Вторая часть обзора экологического состояния Цимлянского водохранилища. Гидрохимическая характеристика его поверхностных вод.

3. ГИДРОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД ЦИМЛЯНСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА

Гидрохимическое состояние поверхностных водных объектов бассейна Дона оценивалось по представленным наблюдениям ФГУ «Управление водными ресурсами Цимлянского водохранилища» за 2009 — 2013 гг. Лабораторией аналитического контроля ФГУ «Управление водными ресурсами Цимлянского водохранилища» контролировалось качество воды в Цимлянском водохранилище по 41 показателю в следующих створах:

■ р. Чир — граница Ростовской и Волгоградской областей;
■ р. Чир — устье, 1 км выше;
■ р. Донская царица — 1 км выше устья;
■ р. Мышковка — 1 км выше устья;
■ р. Аксай Есауловский — 1 км выше устья;
■ р. Аксай Курмоярский — 1 км выше устья;
■ р. Лиска — 1 км выше устья;
■ р. Дон — г. Калач-на-Дону;
■ Цимлянское водохранилище — х. Кривской;
■ Цимлянское водохранилище — х. Красноярский;
■ Цимлянское водохранилище — х. Ложки;
■ Цимлянское водохранилище — пгт Нижний Чир;
■ Цимлянское водохранилище — граница Ростовской области;
■ р. Аксенец — 1 км выше устья;
■ р. Солоная — 1 км выше устья.

Определение класса загрязнённости воды

Современные технические средства позволяют определять практически все ингредиенты природного состава вод и антропогенных загрязнений — это методы атомно-абсорбционной и эмиссионной спектрофотометрии для неорганических веществ и хромато-масс-спектрометрии для идентификации нескольких тысяч органических соединений. Однако эти методы из-за сложности аппаратуры, трудоемкости выполнения анализа и значительных материальных затрат используются пока весьма ограниченно. Общим требованием к качеству воды водных объектов любой категории является не превышение фактически наблюдаемого содержания загрязняющих веществ (ЗВ) над величиной ПДК. При загрязнении воды несколькими ЗВ используются комплексные оценки качества воды в природных водоемах.

Комбинаторный индекс загрязненности (КИЗВ): В гидрохимической практике используется метод интегральной оценки качества воды, по совокупности находящихся в ней загрязняющих веществ и частоты их обнаружения. В этом методе для каждого ингредиента на основе фактических концентраций рассчитывают баллы кратности превышения ПДКвр – К_i и повторяемости случаев превышения Н_i, а также общий оценочный балл – B_i:

           C_i                        N_ПДКi

K_i = ----------;   Н_i = ------------;    B_i = K_i  ^.  H_i

         ПДК_i                     N_i

                   
где: С_i — концентрация в воде i-го ингредиента;
ПДК_i — предельно допустимая концентрация – i-го ингредиента для водоемов рыбохозяйственного назначения;
NПДК_i — число случаев превышения ПДК по i-му ингредиенту;
N_i — общее число измерений i-го ингредиента.

Ингредиенты, для которых величина общего оценочного балла больше или равна 11, выделяются как лимитирующие показатели загрязненности (ЛПЗ). Комбинаторный индекс загрязненности рассчитывается как сумма общих оценочных баллов всех учитываемых ингредиентов. По величине комбинаторного индекса загрязненности устанавливается класс загрязненности воды (таблица 2).

Таблица 2.
Классификация загрязнённости воды водных объектов.

Показатель КИЗВ учитывает одновременно показатели качества, содержание которых превышает установленные ПДКвр, повторяемость случаев превышения ПДКвр, кратность превышения ПДКвр. КИЗВ используется, в основном, в случае комбинированного воздействия на экосистемы ряда токсичных веществ.

Более совершенным является индекс, получивший название удельного комбинаторного индекса загрязненности (УКИЗВ), учитывающий те случаи, когда вода очень сильно загрязнена одним или несколькими загрязняющими веществами, но имеет удовлетворительные характеристики по всем остальным показателям. УКИЗВ представляет собой долю индекса КИЗВ, приходящуюся на один учитываемый ингредиент. Достоинствами данного метода является сочетание дифференцированного и комплексного подходов к оценке качества воды.

Индекс загрязненности воды (ИЗВ). Результаты гидрохимических анализов по множеству показателей дают определять классы качества воды в виде интегральной характеристики загрязненности поверхностных вод.

