана во всем мире как одна из наиболее опасных для здоровья животных и человека. [82, 83].

В мировой практике муниципальные сточные воды признаны основным источником загрязнения водоемов азотом и фосфором, и более 50% фосфатов поступают на городские очистные сооружения от стиральных

порошков и моющих средств [246]. Человек выпускает от 2 до 4 г фосфора в день [266]. Так как в Воронеже проживает более 1 миллиона человек, то можно предположить, что в водоемы со сточными водами ежедневно поступает не менее 3 тонн фосфатов и столько же от стиральных порошков и моющих средств. Даже при использовании современных технологий биологического извлечения фосфора в водоемы все равно будет поступать достаточное количество фосфатов для развития процессов цветения. При использовании населением фосфорсодержащих моющих средств, процесс биологической очистки сточных вод сложнее и менее эффективен, чем очистка от фосфора биологического происхождения. В России (при численности населения на 2008 год 141,9 млн. человек) ежегодно тратится 554 килотонны полифосфата натрия. Один грамм три- полифосфата натрия стимулирует в водоеме образование 5-10 кг водорослей, продуцирующих опасные токсины, которые не извлекаются при подготовке питьевых вод [82, 245].

Для снижения эвтрофикации водоемов необходимо не только совершенствование процессов очистки сточных вод, но и уменьшение количества фосфорсодержащих веществ в моющих средствах путем перехода на аналогичные средства, не содержащие фосфор.

Бурное цветение сине-зеленых водорослей и окисление органических соединений в нижнем течении реки Воронеж привели к достаточно низкому

-5

уровню растворенного кислорода в воде - 6,62 мг/дм , это всего на 10 процентов выше минимального порога, при котором могут происходить заморные явления в водном объекте и к повышенному содержанию марганца (0,014 мг/дм3 или 1,4 ПДК).

Как и в других водоемах выше предельно допустимых концентраций

-5

были значения БПК5 (2,98 мгО2/дм или 1,4 ПДК) и растворенных форм меди (0,0024 мг/дм3 или 2,4 ПДК).

-5

Концентрации нефтепродуктов составили 0,062 мг/дм или 1,2 ПДК.

Основными причинами изменения допустимой степени загрязненности воды Воронежского водохранилища являются слабые процессы самоочищения водоема, значительное количество источников загрязнения, и их хаотичное пространственное распространение, а также слабая защищенность водохранилища от влияния поверхностного стока. Все эти факторы обусловили постоянное присутствие в избыточном количестве в воде и донных отложениях Воронежского водохранилища таких ингредиентов, как нефтепродукты, соединения меди, марганца, цинка.

Имеющее место накопление загрязнений в воде и в донных отложениях Воронежского водохранилища оказывает негативное влияние на качество воды городских водозаборов.

Другие реки Воронежского гидрологического района -левобережные притоки реки Дон по сравнению с рекой Воронеж испытывают наименьшее антропогенное влияние. Но близость к крупной городской агломерации оставляет эти реки в зоне риска.

Так маловодная река Хворостань неоднократно попадала в сводки чрезвычайных экологических ситуаций связанных, по заявлению жителей близлежащих населенных пунктов со сбросами сточных вод и последующими заморными явлениями.

Но при государственных проверках Росприроднадзора выяснялось, что основными причинами заморных явлений становились сильные атмосферные осадки в теплый период, которые осуществляли поступление большого количества органических веществ, которые смывались вместе с плодородным слоем земли в реку.

С поверхностным стоком также в воду попадают удобрения и продукты жизнедеятельности населения, что привело к повышению в ней

3 3

фосфат-ионов до 0,60 мг/дм (1,0 ПДК) в верхнем течении и до 0,62 мг/дм в нижнем.

Другая река Воронежского гидрологического со своей прозрачной водой и красивой поймой в среднем и нижнем течении является

излюбленным местом отдыха многих людей. Это река Икорец. Смешанный лес с преобладанием хвойных пород, являющийся буфером между руслом реки и водосбором, в котором расположился санаторий имени Цюрупы преимущественно находится на левом, более низком берегу реки.

