Комплексная оценка загрязнения стока реки Невы и ее притоков биогенными веществами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.36, кандидат географических наук Торопова, Наталья Михайловна

• Торопова, Наталья Михайловна
• кандидат географических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат географических наук Торопова, Наталья Михайловна

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОБЩАЯ ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ И ХОЗЯЙСТВЕННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Физико-географическая характеристика района исследования.

1.1.1. Рельеф и геологическое строение.

1.1.2. Почвенный и растительный покров.

1.1.3. Климатические условия.

1.1.4. Характеристика гидрографической сети региона.

1.2. Хозяйственная освоенность района исследования и влияние антропогенной деятельности в районе на биогенное загрязнение рек.

1.2.1. Промышленность.

1.2.2. Коммунальное хозяйство.

1.2.3. Поверхностный сток с территории.

1.2.4. Агропромышленный комплекс.

2. ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1. Гидрологическая характеристика исследуемых водных объектов.

2.2. Анализ изученности гидрохимического режима малых рек.

2.3. Характеристика исследуемых гидрохимических показателей и их роль в водных экосистемах.

2.3.1. Водородный показатель рН, растворенный кислород, биохимическое потребление кислорода.

2.3.2. Различные формы азота.

2.3.3. Различные формы фосфора.

3. АНАЛИЗ ИЗУЧЕННОСТИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ Р. НЕВЫ И ЕЕ ПРИТОКОВ БИОГЕННЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ).

4. ОЦЕНКА И НОРМИРОВАНИЕ КАЧЕСТВА ВОД.

4.1. Методы статистической обработки информации.

4.1.1. Числовые характеристики рядов наблюдений и классификация данных.

4.1.2. Законы распределения.

4.1.3. Статистическая проверка гипотез и оценка однородности информации.

4.2. Оценка качества поверхностных вод.

5. АНАЛИЗ ИЗМЕНЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИЙ БИОГЕННЫХ ВЕЩЕСТВ В Р. НЕВЕ И ЕЕ ПРИТОКАХ ВО ВРЕМЕНИ.

5.1. Исследование взаимосвязи показателей биогенного загрязнения рек.

5.2. Анализ степени загрязнения р. Невы и ее притоков и динамики изменения концентраций биогенных веществ во времени.

5.2.1. Изменение среднегодовых значений рН, БПК5 и концентраций растворенного кислорода.

5.2.2. Изменение среднегодовых концентраций различных форм азота.

5.2.3. Изменение среднегодовых концентраций различных форм фосфора.

6. АНАЛИЗ ИЗМЕНЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИЙ И СТОКА БИОГЕННЫХ ВЕЩЕСТВ ПО ДЛИНЕ РЕКИ НЕВЫ.

6.1. Изменение средних концентраций биогенных веществ по длине р. Невы и в ее притоках.

6.2. Оценка экстремальных уровней загрязнения рек биогенными веществами.

6.2.1. Оценка уровней загрязнения рек по исходным рядам наблюдений.

6.2.2. Оценка концентраций биогенных веществ при исключении выбросов.

6.2.3. Оценка экстремальных значений выбросов биогенных веществ.

6.3. Вынос биогенных веществ со стоком р. Невы.

6.3.1. Анализ стока воды в р. Неве. 6.3.2. Анализ баланса биогенных веществ по длине р. Невы и ее притоков.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Комплексная оценка загрязнения стока реки Невы и ее притоков биогенными веществами»

В настоящее время проблема загрязнения и истощения водных ресурсов является одной из наиболее важных глобальных проблем в мире, поскольку гидросфера является естественным аккумулятором большинства загрязняющих веществ. Сегодня можно смело утверждать, что проблема обеспечения чистой водой касается каждого жителя нашей планеты. По данным ООН, не менее 100 стран мира сталкиваются с нехваткой пресной воды, а 31 государство стоит перед угрозой серьезного водного кризиса. Нашей стране водный голод, к счастью, пока не грозит, но вопросы качества питьевой воды стоят очень остро. В реки, озера, подземные источники за год попадают сотни тысяч тонн нефтепродуктов, нитратов, фосфора, металлов и других веществ. В целом по России до 20% проб воды не отвечают требованиям стандарта (Фрумин, 1998).