Классы качества определяются по индексу загрязненности воды (ИЗВ), которая рассчитывается как сумма приведенных к ПДК фактических значений 6 основных показателей качества воды по формуле:

где: С_i — среднее значение определяемого показателя за период наблюдений (при гидрохимическом мониторинге это среднее значение за год);
ПДК_i — предельно-допустимая концентрация для данного загрязняющего вещества.

В зависимости от полученного ИЗВ водные объекты классифицированы по степени загрязнения следующим образом (таблица 3).

Таблица 3.
Характеристики интегральной оценки качества воды.

В число шести основных, так называемых «лимитируемых» показателей, при расчете ИЗВ входят в обязательном порядке концентрация растворенного кислорода и значение БПК₅, а также значения еще 4 показателей, являющихся для данного водного объекта наиболее неблагополучными, или которые имеют наибольшие приведенные концентрации (отношение с_i/ПДК_i).

Такими показателями, по опыту гидрохимического мониторинга водоемов, нередко бывают нитраты, нитриты, аммонийный азот (в форме органических и неорганических аммонийных соединений), тяжелы металлы (медь, марганец, кадмий и др.), фенолы, пестициды, нефтепродукты, СПАВ. Для расчета ИЗВ показатели выбираются независимо от лимитирующего признака вредности, однако при равенстве приведенных концентраций предпочтение отдается веществам, имеющим санитарно-токсикологический признак вредности (как правило, такие вещества обладают относительно большей токсичностью).

В зависимости от величины ИЗВ участки водных объектов подразделяют на классы. Индексы загрязнения воды сравнивают для водных объектов одной биогеохимической провинции и сходного типа, для одного и того же водотока (по течению, во времени, и так далее).

Данный метод интегральной оценки качества воды получил широкое распространение, определен класс загрязнения практически всех водных объектов.

К основным недостаткам относятся:

■ не учитываются микробиологические показатели, которые часто являются решающими при оценке пригодности воды для пользования;
■ выпадают из внимания исследователей многие загрязняющие вещества, не вошедшие в группу из 6 показателей. В качестве разновидности ИЗВ используется показатель химического загрязнения воды ПХЗ-10. При определении ПХЗ-10 учитывается 10 показателей, вместо 6.

Расчет значения комбинаторного индекса загрязненности и относительная оценка качества воды проводятся в 2 этапа: сначала по каждому изучаемому ингредиенту и показателю загрязненности воды, затем рассматривается одновременно весь комплекс загрязняющих веществ и выводится результирующая оценка. Значение обобщенного оценочного балла по каждому ингредиенту в отдельности может колебаться для различных вод от 1 до 16 (для чистой 0). Большему его значению соответствует более высокая степень загрязненности воды.

УКИЗВ рассчитывается как средний обобщённый оценочный бал по всем анализируемым показателям с учетом коэффициента запаса.

Если обобщённый оценочный бал по конкретному показателю превышает 9, то такой показатель является критическим. При количестве критических показателей 6 и более вода без дальнейших расчётов относится к классу «экстремально грязная» (таблица 4).

Коэффициент запаса k рассчитывается в зависимости от числа критических показателей загрязненности (КПЗ) F
k = 1 — 0,1 * F

Таблица 4.
Границы классов загрязнённости воды с учетом коэффициента запаса k.

В 2013 году по Цимлянскому водохранилищу обработаны результаты анализов гидрохимических наблюдений в 5 створах (верхний створ — г. Калач-на-Дону, х. Ложки, пгт Нижний Чир, х. Красноярский и на границе с Ростовской областью — х. Кривской). Класс качества воды Цимлянского водохранилища в основном соответствует четвертому классу, за исключением х. Ложки, где класс качества воды ухудшился и соответствует пятому классу — «грязная» вода. В пробах воды Цимлянского водохранилища на всем протяжении наблюдается превышение по нефтепродуктам, что связано с возросшим судоходством, в том числе нефтеналивных судов.

Створ р. Дон — г. Калач-на-Дону — отмечается несоответствие воды рыбохозяйственной категории по содержанию марганца — 5,14 ПДК, меди -3,51 ПДК, нефтепродуктов — 1,38 ПДК, железо общее — 1,38 ПДК, БПК5 — 1,46 ПДК, сульфатам — 1,17 ПДК. Класс качества воды по сравнению с 2009 годом не изменился и составил УКИЗВ — 3,70, что соответствует четвертому классу — «загрязненная» вода.