Крупных населенных пунктов стоящих на реке нет. Основное направление деятельности предприятий и населения - выращивание сельскохозяйственных культур и животноводство. На водосборе находятся несколько крупных животноводческих комплексов в Среднем Икорце и Юдановке и других населенных пунктах.

Единственным источником организованного сброса в реку загрязняющих веществ являются биологические очистные сооружения санатория им. Цюрупы, осуществляющие сброс в нижнем течении реки.

Но так как их проектная и фактическая мощность мала и качество сточных вод по данным филиала ЦЛАТИ по Воронежской области соответствует проектным данным, то на реку не оказывается значительного негативного влияния. Данные исследования подтверждаются данными ежегодного мониторинга Департамента природных ресурсов и экологии Воронежской области.

По нашим данным, которые коррелируют с данными департамента природных ресурсов и экологии Воронежской области на всем протяжении реки не выявлено превышений гидрохимических веществ, кроме незначительных по БПК5 и по растворенным формам меди. Значения БПК5

3 3

изменялись от 2,22 мг О2/дм в верхнем течении и до 2,12 мг О2/дм в нижнем, что равняется 1,0 ПДК для водоемов рыбохозяйственного значения.

-5

Медь изменялась от 0,0015 мг/дм (1,5 ПДК) в верхнем и среднем течении до

-5

0,0012 мг/дм3 (1,2 ПДК) в нижнем. По нашим наблюдениям экологическая ситуация в реке Икорец благоприятная.

При рассмотрении притоков второго и третьего порядка реки Дон, протекающих по Воронежскому гидрологическому району выявлены

следующие особенности влияющие прямо или косвенно на экологическое состояние водоема.

Так река Усмань (Усманка), левый приток реки Воронеж, на территории Воронежской области протекает по Воронежскому государственному биосферному заповеднику и его буферной зоне, где строго регламентируется хозяйственная деятельность.

Данная территория имеет минимальное антропогенное воздействие и служит фоновой территорией для многих экологических исследований Подворонежья.

Ниже по течению от заповедника в пойменную, заболоченную часть водосбора реки осуществляет сброс сточных вод ООО «Градослав-сервис», которое принимает сточные воды с села Углянец. Очистка воды на данных очистных сооружениях - неудовлетворительная. Сброс сточных вод происходит по правому берегу реки в заболоченную пойму. Уменьшение негативного воздействия на реку происходит из-за ассимилирующей способности растений, произрастающих на пойменной терассе устранять повышенные концентрации загрязняющих веществ в сточной воде. Пройдя такую систему биологической доочистки вода становится менее опасной для реки.

С села Новая Усмань сточные воды отводятся по централизованным системам водоотведения на поля фильтрации МКП «Новоусманское коммунальное хозяйство». Данные очистные сооружения с полями фильтрации по объемам стока перегружены в 3 раза.

Такая же ситуация происходит с полями фильтрации МКП ОСП «Отрадное» из-за которых жители одноименного поселка постоянно жалуются на неприятный запах в их домах. Несоответствие поступления фактического объема сточных вод на очистные сооружения проектным характеристикам являются основной причиной неудовлетворительной их очистки.

Также сточные воды, образующиеся от промывки водоподъемной станции ВПС-12 ООО «РВК-Воронеж», которая снабжает предприятия и население левого берега питьевой водой, поступают в реку Новая Усмань с левого берега в районе СНТ «Никольское» железнодорожного района города Воронеж. В отличие от очистных сооружений хозяйственно-бытовых сточных вод, которые сбрасывают после очистки воды с повышенным содержанием аммоний-иона, нитрит-иона, натрат-иона, фосфат-иона и БПК5, сточная вода водоподъемных станций несет в себе большие концентрации марганца и железа. Эти элементы, которые в огромном количестве находятся в подземных водах неоген-четвертичного водоносного горизонта, вымываются из пылеватых песков и обусловливают большое количество железа и марганца в воде.

ООО «РВК-Воронеж» с помощью фильтров с песчано-гравийной загрузкой проводит деманганацию воды.