В течение довольно длительного времени изучение ресурсов поверхностных вод проводилось без должного учета их качества. Между тем, данные о химическом составе воды позволяют решать вопросы происхождения водных масс, стекающих по русловой сети, выявлять их взаимодействие с окружающей средой, решать вопросы управления качеством водной среды.

Одним из самых уязвимых компонентов водной среды являются пресноводные экосистемы. В настоящее время качество воды на большинстве речных и озерных водосборов формируется под совместным влиянием природных и антропогенных факторов.

Одной из причин интенсивного снижения качества воды природных объектов является рост антропогенного влияния и урбанизация. С каждым годом уровень урбанизации становится все выше, увеличивается население городов и занимаемая ими территория, вода все более широко используется в промышленности, сельском хозяйстве и быту. С ростом городов, развитием промышленности, активизацией сельского хозяйства давление человека на водные объекты все более усиливается.

Промышленные, хозяйственно-бытовые, сельскохозяйственные и другие сточные воды, сбрасываемые в водные объекты, вызывают в той или иной степени выраженные антропогенные изменения качества воды, нарушая тем самым экологическое равновесие. В местах поступления сточных вод образуются зоны загрязнения, где вследствие высоких концентраций загрязняющих веществ ограничивается или полностью прекращается водопользование и происходит деградация экосистем.

При решении вопросов качества природных вод необходимо особенно внимательно относится к изучению состояния малых рек. Малые реки формируют общие водные ресурсы, водный и гидрохимический режимы средних и крупных рек, определяют их экологическую специфику. Одна из особенностей малых рек - тесная связь формирования стока с ландшафтом бассейна, что создает необычайную уязвимость малых рек при хозяйственном освоении водосбора. Последние 40-50 лет наблюдается наиболее интенсивное вмешательство в жизнь малых рек, связанное с периодом активного техногенного развития в стране. Это приводит к резкому изменению естественного режима малых рек, к нарушению водного и химического баланса, а в некоторых случаях - к полному уничтожению малых рек.

В последние десятилетия одной из наиболее актуальных проблем при изучении качественных характеристик состояния водных ресурсов становится биогенное загрязнение водных объектов и их эвтрофирование. Биогенные вещества являются жизненно важными компонентами химического состава поверхностных вод, и их недостаток лимитирует (ограничивает) развитие водных организмов. В большей части водных систем такими лимитирующими элементами являются фосфор и, в меньшей степени, азот.

Однако, не только недостаток, но и повышенное содержание биогенов в воде препятствует развитию высших водных организмов. При увеличении содержания биогенов в воде повышается продуктивность водных экосистем, происходит снижение качества воды, а после достижения некоторых критических значений, начинается зарастание водного объекта. При этом снижаются возможности его использования живыми организмами и человеком, падают его эстетическая и хозяйственная ценность.

Целью настоящих исследований является комплексная оценка загрязнения стока р. Невы и ее притоков биогенными веществами, а также оценка объема биогенных веществ, поступающих по реке Нева в Невскую губу.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:

1. Оценка степени загрязнения р. Невы и ее притоков биогенными веществами.

2. Анализ динамики изменения степени загрязнения р. Невы и ее притоков биогенными веществами во времени.

3. Анализ баланса биогенных веществ по длине реки Нева и на ее притоках.

4. Оценка объема стока биогенных веществ по длине р. Невы.

5. Уточнение стока биогенных веществ за счет выделения экстремальных выбросов, связанных с аварийными ситуациями естественного и антропогенного происхождения.

Актуальность работы определяется необходимостью изучения гидрохимического режима речных вод в условиях перехода от естественного состояния речных водосборов к измененному в результате многокомпонентного антропогенного воздействия.

