Статья: Гидрохимия речных вод Воронежской городской агломерации

Гидрохимия речных вод Воронежской городской агломерации

Т.И. Прожорина, С.А. Куролап, Н.В. Каверина

Воронежский государственный университет

АННОТАЦИЯ

качество вода воронеж речной бассейн

Цель исследования - оценка качества вод Донского речного бассейна в пределах Воронежской городской агломерации.

Методы и материалы. В статье приведены результаты химического анализа состояния трех водотоков, протекающих в пределах 40-км зоны воздействия крупного промышленно развитого города Воронеж, в условиях повышенной техногенной нагрузки и формирующих гидрографический каркас донской речной системы: реки Дон (главный водоток) и двух его левых притоков - Воронеж и Усмань. Химический анализ приоритетных загрязняющих веществ в пробах речных вод проводился с применением органолептического, титриметрического, потенциометрического, кондуктометрического и колориметрического методов анализа.

Результаты. Повышенная антропогенная и рекреационная нагрузка в пределах Воронежской городской агломерации оказывает негативное влияние на качество вод донского речного бассейна, которое можно оценить в виде следующих классов качества вод: река Дон - «грязная»; река Воронеж - «умеренно загрязненная»; река Усмань - «загрязненная».

Ключевые слова: разовая проба воды, химический анализ, органолептический анализ, класс качества воды, приоритетные загрязняющие вещества, антропогенное происхождение, рекреационная нагрузка, предельно-допустимая концентрация (ПДК), водоемы рыбохозяйственного назначения.

ABSTRACT

HydrochemistryofRiverWatersintheVoronezhUrbanAgglomeration

T.I. Prozhorina, S.A. Kurolap, N.V. Kaverina

VoronezhStateUniversity

ThepurposeofthestudyistoassessthewaterqualityoftheDonriverbasinwithintheVoronezhurbanagglomeration.

Methodsandmaterials.Thearticlepresentstheresultsof a chemicalanalysisofthestateofthreewatercoursesflowingwithin a 40-km zoneofinfluenceof a largeindustriallydevelopedcityofVoronezh, underconditionsofanincreasedtechnogenicloadandformingthehydrographicframeworkoftheDonriversystem: theDonRiver (themainwatercourse) anditstwolefttributaries - theVoronezhandUsman' Rivers. Chemicalanalysisofprioritypollutantsinriverwatersampleswascarriedoutusingorganoleptic, titrimetric, potentiometric, conductometricandcolorimetricmethodsofanalysis.

Results.TheincreasedanthropogenicandrecreationalloadwithintheVoronezhurbanagglomerationhas a negativeimpactonthewaterqualityoftheDonriverbasin, whichcanbeassessedintheformofthefollowingwaterqualityclasses: DonRiveris “dirty”; VoronezhRiveris “moderatelypolluted”; Usman' Riveris “polluted”.

Keywords:singlewatersample, chemicalanalysis, organolepticanalysis, waterqualityclass, prioritypollutants, anthropogenicorigin, recreationalload, maximumpermissibleconcentration (MPC), fisheriesreservoirs.

ВВЕДЕНИЕ

Важным условием, формирующим экологическую ситуацию на территории агропромышленного региона интенсивного техногенного освоения, в том числе и Воронежской области, является водный фактор, который определяет особенности хозяйственно-питьевого водопользования и служит важнейшим рекреационным ресурсом в жизнедеятельности населения.

Эффективное использование речных вод без нанесения ущерба и вреда геосистеме реки и ее бассейну должно базироваться на строгом учете качества водного фонда, количественного и качественного состояния водотоков [1, 9].

Река Дон - главная водно-транспортная магистраль области, источник технического водоснабжения промышленных предприятий и сельскохозяйственных объектов, используется в рекреационных целях и для любительского рыболовства. Высокая степень антропогенной нагрузки на водотоки Донского бассейна и разнообразная промышленно-селитебная инфраструктура региона создают определенные экологические риски.

Основные источники загрязнения Дона связаны со сбросом неочищенных и недостаточно очищенных сточных вод с промышленных предприятий, объектов пищевой, перерабатывающей промышленности и жилищно-коммунального хозяйства, поверхностного стока с территорий городов и поселков, смывом с полей пестицидов и удобрений.

Река Воронеж - один из наиболее загрязненных притоков Дона. Качество речных вод ухудшается за счет загрязнения их промышленно-коммунальными стоками.

Водная экосистема реки Усмань испытывает повышенную рекреационную нагрузку в летний сезон года, Возможно поступление в реку загрязненных стоков от частного сектора, дорожной сети, а также частично - от применяемых ядохимикатов, удобрений, поступающих с близлежащих территорий пахотных земель [9].

В 2018 году на бассейне реки Усмань было обнаружено около 26 несанкционированных свалок бытового мусора, большая часть которых сосредоточена на правом берегу за мостом у пос. Боровое [10].