Множество турбаз, а именно 6 лагерей, 33 базы отдыха и 46 садоводческих товариществ в нижнем течении реки не имеют централизованной системы водоотведения. Вопрос об утилизации сточных вод остается актуальным, так как отмечены случаи жалоб населения, которые утверждают о периодических сбросах в прилегающие водоемы вод с характерным для хозяйственно бытовых сточных вод запахом.

Но большие экологические проблемы, присущие данной реке - это несанкционированные свалки мусора, образующиеся из-за низкой культуры населения, движение транспортных средств в водоохраной зоне по неасфальтированным покрытиям и нерациональное использование водных ресурсов жителями близлежащих населенных пунктов: во время начала пляжного сезона берега реки усыпаны горами мусора, которые привозят отдыхающие, машины стоят вплотную к воде. В районе микрорайона Боровое по левому берегу к реке ведут множество «ручейков» без растительности, которые проложили автомобили отдыхающих.

Все эти факторы негативного воздействия на реку в настоящем и будущем сильно изменят ее внешний вид и уменьшат биологическое разнообразие территории.

Анализ воды в устьевом створе показал превышение предельно

-5

допустимых концентраций по меди (0,0013 мг/дм или 1,3 ПДК) и БПК5 (2,32

-5

мгО2/дм или 1,1 ПДК). Отсутствие превышений по показателям-индикаторам антропогенного загрязнения связано с тем, что нижний участок реки от поселка Сомово длиной 20 километров протекает по лесистой местности восточнее Воронежского биосферного заповедника.

Чтобы уменьшить негативное влияние на реку необходимо усилить надзор за соблюдением природоохранного законодательства на берегах реки и в водоохраной зоне от с. Углянец, до микрорайона Боровое города Воронеж, а также проводить просветительскую работу с населением в области охраны окружающей среды.

При оценке экологического состояния реки Хава, притока реки Усмань можно выявить следующие экологические особенности. Данная река подвергается процессам эвтрофикации которые подтверждены гидрохимическими и полевыми исследованиями. Малая глубина, низкая скорость течения с недостаточным расходом воды создают благоприятные факторы для развития водной растительности- камыша, кувшинок, рогоза. Основной загрязнитель реки находится в селе Верхняя Хава - это поселковые очистные сооружения МКП ВСП «Хаватеплосбыт». Неудовлетворительная работа очистных сооружений связана с их износом, а также со многими коррупционными скандалами, которые привели к хищению или выходу из строя агрегатов необходимых для эффективной очистки сточных вод.

В данный момент очистные сооружения оказывают значительный негативный эффект на водную экосистему и приводят к еще более интенсивной эвтрофикации и без того маловодной, заросшей растительностью реки. Превышение предельно допустимых концентраций аммоний-иона, нитрит-иона, фосфат-иона и нефтепродуктов в сбросе

сточных вод по данным федеральной службы Росприроднадзор достигало 2 -4 раз.

В ближайшее время ситуация может измениться, так как очистные сооружения попали под областную программу, которая должна привести к улучшению экологического состояния в административных районах Воронежской области.

Также в Верхней Хаве находится пруд Кирпичный, в который производит сброс сточных вод ООО «Аквилон». Данное предприятие занимается производством подсолнечного масла и входит в группу компаний «Благо». В сбросе сточных вод с предприятия нами отмечено большое содержание жиров, БПК5, сульфатов, взвешенных веществ. Основная часть загрязняющих веществ ассимилируется в пруду Кирпичный, не попадая в реку Хава.

На водосборе реки верхнем и среднем течении находится большое количество прудов, предназначенных для орошения сельскохозяйственных полей или разведения рыбы.

Только фосфаты, характерные загрязнители хозяйственно-бытовых

-5

сточных вод показали превышения ПДК и были на уровне 0,63 мг/дм .

Низкие концентрации в устьевом створе наблюдений других веществ связаны лишь с большим расстоянием от основных загрязнителей, так как выбор устьевых створов-притоков второго и третьего порядка реки Дон связан с определением их влияния на гидрохимический режим и экологическую обстановку притоков первого порядка.