Створ Цимлянское водохранилище — с. Ложки — отмечается несоответствие воды рыбохозяйственной категории по 10 ингредиентам. Наблюдались превышения по марганцу 2+ — 2,87 ПДК, меди — 3,32 ПДК, БПК5 — 1,35 ПДК, нефтепродуктам — 3,92 ПДК, азоту нитритному — 2,35 ПДК и т.д. Качество воды в 2009 году заметно ухудшилась и соответствует V классу — «грязная» вода (УКИЗВ — 5,19), в 2009 году вода соответствовала IV классу — «загрязнённая» вода (УКИЗВ — 3,12).

Створ Цимлянское водохранилище — х. Кривской (граница Ростовской области) — наблюдались превышения по следующим ингредиентам: марганцу — 5,74 ПДК, БПК-5— 1,36 ПДК, меди — 1,95 ПДК, нефтепродуктам — 1,36 ПДК, сульфатам — 1,22 ПДК, железу — 1,25 ПДК. В створе х. Кривской в 2013 году класс качества воды по сравнению с 2009 годом не изменился и соответствовал IV классу — «загрязненная» вода (УКИЗВ — 3,37)

Створ Цимлянское водохранилище — пгт Нижний Чир — наблюдались превышения по нефтепродуктам — 1,68 ПДК, меди — 2,44 ПДК, марганцу 2+ — 3,21 ПДК, фосфатам — 1,36 ПДК и т.д. Класс качества воды в 2013 году не изменился по сравнению с 2009 годом, индекс загрязненности соответствует IV классу — «загрязненная» вода — УКИЗВ — 3,99.

Створ Цимлянское водохранилище — х. Красноярский — наблюдались превышения по марганцу 2+— 2,85 ПДК, БПК5 — 1,55 ПДК, меди — 1,90 ПДК, нефтепродуктам — 1,29 ПДК, сульфатам 1,23 ПДК, железу — 1,81 ПДК. Класс качества воды по сравнению с 2009 годом не изменился и соответствует IV классу — «загрязненная» вода, УКИЗВ — 3,67.

В результате проведенной обработки представленных гидрохимических наблюдений по притокам Цимлянского водохранилища класс качества воды в основном соответствует V классу «грязная» вода, за исключением р. Аксай Курмоярский где вода соответствует VI классу «очень грязная» вода. На всех реках качество воды не соответствует требованиям рыбохозяйственных водоемов по содержанию марганца, БПК, нитритов и фосфатов, что связано с усилением развития фитопланктона. Увеличение минерализации и содержания главных ионов: хлоридов, натрия и сульфатов связано с низкой водностью рек, наблюдавшейся в период с 2009 по 2013 год. Увеличение содержания нефтепродуктов в воде связано, главным образом, с использованием маломерного флота, так как все притоки Цимлянского водохранилища являются местом отдыха и рыбалки.

Створ река Мышковка — устье, 1 км выше — наблюдалось не соответствие качеству воды рыбохозяйственной категории по 4 ингредиентам: очень высокое превышение по марганцу 2+ — 24,05 ПДК, и натрию — 2,65 ПДК, сульфатам — 3,51 ПДК, магнию — 2,19 ПДК, меди — 1,93 ПДК, нефтепродуктам — 1,84 ПДК, хлоридам 1,57 ПДК, железу — 1,35 ПДК, БПК5-1,33 ПДК. Класс качества воды в. р. Мышковка заметно ухудшился по сравнению с 2009 годом и соответствует V классу — «грязная» вода УКИЗВ — 7,74, в 2009 году качество воды соответствовало четвертому классу.

Створ река Донская Царица — устье, 1 км выше — наблюдалось высокое превышение по марганцу 2+ — 31,65 ПДК, увеличение по сравнению с 2008 годом в 3 раза, превышение в 2 раза по сульфатам — 6,93 ПДК; натрию — 4,55 ПДК; хлоридам — 2,76 ПДК; нефтепродуктам -2,01 ПДК; меди — 2,0 ПДК, а также незначительное увеличение по магнию — 1,93 ПДК, кальцию — 1,43 ПДК, БПК5 — 1,29 ПДК. Вода в 2013 году, как и в предыдущем, соответствует V классу — «грязная» вода УКИЗВ — 9,68, в 2009 году — 5,67.