В качестве объектов исследования в работе выбраны р. Нева и ее притоки:

- пост в истоке реки Нева - р. Нева, г. Кировск (фоновый и контрольный створы);

- пост р. Нева г. Санкт-Петербург (шесть створов по длине реки от истока до устья);

- створы в рукавах дельты Невы (Большая Невка, Малая Нева, Малая Невка);

- четыре створа в устьях областных притоков (Мга, Тосна, Ижора, Славянка);

- семь створов в устьях городских притоков и каналов (реки Карповка, Черная речка, Фонтанка, Мойка, Ждановка, Обводный канал и Охта).

Река Нева и притоки не случайно выбраны в качестве объектов исследования. В дельте реки Невы, в месте ее впадения в Невскую губу Финского залива расположен крупный промышленный, транспортный узел - город Санкт-Петербург. Кроме этого, по своему течению река Нева принимает многочисленные притоки, протекающие по территории хозяйственно освоенной Ленинградской области.

Изобилие в регионе водных ресурсов высокого качества способствовало их нерачительному использованию на протяжении длительного периода. Вода природных объектов использовалась (и используется сегодня) в целях питьевого, коммунально-бытового и промышленного водоснабжения. Водная система «Ладожское озеро - Нева - Финский залив» служит важным транспортным путем для судов типа «река-море». Меньшие водотоки используются для внутреннего речного и маломерного флота. Большинство водных объектов имеет рыбохозяйственное значение, по крайней мере в местном масштабе. Велика рекреационная роль как крупных, так и малых водотоков региона. И, наконец, водные экосистемы принимают и в большой степени утилизируют бытовые и промышленные стоки города и области.

Таким образом, в настоящее время река Нева и притоки испытывают на себе существенную антропогенную нагрузку, интенсивность которой не имеет тенденции к снижению.

В связи с указанным выше значительный интерес представляет оценка состояния и изменений загрязнения р. Невы во времени, а также баланс и объем стока биогенных веществ по длине р. Невы в Невскую губу Финского залива.

Исходными материалами для исследования являются многолетние данные стационарных наблюдений за гидрохимическим режимом водных объектов, выполняемых Северо - Западным УГМС за период с 1970 по 2003 годы.

В качестве методов исследований используется широкий спектр статистических средств обработки информации и установления связей между гидрохимическими показателями. Проводится сопряженный анализ гидрохимического и водного режимов речных вод, используются балансовые методы анализа. Оценка качества воды выполняется по стандартным нормативным критериям качества воды (ПДК).

Достоверность содержащихся в диссертации оценок и результатов обеспечивается использованием в качестве информационной базы материалов государственной системы наблюдений за состоянием поверхностных вод, применением стандартных методов математико-статистической обработки данных наблюдений, использованием нормативных величин предельного содержания химических веществ в воде, установленных для основных видов водопользования на территории России.

Список литературы диссертационного исследования кандидат географических наук Торопова, Наталья Михайловна, 2006 год

1. Алекин О.А. Основы гидрохимии. Отв. Ред. С В Бруевич. Л.: Гидрометеорологическое издательство, 1970.-444 с.

2. Алекии О.А. Эвтрофирование озер Водные ресурсы, 1979, 4, с.25-28.

3. Антонова В.И., Танюхина О.Н., Кудина Л.Н., Дубовская Л.В., Григорьева И.Г., Салмина З.А. Оценка экологического состояния водных объектов по «Критериям...» для выявления зон чрезвычайной экологической ситуации и зон экологического бедствия// Критерии экологической безопасности. Материалы научнопрактической конференции 25-27 мая 1994 г. СПб.: Санкт-Петербургский научный центр РАН, 1994. с. 78-79.

4. Анцулевич А.Е., Флоринская Т.М. Экологические проблемы в Ленинградской области и пути их решения. Под ред. Проф. Чистобаева А.И. СПб.: Санкт-Петербург НЦ РАН, 1996. -112 с.