При рассмотрении экологического состояния рек на востоке области, которые протекают по Битюго-Хоперскому гидрологическому району Воронежской области важно выделить их основные источники антропогенной нагрузки и провести оценку гидрохимического состояния водных объектов.

Так река Битюг, которая находится на западе Битюго-Хоперского гидрологического района, является излюбленным местом отдыха туристов.

Пойма реки на территории Воронежской области залесена. Крупные лесные массивы относятся к Аннинской нагорной дубраве и к Хреновскому бору.

На берегах реки находятся крупные административные населенные пункты - Анна, Бобров. В непосредственной близости от реки, расположились предприятия, требующие большого количества технической воды, так как водные ресурсы на востоке Воронежской области ограничены. Это сахарные заводы в Тамбовской области, Садовский сахарный завод, который закрылся в 2018 году, Аннинский спиртзавод, Щучинский и Бобровский сырзавод, а также Нижнекисляйская молочная компания производящая молочную продукцию и другие крупные предприятия.

Это и стало причиной кризисных экологических ситуаций одной из крупной, живописной реки Воронежской области.

Заморные явления на реке происходят с периодичностью раз в пять-семь лет. Последнее крупное было зимой 2012 года. Возможных причин много, но виновные не были найдены. Проблема в том, что производственная вода молочных, сахарных а также заводов по производству спирта высокотоксична. Содержание легкоокисляемых веществ по ХПК и БПК5

-5

может доходить до 5000 и 3000 мгО2/дм соответственно [137]. Это говорит о том, что при норме растворенного кислорода в поверхностных водных

-5

объектах 6,0-9,0 мг/дм , один литр сточной воды свяжет весь активный

-5

кислород в 500-1000 дм природной воды. Данный расчет приблизительный, так как на количество кислорода в воде влияет и коэффициент разбавления, температура окружающей среды и водные микроорганизмы, способные усваивать загрязняющие вещества, но цифры все равно заставляют задуматься.

К примеру, поля фильтрации одного из старейших заводов Воронежской области - Садовского, о закрытии которого объявлено в 2018 году, находятся менее, чем в 300 м от уреза воды реки Битюг (рисунок 20).

Неблагоприятные метеорологические погодные условия в виде ливней или затяжных дождей, или переполнение полей фильтрации сточными

водами в производственный сезон могут с легкостью размыть обваловку полей фильтрации и неконтролируемо поступать в реку Битюг. Также, поля фильтрации конструировались в первой половине 20 века, когда требования природоохранного законодательства не учитывались и тяжело определить насколько хорошо выполнена гидроизоляция от поверхностных вод.

Рисунок 20 - Расположение полей фильтрации Садовского сахарного завода

Аннинский спиртзавод (ООО «ЛЮКС») имеет разрешение на сброс производственных (теплообменных) сточных вод в реку Анна и далее в реку Битюг. Данные воды, как и в другом рассмотренном нами спиртзаводе служат для охлаждения агрегатов и не соприкасаются с продуктом производства. Основное их загрязнение - это тепловое.

Но у предприятия также есть поля фильтрации, которые являются причиной жалоб местного населения (рисунок 21).

Хочется отметить, что поля фильтрации спроектированы в верхней части балки, находящейся южнее п.г.т. Анна и имеют дренажную систему отвода вод в реку Анна. Проблема в том, что во время снеготаянии или обильных

атмосферных осадков поля фильтрации переполняются, и происходит сброс «зловонной жижи» в балку и далее в р. Анна с последующим попаданием в реку Битюг. Проблема является до сих пор актуальной и становилась причиной вынесения штрафов в области нарушения эксплуатации гидротехнических сооружений должностным лицам и собственникам ООО «ЛЮКС».

Рисунок 21 - Схема расположения полей фильтрации Аннинского спиртзавода

Также на экологическую обстановку водоема оказывает влияние сброс сточных вод с очистных сооружений Аннинского муниципального унитарного предприятия «Водоканал».