Створ река Солоная — устье, 1 км выше — наблюдалось высокое превышение по марганцу 2+ — 40,5 ПДК в 4 раза больше чем в прошлом году, сульфатам — 5,28 ПДК, натрию — 3,17 ПДК, меди — 2,5 ПДК, нефтепродуктам — 2,0 ПДК, магнию — 1,60 ПДК, хлоридам — 1,41 ПДК, железу — 1,35 ПДК, БПК-5 — 1,24 ПДК. Класс качества воды по сравнению с 2009 годом не изменился и соответствует V классу — УКИЗВ — 8,07— «грязная» вода.

Створ река Аксай Курмоярский — устье, 1 км выше — в воде в 2009 году наблюдалось высокое превышение по марганцу 2+ — 30,93 ПДК в три раза выше, чем в 2008 году, очень высокое превышение по сульфатам — 9,37 ПДК, натрию — 5,17 ПДК, и хлоридам — 2,60 ПДК, низкое превышение по магнию — 2,52 ПДК, меди — 1,77 ПДК, нефтепродуктам — 1,75 ПДК, БПК5 — 1,51 ПДК. Класс качества воды ухудшился по сравнению с 2009 годом и соответствует VI классу — «грязная» вода УКИЗВ — 10.43.

Створ река Лиска — устье — наблюдалось очень высокое превышение по марганцу 2+ — 26,48 ПДК, что в три раза выше прошлого года, азоту нитритному — 6,70 ПДК, нитритам — 5,50 ПДК, сульфатам — 3,60 ПДК, меди — 2,88 ПДК, нефтепродуктам — 2,29 ПДК, магнию — 2,24 ПДК, натрию — 2,05 ПДК, фосфатам — 1,92 ПДК. Класс качества воды не изменился по сравнению с 2009 годом и соответствует V классу — «грязная» вода УКИЗВ — 8,90, в прошлом году — 4,92 ПДК.

Створ река Аксай Есауловский — устье, 1 км выше — наблюдалось очень высокое превышение по марганцу 2+ — 7,21 ПДК по сравнению с прошлым годом почти в три раза, сульфатам — 9,29 ПДК, натрию — 4,79 ПДК, магнию — 2,34 ПДК и хлоридам — 2,32 ПДК, меди — 2,30 ПДК, БПК5 — 1,93 ПДК, нефтепродуктам -1,80 ПДК, железу — 1,75 ПДК, кальцию — 1,41 ПДК. Класс качества воды остался на уровне 2009 года и соответствует V классу — «грязная» вода УКИЗВ — 9,97.

Створ река Чир — ганица Ростовской области — наблюдалось не соответствие качеству воды рыбохозяйственной категории по 8 ингредиентам: среднее превышение по марганцу 2+ — 7,22 ПДК, низкое превышение по меди — 2,18 ПДК, сульфатам — 1,87 ПДК, фосфатам — 1,96 ПДК, нефтепродуктам — 1,61 ПДК, железу — 1,25 ПДК, натрию — 1,11 ПДК. Класс качества воды в р. Чир на границе с Ростовской областью по сравнению с 2009 годом не изменился и соответствует V классу — «грязная» вода УКИЗВ — 5,20.

Створ река Чир — устье, 1 км выше — наблюдалось не соответствие качеству воды рыбохозяйственной категории по 8 ингредиентам: превышение в два раза по сравнению с прошлым годом по марганцу 2+ — 8,60 ПДК, по меди — 2,37 ПДК, нефтепродуктам — 1,82 ПДК, сульфатам 1,75 ПДК, фосфатам — 1,66 ПДК, железу — 1,50 ПДК, БПК5 — 1,33 ПДК, натрию — 1,16 ПДК. Класс качества воды в р. Чир по сравнению с 2009 годом ухудшился и соответствует V классу — «грязная» вода УКИЗВ — 4,96, в 2008 г. — 2,83 ПДК.

Створ река Аксенец — устье, 1 км выше — наблюдалось превышение по 10 ингредиентам: увеличение в два раза по марганцу 2+ — 23,05 ПДК (8,12 ПДК— 2008 г.), сульфатам — 4,28 ПДК, натрию — 2,45 ПДК, нефтепродуктам — 2,13 ПДК, БПК5 — 2,03 ПДК, магнию — 1,96 ПДК, азоту аммонийному — 1,95 ПДК, меди — 1,88 ПДК, железу — 1,60 ПДК, азоту нитритному — 1,30 ПДК. Вода в 2013 году соответствует V классу — УКИЗВ — 8,06 (в 2009 г. -5,69)— «грязная» вода, по сравнению с 2009 годом класс качества не изменился.