Департаментом природных ресурсов и экологии Воронежской области в 2018 году проведен мониторинг за состоянием дна, берегов, водоохранных зон и изменениями морфометрических особенностей водных объектов Воронежской области на реках Дон, Воронеж, Усмань. На реке Воронеж в районе села Чертовицы Рамонского района и реке Усмань в районе села Рыкань Новоусманского района отмечены наиболее серьезные нарушения режима использования водоохранных зон - в прибрежной защитной полосе ведется жилищное строительство; происходит выбивание луговой растительности поймы автомототранспортом; встречается большое количество неорганизованных свалок бытового мусора после многочисленных отдыхающих [2].

Для Воронежской промышленной городской агломерации актуальность исследований качества поверхностных вод особенно высока в связи с высокой плотностью населения и наличием многочисленных рассредоточенных источников экологического риска с химическим типом воздействия на водные объекты в долине главной водной артерии региона - реки Дон [10].

Цель исследования - оценка качества вод Донского речного бассейна в пределах Воронежской городской агломерации.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

С учетом наиболее интенсивной антропогенной нагрузки на поверхностные водные ресурсы вблизи областного центра нами выделена ближайшая 40-км зона, ограничивающая город Воронеж, которую условно можно определить как «Воронежская городская агломерация».

Рис. 1. Картосхема расположения точек отбора проб воды из рек Дон, Воронеж, Усмань

[Fig. 1.MapofthelocationofwatersamplingpointsfromtheDon, Voronezh, Usman' Rivers]

В качестве объекта исследования были выбраны три водотока, протекающие в пределах Воронежской городской агломерации, относящиеся к разным категориям по протяженности и составляющие общую часть Донской речной системы: река Дон - большая река (1967 км); река Воронеж - средняя река (520 км) - левый приток реки Дон; река Усмань - водоток пограничного характера между средней и малой реками (151 км) - левый приток реки Воронеж [1].

Отбор разовых проб воды осуществлялся на расстоянии 1,5-2,0 м от берега реки, с поверхностного слоя 30-50 см с помощью батометра, согласно ГОСТуГОСТ 31861-2012 Вода. Общие требования к отбору проб. Москва, Стандартинформ, 2013. 36 с.. Работа проводилась в осенний период 2019 года. Всего было отобрано 27 проб, в том числе из реки Дон - 9 проб (№ 1-9), из реки Воронеж - 9 проб (№ 10-18), из реки Усмань - 9 проб (№ 19-27).

На рисунке 1 представлена картосхема расположения точек отбора проб воды из исследуемых водотоков.

Химический анализ приоритетных загрязняющих веществ в пробах речных вод проводился на базе аттестованной эколого-аналитической лаборатории факультета географии, геоэкологии и туризма Воронежского госуниверситета с применением следующих методов анализа: органолептический (прозрачность, наличие осадка, цветность, запах), титриметрический (общая жесткость, Са²⁺, HCO3, SO4Методика выполнения измерений массовой концентрации ионов аммония в природных и сточных водах фотометрическим методом с реактивом Несслера. ПНД Ф 14.1:2.1-95; Методика выполнения измерений массовой концентрации железа в природных и сточных водах фотометрическим методом с о-фенантролином. ПНД Ф 14.1:2.2-95; Методика измерений массовой концентрации нитрит-ионов в питьевых, поверхностных и сточных водах фотометрическим методом с реактивом Грисса. ПНД Ф 14.1:2:4.3-95 (издание 2011 г.); Методика выполнения измерений содержаний кальция в пробах природных и очищенных сточных вод титриметричес- ким методом. ПНД Ф 14.1:2.95-97; Методика выполнения измерений содержаний хлоридов в пробах при родных и очищенных сточных вод аргентометрическим методом. ПНД Ф 14.1:2.96-97; Методика выполнения измерений жесткости в пробах природных и очищенных сточных вод титри- метрическим методом. ПНД Ф 14.1:2.98-97; Методика выполнения измерений содержаний гидрокарбонатов в пробах природных вод титриметрическим методом. ПНД Ф 14.2.99-97; Методика выполнения измерений рН в водах потенциометрическим методом. ПНД Ф 14.1:2:3:4.121-97 (издание 2004 г.); Методика выполнения измерений массовой концентрации сульфат-ионов в пробах природных и сточных вод турбидиметрическим методом. ПНД Ф 14.1:2.159-2000., Сl); потенциометрический (рН); кондуктометрический (общая минерализация), колориметрический (Fc, , NO^-, NO^-, NH.+) и расчет-общный (Mg²⁺) [6, 8]. Каждая проба анализировалась в двухкратной повторности по 16 показателям. Для химического анализа природных вод использованы методики выполнения измерений (МВИ), включенные в государственный реестр МВИ².