Из растворенных форм тяжелых металлов выше предельно допустимых концентраций находились растворенные формы меди, которые изменялись

-5 "5

на протяжении реки от 0,0013 мг/дм (1,3 ПДК) до 0,0015 мг/дм (1,5 ПДК) и

"5

марганец у села Щучье в Эртильском районе - 0,011 мг/дм3 (1,1 ПДК).

Также незначительно выше предельно допустимых концентраций во всех исследуемых створах находились такие показатели, как БПК5 (2,10

3 3 3

мгО2/дм -2,29 мгО2/дм ) и фосфат-ион у села Щучье (0,62 мг/дм ).

Так как река является средней по размеру, то ее ассимилирующая способность, связанная с расходом воды выше малых рек подвергшихся исследованию. И в ходе наблюдений нами не отмечено значительных превышений тех показателей, которые являются индикаторами антропогенного загрязнения (рисунок 22). Необходимо и дальше вести наблюдения за антропогенным состоянием реки увеличив количество створов наблюдения в районных центрах Анна и Бобров, тем самым уменьшить расстояние от предполагаемых источников антропогенного загрязнения до пунктов контроля.

0.8 0.7

гы

0.6 0.5

со

10.4 §

О"

0.3 0.2 0.1 0

Битюг Курлак Чигла Елань Токай Савала Карачан

Рисунок 22 - Концентрации основных гидрохимических показателей -индикаторов антропогенного загрязнения в устьевых створах рек Битюго-Хоперского гидрологического района

Битюг Курлак Чигла Елань Токай Савала Карачан

Средние по размеру реки Савала и ее приток Елань стали следующим объектом нашего исследования на территории Битюго-Хоперского гидрологического района. Как и Битюг, река Савала стала показателем нерационального природопользования и преступной халатности должностных лиц, пользующихся несовершенствами Российского законодательства и бюрократической системы.

Систематические сбросы, предположительно ОАО сахарный завод «Жердевский», который находится в Тамбовской области, приводили к заморным явлениям в реке и гибели рыбы. Последний случай отмечен в ноябре 2013 года в Терновском районе, менее чем в десяти километрах ниже по точению от завода. Предположительно, сточные воды, которые использовались для промывки технологического оборудования перед производственным сезоном, были сброшены в реку Савала.

Растворенный кислород в реке Савала в Терновском районе на момент рейдовой проверки Федеральной службы Росприроднадзор был менее 2

-5

мг/дм . Выявлена массовая гибель рыб.

Несогласованность в действиях территориальных служб Росприроднадзора не позволяет оперативно находить виновных и на момент согласования проверки, нарушений или фактов сброса сточных вод не выявлено.

Все внеплановые проверки федеральной службы Росприроднадзор, которые инициируются по жалобам населения, должны быть согласованы с региональной природоохранной прокуратурой. Инспекторы в соответствии с законодательством Российской Федерации, не имеют права без приказа о проверке находиться на территории предприятия - предполагаемого нарушителя законодательства в области экологии. И зачастую между регистрацией заявления о нарушении природоохранного законодательства и проверкой предприятия - предполагаемого нарушителя проходит период времени от недели и до месяца, если этот нарушитель находится в другой

области и осуществляет трансграничное загрязнение между субъектами Российской Федерации.

Также в нижнем течении реки в с. Красное находится предприятие повышенного уровня экологической опасности - ООО «Этанол-спирт», которое занимается производством спирта и спиртосодержащих жидкостей. Производственные сточные воды, образующиеся в результате технологической деятельности и сбраживания сахаров, подаются на поля фильтрации (рисунок 23).

Рисунок 23 - Расположение полей фильтрации завода ООО «Этанол-Спирт»

Производственная вода, участвующая в охлаждении оборудования без соприкосновения с самим продуктом производства забирается из реки Савала и сбрасывается с повышенной температурой обратно, незначительно изменяя свои гидрохимические показатели.

Большее вторичное загрязнение возникает от выбросов в атмосферу предприятия - неприятный запах, связанный со спецификой производства во

влажную погоду может разноситься на многие километры в округе. Седиментация аэрозолей из воздуха на водосборную площадь также приводит к загрязнению веществами, неспецифичными для данной экосистемы.