5. Вайновский П.А., Малинин В.Н. Методы обработки и анализа океанологической информации. Многомерный анализ. СПб.: Изд-во РГГМИ, 1992. 96с.

6. Владимиров A.M., Орлов В.Г., Сакович В.М.. Экологические аспекты использования и охраны водных ресурсов СПб: Изд. РГГМИ, 1997. 125 с.

7. Водные объекты Санкт-Петербурга/ под ред. д.ф.-м.н. А. Кондратьева и д.х.н. Г.Т.Фрумина. СПб., 2002.-348 с.

8. Вопросы прикладной экологии. Сборник научных трудов. СПб.: изд. РГГМУ, 2002. 111 с.

9. Воробейчик Е.Л., Садыков О.Ф., Фараонов М.Г. Экологическое нормирование техногенных загрязнений наземных экосистем (локальный уровень). Екатеринбург.: УИФ «Наука»., 1994.

10. Вуглинский B.C., Скакальский Б.Г., Гронская Т.П. Кадастр водных объектов Санкт-Петербурга: концепция и результаты 1-го этапа составления. Тезисы доклада на Всероссийской научной конференции 16-18 ноября 1999г. СПб.: изд. РГГМУ, 1999.-С.13-15. И. Гидрология устьевой области Невы./Под ред. С. Байдина. М.: 1965. 380 с.

11. Гладкий Ю.Н., Доброскок В.А., Семенов С П Экономическая география 134

12. Джонсон. Н., Лион Ф., Статистика и планирование эксперимента в технике и науке. -М.: Мир, 1980.-510 с.

13. Дмитриев В.В. Эколого-географическая оценка состояния внутренних водоемов. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора географических наук. СПб.: 2000. 52 с.

14. Дмитриев В.В. Диагностика и моделирование водных экосистем. СПб.: Изд. СПбГУ, 1995.

15. Дмитриев В.В., Огурцов А.Н., Третьяков В.Ю, Васильев В.А. Многокритериальная оценка экологического состояния и устойчивости геосистем на основе метода сводных показателей.// Вестник СПбГУ. Сер.7, 1999, вып.1 7).

16. Дмитриев В.В., Фрумин Г.Т. Экологическое нормирование и устойчивость природных систем.- СПб., 2004. 294 с.

17. Ежегодные данные о качестве поверхностных вод суши. Том 1(29), ВЫН.2*, 5, 7, 23*.- Л., 1969 1998 гг.

18. Ежегодник качества поверхностных вод суши по гидрохимическим показателям на территории Ленинградской области за 1995 2003 годы. СанктПетербург, 1996 2004 гг.

19. Зенин А.А., Белоусова Н.В. Гидрохимический словарь. Л.: Гидрометеоиздат, 1988.-238 с.

20. Знаменский В.А. Экологическая безопасность водной системы СанктПетербурга. СПб.: НИИ Химии СПбГУ, 2000. 120 с.

21. Иванова М.Б. Общие принципы и критерии оценки экологического состояния пресноводных экосистем// Критерии экологической безопасности. Материалы научно-практической конференции 25-27 мая 1994 г. СПб.: СанктПетербургский научный центр РАП, 1994. с. 86-87.

22. Интегрированное управление водными ресурсами Санкт-Петербурга и Ленинградской области опыт создания системы поддержки принятия решений. СПб.: Вогеу Print, 2001. 419 с.

23. Кондратьев К.Я., Бобылев Л.П., Григорьев А.А., Донченко В.К., Покровский О.М. Региональный экологический мониторинг и экологическая безопас135

24. Кондратьев А., Фрумин Г.Т., Сорокин И.Н., Тройская Т.П. Современное состояние водоемов Санкт-Петербурга.// Материалы симпозиума «Стратегия экологической безопасности Санкт-Петербурга с использованием опыта Пидерландов». 9-12 сентября, 1997 г.