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Согласно результатам органолептических исследований наибольшей цветностью обладают воды реки Воронеж (40 град) и две пробы реки Дон (№ 6, 7), имеющие цветность 50 и 40 град соответственно. Пробы № 21, 22 реки Усмань характеризуются повышенной цветностью до 50 град, а проба № 26 отличается наибольшей цветностью до 70 град. Цветность вод объясняется наличием в водоеме тонкодисперсных взвесей естественного или антропогенного происхождения. Повышенные значения цветности вод отдельных проб объясняются высокой нагрузкой со стороны промышленных и сельскохозяйственных предприятий [9].

Наиболее интенсивный запах отмечен в одной пробе воды из реки Дон (№ 6) и реки Усмань (№ 26), что очевидно связано, в первую очередь, со сбросом недостаточно очищенных вод с правобережных очистных сооружений города Воронежа и села Углянец Верхнехавского района.

Органолептические показатели не нормируются для вод рыбохозяйственного назначения, однако их повышенные значения могут косвенно свидетельствовать о техногенном загрязнении вод.

Химический анализ речных вод проводился для ряда наиболее приоритетных компонентов. На основании полученных результатов химического состава водных проб был проведен сравнительный анализ определяемых ингредиентов с предельно допустимыми концентрациями (ПДК) загрязняющих веществ для водоемов рыбохозяйственного назначения [7].

Анализ результатов показал, что концентрации основных макрокомпонентов - ионов кальция (Са²⁺) и магния (Mg²⁺), хлоридов (Cl^-), гидрокарбонатов (HCO₃^-) лежат в пределах допустимых значений и удовлетворяют нормативам ПДК. Исключение составляют единичные пробы в реке Дон: в пробе № 9 содержание Мд²⁺-иона превышает норму в 1,05 раза; в пробе № 6 содержание HCO₃^- - иона превышает норму в 1,1 раза.

В реках Дон и Усмань обнаружено повышенное содержание такого макрокомпонента как суль- фат-ион. В частности, в реке Дон практически все пробы (за исключением № 3 и № 5) имеют содержание SO₄^2- - иона выше нормы от 1,12 до 1,93 раза (при ПДК<100 мг/л), а в реке Усмань в 4 пробах (№ 20, 21, 22, 23) содержание сульфатов превышает норму от 1,05 до 1,26 раза.

Сульфаты относятся к макрокомпонентам, постоянно присутствующим в природных водах, что обусловлено растворением гипса, а т акже переносом с дождями содержащихся в воздухе SO₄^2- - ионов. Однако их количество зависит от погодных условий, времени года и не оказывает токсического воздействия на человека [8].

Значения показателя общей минерализации находятся в пределах нормы, за исключением единичной пробы № 26 реки Усмань (1349 мг/л), которая превышена в 1,35 раза. Это можно объяснить сбросом недостаточно очищенных стоков с очистных сооружений села УглянецВерхнехавс- кого района. Расчет усредненных значений минерализации (по 9 пробам для каждого водотока) показал, что река Дон характеризуется значением 435 мг/л, река Воронеж - 533 мг/л, а воды реки Усмань отмечены самым высоким значением минерализации, достигающим 733 мг/л.

Класс качества вод в зависимости от рН [Table 1.WaterqualityclassdependingonpH]

Измерения водородного показателя (рН) показали, что для всех проб воды полученные значения лежат в диапазоне от 6,5 до 8,5, а значит соответствуют требуемым нормативам. В зависимости от значений водородного показателя природные поверхностные воды классифицируются по следующим классам качества (таблица 1) [7].

Таким образом, к «условно чистым» водам относятся все 9 проб воды реки Воронеж; 4 пробы (№ 5, 6, 7, 9) реки Дон и 4 пробы (№ 24, 25, 26, 27) реки Усмань, отобранные на территории Воронежского биосферного заповедника в Рамонском районе и селе Углянец Верхнехавского района.

Как «удовлетворительно чистые» характеризуются воды реки Дон - 5 проб (№ 1, 2, 3, 4, 8), отобранные у села Новоживотинное Рамонского района и города Семилуки; пос. Тепличный (город Воронеж) и города Нововоронеж ниже сброса сточных вод с очистных сооружений «Аквасервис»; реки Усмань - 5 проб (№ 19, 20, 21, 22, 23) на территории пос. Боровое, пос. Сомово и села Новая Усмань [3].

Важным свойством, имеющим большое значение при водопользовании, является жесткость воды, которая может варьировать в широких пределах в зависимости от погодных условий, сезона года и типа почв. Исходя из классификации гидрохимика О. А. Алекина [8], по величине жесткости различают воды: очень мягкие (<1,5 °Ж), мягкие (1,5-3,0 °Ж), умеренно жесткие (3,0-6,0 °Ж), жесткие (6,0-9,0 °Ж), очень жесткие (>9,0 °Ж).