В связи с этим, в некогда одной из самых чистых и живописных рек Воронежской области в данный момент отмечаются превышения не только по гидрохимическим показателям, которые в большей мере связаны с геологическими особенностями местности, по которой они протекают, но и с антропогенными факторами.

При анализе предприятий влияющих на экологическое состояние реки Елань организованного поступления сточных вод в водный объект не отмечено. Очистные сооружения г. Новохоперск ООО «Теплосеть-Плюс» сбрасывают сточные воды в небольших объемах на поля фильтрации, которые находятся на территории полигона ТКО.

В непосредственной близости об водоохраной зоны расположился ОАО «Елань-Коленовский сахарный завод», поля фильтрации которого являются объектом повышенной экологической опасности (рисунок 24).

Рисунок 24 - Расположение полей фильтрации завода Елань-Коленовского сахарного завода

В связи с повышенной антропогенной деятельностью в нижнем течении реки Савала и Елань отмечено резкое увеличение фосфат-ионов с

3 3 3

0,27 мг/дм до 0,72 мг/дм и с 0,54 до 0,65 мг/дм соответственно.

В нижнем течении рек Савала и Елань у села Пыховка из-за аномального медно-никелевого месторождения отмечены превышения по всем растворенным формам исследуемых металлов, некоторые из которых превышали предельно-допустимые концентрации для водоемов рыбохозяйственного значения более чем в два раза (рисунок 25).

Так концентрации растворенных форм меди в нижнем течении составили 0,0023-0,0024 мг/дм3 (2,3-2,4 ПДК), цинка - 0,014 мг/дм3 (1,4 ПДК), никеля - 0,015-0,016 мг/дм3 (3,8-4,0 ПДК), марганца - 0,012 мг/дм3 (1,2 ПДК), железа - 0,10-0,11 мг/дм3 (1,0-1,1 ПДК).

о §

<\3 §

О"

0.018 0.017 0.016 0.015 0.014 0.013 0.012 0.011 0.01 0.009 0.008 0.007 0.006 0.005 0.004 0.003 0.002 0.001 0

0.016

0.014

0.015

0.014

Савала, среднее Савала, устье течение

Елань, исток

Елань, устье

медь цинк никель марганец

Рисунок 25- Концентрации некоторых тяжелых металлов в реке Савала и ее притоках

Как говорилось в начале главы, повышенное содержание никеля оказывает негативное влияние на эндотелий сосудов, в особенности на сосуды мозга и надпочечников, где возникают множественные кровоизлияния [30].

При рассмотрении малых рек Битюго-Хоперского гидрологического района выявлены водные объекты различного экологического состояния.

Минимальное антропогенное влияние на водный объект и ее водосборную площадь за период наблюдений отмечено в реке Токай. Так река является равнинной с преимущественно луговой растительностью на водосборе.

Река находится на значительном расстоянии от административных центров и крупных населенных пунктов. На водосборе и в ее пойме нет животноводческих предприятий.

Малая река Курлак левый приток Битюга значительно изменила свой водный режим, так как на всем ее водосборе сооружено значительное количество прудов-балок, которые используются для орошения и рыбоводства.

Основные виды деятельности населения это животноводство и растениеводство. Фермы по разведению крупного рогатого скота находятся в с. Моховое и Хлебородное (рисунок 26).

Рисунок 26 - Расположение площадок складирования перепревшего навоза в с. Хлебородное

На рисунке 32 представлены площадки складирования навоза с коровников в с. Хлебородное Аннинского района. Как видно со спутникового снимка, навоз складируется навалом в 200 м от реки Курлак на ее левом берегу. Площадки без твердого покрытия и без дренажных систем отвода атмосферных осадков.

По некоторым данным перепревший навоз имеет в своем составе до 3,8% азотистых соединений и до 1% фосфатных (Д. Вилсон, 1985). Если перевести в миллиграммы, то получим до 38000 миллиграмм азотистых соединений и 1000 миллиграмм фосфатных на килограмм навоза.