25. Корте Ф., Бахадир М., Клайн В., Лай Я.П., Парлар Г., Шойнерт И. Экологическая химия: Пер. с нем./Под ред. Ф.Корте. М.: Мир, 1997. 396 с.

26. Максимова М.П. Критерии антропогенного эвтрофирования речного стока и расчет антропогенной составляющей биогенного стока рек.// Водные ресурсы, 1979, 1,с.62-67.

27. Материалы к отчету по водному кадастру малых рек Санкт-Петербурга лаборатории Государственного гидрологического института (рукопись), 1995-1997 гг.

28. Методические указания по расчету платы за неорганизованный сброс загрязняющих веществ в водные объекты. Утв. Председателем Государственного комитета Российской Федерации по охране окружающей среды В.И. ДаниловДанильян 29.12.98 г.

29. Нежиховский Р.А. Русловая сеть бассейна и процесс формирования стока воды. Л., Гидрометеоиздат, 1971. 476 с.

30. Орлов В.Г. и др. Контроль качества поверхностных вод. Л.: Изд. ЛПИ, 1988.-140 с.

31. Осипов ГГ.К. Комплексная оценка и управлепие потоками биогенных веществ в природно-аграрных систем (в связи с антропогенным эвтрофированием). Диссертация на соискание ученой степени доктора географических наук. СанктПетербург, 1994.

32. Основные направления деятельности администрации Санкт-Петербурга по оздоровлению экологической обстановки на 1996-2005 годы. Утв. постановлением Правительства Санкт-Петербурга «Об экологических проблемах СПб и о мерах, принимаемых для улучшения экологической обстановки в городе» от 10.08.95 г. №43. 136

33. Охрана окружающей среды, природопользование и обеснечение экологической безопасности в Санкт-Петербурге в 2001 году./ Под ред. Д.А. Голубева, Н.Д. Сорокина. СПб.: Комитет по природопользованию, охране окружающей среды и обеспечению экологической безопасности, 2002.

34. Очистка воды: технологии XXI века.//Рго-движение. Кондиционирование, вентиляция, отопление и водоснабжение. СПб.: ЗАО "Изд. Норма", март 2002 г.

36. Ревелль П., Ревелль Ч. Среда нащего обитания: В 4-х книгах. Кн.

37. Загрязнение воды и воздуха: Пер с англ. М.: Мир, 1995. 296 с.

38. Ресурсы поверхностных вод СССР. Гидрологическая изученность, т. 1-22. Л.: Гидрометеоиздат, 1961-65.

39. Ресурсы поверхностных вод СССР. Основные гидрологические характеристики. Л.: Гидрометеоиздат, 1961-78. 41. РД. Методические указания. Метод комплексной оценки степени загрязненности поверхностных вод по гидрохимическим показателям. РД 52.24.643-2002.

40. Руководство по химическому анализу поверхностных вод сущи /Под ред. А.Д.Семенова. Л.: Гидрометеоиздат, 1977. 541 с.

41. Румянцев В.А., Драбкова В.Г., Кондратьев А. Опыт изучепия водной системы «Ладожское озеро р.Пева Певская губа Восточная часть Финского залива» и особенности формирования ее экосистемы.// Материалы симпозиума «Стратегия экологической безопаспости Санкт-Петербурга с использованием опыта Нидерландов». 9-12 сентября, 1997 г.

42. Сергиенко Л.А. Растительные сообщества эстуария реки Луги под воздействием антропогенной нагрузки// Критерии экологической безонасности. Материалы научно-практической конференции 25-27 мая 1994 г. СПб.: Санкт137

43. Состояние Северо-Занадного и Северного регионов России /под ред. А.К. Фролова. СПб.: Наука, 1996. 370 с.

44. Торонова Н.М. Вонросы обращения с навозом и нометом в сельскохозяйственных предприятиях Ленинградской области// Охрана окружающей среды и «органическое» сельское хозяйство. Сборник докладов научно-производственного экологического семинара. Под ред. В.Н. Афанасьева. СПб.: СЗНИИМЭСХ, 2005.с.14-19.