Для оценки гидрохимического состояния рек: Медведица, Хопёр, Терса, Щелкан, Карамыш, Перевозинка и других притоков Дона выше Цимлянского водохранилища использовались данные ООО «Научно-производственный центр» за 2012 год — заказчик ООО «ЛУКОЙЛ-Волгограднефтегаз». На всех водных объектах определялось 10 показателей качества поверхностных вод суши.

Створ река Медведица — граница с Саратовской областью (с. Гречихино) — наблюдалось среднее превышение по железу — 8,67 ПДК. Класс качества воды соответствует III классу — «умеренно-загрязненная» вода УКИЗВ — 1,09.

Створ река Медведица — г. Жирновск — наблюдалось очень высокое превышение по железу — 10,08 ПДК, низкое превышение по сульфатам — 1,15 ПДК. Класс качества воды соответствует III классу — «умеренно-загрязненная» вода УКИЗВ — 1,52.

Створ река Карамыш — с. Макаровка — наблюдалось очень высокое превышение по железу — 14,75 ПДК, низкое превышение по сульфатам — 1,59 ПДК и магнию — 1,57 ПДК. Класс качества воды соответствует IV классу — «загрязненная» вода УКИЗВ — 2,05.

Створ река Щелкан — с. Фёдоровка — наблюдалось очень высокое превышение по железу — 10,50 ПДК, низкое превышение по сульфатам — 1,49 ПДК и магнию — 1,38 ПДК, хлоридам — 1,18 ПДК. Класс качества воды соответствует IV классу — «загрязненная» вода УКИЗВ — 2,53.

Створ река Терса — с. Берёзовка — наблюдалось превышение по железу — 5,17 ПДК, по сульфатам — 2,67 ПДК, магнию — 1,45 ПДК, кальцию — 1,19 ПДК, хлоридам — 1,12 ПДК. Класс качества воды соответствует IV классу — «загрязненная» вода УКИЗВ — 3,31.

Створ река Перевозинка — 4 км ЮВ г. Жирновск — наблюдалось очень высокое превышение по железу — 16,83 ПДК, по сульфатам — 4,51 ПДК и магнию — 3,39 ПДК, хлоридам — 2,34 ПДК, кальцию — 2,05 ПДК. Класс качества воды соответствует V классу — «грязная» вода УКИЗВ — 7,27.

Створ река Тишанка — 500 м выше устья — наблюдалось превышение по сульфатам — 3,59 ПДК, магнию — 2,70 ПДК, азоту аммонийному — 2,57 ПДК, хлоридам — 2,42 ПДК, железу — 1,65 ПДК. Класс качества воды соответствует V классу — «грязная» вода УКИЗВ — 4,79.

Створ река Хопёр — г. Урюпинск — наблюдалось превышение по меди — 3,17 ПДК, железу — 4,56 ПДК, фосфатам — 1,89 ПДК, марганцу 2+ — 1,7 ПДК, БПК5 — 1,69 ПДК. Класс качества воды соответствует IV классу — «загрязнённая» вода УКИЗВ — 3,58.

Основной причиной загрязнения воды ионами марганца, нитритов, легко окисляющимся органическим веществом, характеризуемым величиной БПК5, является интенсивное развитие фитопланктона.

При рассмотрении сезонного изменения содержания фенолов в воде наибольшее превышение наблюдается в августе-сентябре, что, очевидно, связано с процессами метаболизма водных организмов при биохимическом распаде и трансформации органических веществ, протекающих наиболее интенсивно при повышенных температурах. Самоочищение воды происходит за счет сорбционных процессов и поглощения гидробионтами.

В течение всего периода с 2009 по 2013 гг. вода в Цимлянском водохранилище в основном отнесена к четвертому классу качества и характеризуется как загрязненная. В подавляющем числе его боковых притоков вода относится к пятому классу качества и характеризуется как грязная (таблица 5).

Таблица 5.
Динамика изменения качества воды в контролируемых створах поверхностных водных объектов Цимлянского водохранилища и его боковых притоков за период 2009-2013 гг.

Таким образом, воду в Цимлянском водохранилище следует отнести к классу «загрязненная», а в практически всех реках, обеспечивающих боковую приточность водохранилища — к классу «грязная».

Владимир ШАЛИМОВ,
кандидат технических наук,
руководитель сектора по экологическим вопросам и охране окружающей среды Общественной палаты г. Волгодонска Ростовской области,
член Общественного совета сетевого ресурса экологического просвещения «ЭКО.ЗНАЙ».

Контакты:
vl.shalimov@yandex.ru