Данный факт может объяснить достаточно высокое содержание продуктов распада навоза в реке Курлак.

-5

Содержания нитрат-иона и фосфат-иона составили 3,18 мг/дм и 0,61

-5

мг/дм (1,0 ПДК) соответственно.

Количество легкоокисляющихся органических веществ по БПК5- 2,30

-5

мг/дм или 1,1 ПДК.

-5

Растворенные формы меди (0,0011 мг/дм или 1,1 ПДК были выше ПДК за весь период наблюдений.

Полученные результаты гидрохимических показателей являются тревожным знаком, так как основные антропогенные показатели -загрязнители сточных вод находятся на уровне ПДК или выше. Превышение данных показателей в малой реке может свидетельствовать о смещении экологического равновесия в водоеме и скором его исчезновении.

Для сохранения экологического равновесия в водных экосистемах, особенно малых рек, необходимо безукоснительно соблюдать природоохранное законодательство.

Реку Карачан можно было бы отнести к водным объектам Битюго-Хоперского гидрологического района с благоприятной экологической ситуацией: нижнее течение находится в буферной зоне Хоперского государственного природного заповедника, по нашим наблюдениям на берегах нет предприятий, прямо влияющих на экологическую ситуацию

водоема. В связи с этим в воде не отмечено превышений предельно допустимых концентраций веществ, которые могут быть связаны с антропогенным загрязнением.

Среднегодовые значения в устьевом створе реки нитратов находятся

-5

на уровне 3,39 мг/дм . Данная концентрация нитратов была выше, чем в других исследуемых водотоках Битюго-Хоперского гидрологического района. Данное связано с аварией произошедшей на территории Терновского района летом 2015 года. Тогда в июне месяце произошла разгерметизация перекачивающей станции аммиакотрубопровода Тольятти-Одесса, принадлежащей компании ПАО «Трансаммиак». Тогда по данным Росприроднадзора в экосистему попало 559 кг аммиака, который привел к загрязнению почвы и атмосферного воздуха. Последующие осадки привели к попаданию в реку Сухой Карачан аммиака (аммоний-иона), который повлек массовую гибель рыбы. Как говорилось выше, аммиак - неустойчивое токсическое соединение, которое в воде при достаточном количестве кислорода окисляется до нитрит-иона и далее до нитратов. Считаем, что данная авария привела к смешению азотного баланса степной реки и значительно ускорило в ней процессы эвтрофикации.

Превышения предельно допустимых концентраций за период

2 3

наблюдения отмечены по таким показателям как БПК5 (2,26 мгО2/дм3 (1,0

Л Л Л

ПДК) - 2,26 мгО /дм (1,0 ПДК)), растворенные формы меди (0,0014 мг/дм (1,4 ПДК)-0,0015 мг/дм3 (1,5ПДК) и марганца (0,011 мг/дм3 (1,1ПДК)-0,012 мг/дм3 (1,2ПДК)).

Особенность реки - быстрое течение. Из-за этого взвешенные вещества в реке были выше, чем в ранее рассматриваемых водотоках Битюго-Хоперского гидрологического района.

Наиболее неблагоприятная экологическая ситуация в Битюго-Хоперском гидрологическом районе сложилась в малой реке Чигла. Река протекает по территории Таловского района в том числе по Каменной степи, которая является одним из наиболее влагодефицитных районов Воронежской

области. Также в начале 20 века на реке начали возводить плотины, чтобы во время засушливого сезона обеспечивать население и посевы водой. Основным очагом экологической напряженности на реке является р.п. Таловая.

Рабочий поселок Таловая находится на реке Сухая Чигла - правом притоке реки Чигла. Число жителей более 10000 человек. Основные загрязнители реки это очистные сооружения МУП «Вымпел», принимающие стоки от населения рабочего поселка и предприятия железнодорожной отрасли ОАО «РЖД». Также, на территории бывшего маслосыродельного завода происходит прием молока от крестьянско-фермерских хозяйств. По заверению собственников все отходы от промывки цистерн молоковозов утилизируются в централизованных системах водоотведения и не попадают в реку.