45. Торопова Н.М. Вопросы обращения с навозом и пометом в сельскохозяйственных предприятиях Ленинградской области// Экология и сельскохозяйственная техника. Т.З. Экологические аспекты производства продукции животноводства и электротехнологий: Материалы 4-й научно-практической конференции. СПб.: СЗНИИМЭСХ, 2005.- с.24-30

46. Устойчивое развитие и Местная повестка дня на 21 век. Избранные документы и материалы/С.Г.Инге-Вечтомов, Т.М. Флоринская, В.В, Худолей, Г.Л. Егорова. СПб.: 2000.-252 с.

47. Фелленберг Г. Загрязнение природной среды. Введение

48. Фрумин Г.Т., Баркан Л.В. Новый метод комплексной оценки загрязненности поверхностных вод.// Критерии экологической безопасности. Материалы научно-практической конференции 25-27 мая 1994г. СПб, Санкт-Петербургский научный центр РАН, 1994. -218с.

49. Фрумин Г.Т. Оценка состояния водных объектов и экологическое нормирование. С Петербург, 1998.

50. Фрумин Г.Т. Экологическая химия и экологическая токсикология. СПб.: изд. РГГМУ, 2000. 198 с.

51. Хендерсон-Селлерс Б., Маркленд Х.Р. Умирающие озера. Причины и контроль антропогенного эвтрофирования. Пер. с англ.- Л.: Гидрометеоиздат, 1990. -279 с.

52. Шелутко В.А. Оценка экстремальных уровней загрязнения речной сети урбанизированных территорий Вопросы прикладной экологии. Сборник научных трудов. СПб.: изд. РГГМУ, 2002. с. 15-23. 138

53. Шелутко В.А., Васильев В.А., Гутниченко В.Г. Экологические проблемы больших городов и промышленных зон. Тезисы доклада на Всероссийской научной конференнии 16-18 ноября 1999 г. СПб.: изд. РГГМУ, 1999. с. 70.

54. Шелутко В.А., Дмитриев В.В. Геоэкологические проблемы, мониторинг и оценка качества среды больших городов и промышленных зон. Геоэкологический мониторинг: теория и практика. Сбрник научных статей по материалам научно-практической конференции 2002 г. Под ред. д.г.н. В.В. Дмитриева, к.г.н. Шилова. СПб.: АССПИН., 2003. с. 31-48.

55. Экологические и гидрометеорологические проблемы больших городов и промышленных зон. Материалы международной научной конференции 18-20 октября 2000 г. СПб.: изд. РГГМУ, 2000. 220 с.

56. Экологическая обстановка в Санкт-Петербурге и Ленинградской области (справочно-аналитический обзор).- Госкомитет по охране окружаюшей среды Санкт-Петербурга и Ленинградской области, 1997-2001 гг.

57. Экологическая обстановка в Санкт-Петербурге/ Под редакцией Д.А. Голубева, П.Д. Сорокина. Санкт-Петербург.: ФормаТ, 2004.-784 с илл.

58. Экологические проблемы Северо-Запада России и пути их решения. СПб., 1997-528 с.

59. Abstract of the First International Lake Ladoga Symposium, 1

60. Joensuu.: University of Joensuu, 1995.

61. Lehtoranta J., Pitkanen П. and Sandman O. Sediment accumulation of nutrients (N, P) in the eastern Gulf of Finland (Baltic Sea). Water, Air, and Soil Pollution 99, 1997.-pp.477-486.

62. Munn R.E. Environmental Impact Assessment In Developing Countries: Principles And Procedures. Toronto: Canada, Institute For Environmental Studies. Univ. of Toronto press, 1979. 112 p.

63. Pauli Haimi, R-S Wirkkala, K.Eloheimo Nitrogen and Phosphorus fluxes in the river Neva. Finnish Environment Institute. Final report. 1997. 31 p. 139