Данные предприятия могут быть виновниками заморных явлений в реке в 2009 и 2016 г. (рисунок 27).

Рисунок 27 - Гибель рыбы в реке Сухая Чигла 26 сентября 2016 г.

Даже в устьевом створе намного ниже р.п. Таловая отмечены превышения по показателям-индикаторам антропогенного загрязнения.

Содержания аммоний-иона, нитрит-иона, нитрат-иона и фосфат-иона составили 0,55 мг/дм3(1,1 ПДК), 0,083 мг/дм3(1,0 ПДК), 2,19 мг/дм3 и 0,62

-5

мг/дм (1,0 ПДК) соответственно.

-5

Нефтепродукты в воде были на уровне 0,052 мг/дм или 1,0 ПДК. Количество легкоокисляющихся органических веществ по БПК5- 2,64

-5

мг/дм или 1,3 ПДК.

-5

Растворенные формы тяжелых металлов, таких как медь (0,0015 мг/дм

Л Л

или 1,5 ПДК), марганец (0,010 мг/дм или 1,0 ПДК), железо (0,010 мг/дм или 1,0 ПДК) были выше ПДК или на уровне.

Кислородный режим реки в 2016 году был неудовлетворительным. За многолетние наблюдения он также был выше на 10% от минимального порога, при котором он может приводить к заморным явлениям.

5.2.3 Экологическое состояние поверхностных вод рек Калачской возвышенности на территории Воронежской области

Для определения экологического состояния рек Калачской возвышенности нами были определены следующие водные объекты: реки Осередь и Толучеевка, как притоки первого порядка реки Дон и их притоки Данило, Гаврило, Криуша Манино.

На реке Осередь находится два крупных районных центра- город Бутурлиновка и город Павловск с населением более 24000 человек в каждом.

В Бутурлиновке расположены крупные предприятия: по переработке мяса - Бутурлиновский мясокомбинат; по производству ликеро-водочной продукции - Бутурлиновский ликеро-водочный завод; по хранению и реализации зерновых - Бутурлиновский мелькомбинат; по производству

хлебо-булочных изделий - Бутурлиновский хлебзавод; по производству растительных масел - ЗРМ Бутурлиновский.

Данные предприятия не осуществляют прямой сброс своих сточных вод в реку Осередь, а отводят их через систему централизованного водоотведения на поля фильтрации Водоканала г. Бутурлиновка, которые находятся юго-западнее города, на расстоянии около 1400 м по левому берегу реки Осередь (рисунок 34). Также на данные поля отводятся сточные воды населения города. Отсутствие сооружений биологической очистки не позволяет добиться высокой степени очистки воды. Часть сточных вод, поступающих на поля фильтрации испаряется, а часть, проходя через фильтрационные слои почвы, попадает в поверхностные грунтовые воды и далее в реку Осередь.

Также свои поля фильтрации имеет Бутурлиновский мясокомбинат, куда отводятся производственные стоки с убойного и мясоперерабатывающего цеха и завод по производству растительных масел Бутурлиновский. Данные предприятия с полями фильтрации находятся в черте города не далее чем в 300 м от реки Осередь. Близость к городу и специфика производства, в которой образуются сточные воды с неприятным запахом, сделали поля фильтрации причиной жалоб населения в органы исполнительной власти. Также по неподтвержденным источникам, в половодье, когда уровень воды высок и происходят процессы интенсивного снеготаяния, с данных полей фильтрации происходит перелив сточных вод в реку Осередь.

Ниже по течению, в районе п. Зеленый Гай сформирован рыбхоз по

Л

разведению рыбы с прудами общей площадью более 2 400 000 м2 (рисунок 28).

Как и в р. Богучарка, данное гидротехническое сооружение сильно изменило водный режим малой реки Воронежской области. И без того малая река на протяжении, десяти километров ниже по течению до села Пузево

заросла камышом и не имеет видимого водотока. А в 18 веке по реке сплавляли древесину Шипового леса для постройки кораблей флота Петра I.

Ниже по течению расположились села Воронцовка с предприятиями по выращиванию крупного рогатого скота и село Княжево.