И.И. Силин
Экология и экономика природных ресурсов бассейна р. Протва
(Калужская и Московская области)
Обнинск, 2003. - 302 с.

8. Загрязнение поверхностных вод, донных отложений и биоценоза р. Протвы

Уровни загрязнения поверхностных вод и донных осадков

Антропогенное воздействие на речную сеть приводит к сильной пространственной неоднородности параметров качества воды. Это связано с наличием в бассейне р. Протвы сотен крупных и тысячи мелких источников загрязнения, особенностями динамики водотоков в зонах загрязнения, механизмом распределения химических веществ, влиянием загрязненных донных отложений и другими факторами.

Резкая пространственная неоднородность характерна и для макросостава вод. Многочисленные сбросы бассейна р. Протвы имеют пестрый гидрохимический состав, который в зависимости от объема стоков изменяет первичный гидрокарбонатно-кальциевый состав речных вод с естественной минерализацией порядка 350 мг/л.

Гидрокарбонатно-кальциевые воды участками трансформируются в сульфатно-кальциевые, хлоридные, хлоридно-натриевые. Вблизи крупных стоков отмечается переход пресных вод в солоноватые. На удалении от стоков происходит частичная нейтрализация влияния сбросных вод и увеличение относительной доли природных макро- и микрокомпонентов. При этом значительная доля загрязняющих веществ переходит в осадок.

Таким образом, водная масса является связующим звеном между поступлением загрязняющих веществ (т.е. источником загрязнения) и их аккумуляцией в донных отложениях (т.е. зонами загрязнения). С существованием указанных выше флуктуаций состава воды связаны определенные трудности при оценке ее качества. Большинство имеющейся информации о составе воды, в том числе получаемой службами контроля, основано на отборе и анализе единичной пробы, которая часто не отражает реальную ситуацию, особенно в условиях высокой динамичности гидрохимического режима зон загрязнения. Усредненный по створам ионно-солевой состав воды р. Протвы представлен на рис. 8.9.

Рис. 8.9. Ионно-солевой состав воды р. Протвы

Видно, что в целом, на всем протяжении реки  сохраняется её базовый гидрокарбонатно-кальциевый состав. Это означает, что, по крайней мере, в удалении от выпусков сточных вод река восстанавливает  свои исходные природные характеристики

В то же время отмечается и ряд  устойчивых изменений состав речной воды вниз по течению реки. Так на территории Калужской области по сравнению с московским  участком почти вдвое  возрастает минерализация воды, главным образом за счет количества известковой примеси. Ниже  г. Обнинска и в районе г. Протвино Московской области в воде  увеличивается концентрация сульфатов и хлоридов.

Изменение бассейновых  показателей качества речной воды проиллюстрировано рис.8.10.

Рис.8.10.     Показатели качества воды р. Протвы

Видно, что наиболее сильное загрязнение  взвешенными веществами происходит в Московской области  в районе г. Верея и в Калужской обл.  в районе г. Обнинск.

Нефтепродукты поступают в реку в основном на территории Московской области (г. Верея).

Биологическое потребление кислорода  заметно увеличивается в районе г. Протвино Московской области, что указывает на  возрастающую концентрацию в воде  легкоокисляющихся органических веществ и евтрофирование нижнего течения р. Протвы. На это, в частности, указывает  возрастающее к устью количество аммония в балансе связанного азота.

На рисунке 8.11     изображена диаграмма концентрации биогенных  веществ, измеренной  в тех же створах р. Протвы, что и другие показатели качества воды.. На всем протяжении реки в воде наблюдается устойчивый рост биогенной примеси, особенно интенсивный на участке от г. Обнинск и до устья.  При этом на калужском участке реки  ниже г. Обнинска соотношение нитратного и аммонийного азота примерно равно, а на московском, - от г. Кременки  до устья, -  в составе биогенного вещества преобладает ион аммония.

Рис.8.11. Концентрация биогенных веществ в воде р. Протвы

Как известно, концентрация многих примесей в воде, особенно биогенных веществ, значительно изменяется в зависимости от времени года.    На рис.  8.12   изображена диаграмма изменчивости  показателей качества воды по гидрологическим сезонам  (данные С.Н. Шашкова). Видно, с началом весеннего снеготаяния возрастает опасность загрязнения речной воды почти всеми опасными ингидиентами. Вместе с талыми водами в реку попадает кишечные палочки, взвешенные вещества, разнообразные органические вещества с полей, ферм, городских и сельских подворий и т. д.

Рис. 8.12. Показатели качества поверхностных вод по гидрологическим сезонам (Московская обл.,бассейн р. Истра)

Вместе с мутью в реку выносятся тяжелые металлы и многие специфические токсиканты.  Как видно на диаграмме, дополнительное накопление нитратного азота в воде происходит  ближе к лету, когда активизируются  бактерии-нитрификаторы и происходит  массовое разложение  фитопланктона. Подобная картина загрязнения реки наблюдается и в период осенних паводков, но с гораздо меньшей амплитудой роста концентраций  индикаторов качества воды.

Загрязнение воды р. Протвы тяжелыми металлами, для которых установлены нормативы предельно допустимых концентраций для рек рыбохозяйственного значения с токсикологическим лимитирующим показателем вредности, показано на диаграмме рис. 8.13.

Рис. 8.13. Загрязнение воды р. Протвы тяжелыми металлами

Сильное загрязнение воды медью и цинком наблюдается на московском отрезке р. Протвы в районе г. Верея.  Кроме того, медь, а также  никель, поступают в речную воду в районе городов  Обнинск и Жуков, где ряд предприятий использует гальваническое  производство. Железо на всем протяжении р. Протвы содержится в воде в количестве 1,5-2 мг/л.  Как показала практика изучения вод в других промышленных районах, наибольшие флуктуации состава характерны не для сезонных гидрологических периодов, а для суточных и часовых (период рабочей смены) интервалов времени, что связано с режимом работы источников загрязнения.

В этом смысле более надежными для определения участков с высокой динамичностью геохимических процессов являются данные геохимического опробования донных отложений в сочетании с выборочным опробованием вод на наиболее устойчивый во времени макросостав и микроэлементы. По меньшей мере, такие работы позволяют выявить «горячие точки» бассейна реки – пункты и створы детальных гидрогеохимических исследований следующего этапа исследований.

По данным Калужского комитета природных ресурсов, из 25 контролируемых компонентов наиболее устойчивое превышение уровня ПДК отмечается для ПРЗР, БПК, ВВ, аммония, нитритов, фосфатов и железа и периодическое по всем остальным ингредиентам.

Анализ собственных и фондовых данных показал, что превышение ПДК хотя бы в одной пробе могут наблюдаться по многим ингредиентам качества воды ( БПК₅, ПО, ХПК, N-NH₄, N-NO₃, P-PO₄, НФПР, ОКБ, ЛКП, ПТГ и б(а)п, ПРЗР,Cu, Fe, Ni, Pb, Cr⁺³, Ag, Zn, Al, So_4, Sr_общ, ⁹⁰Sr, ¹³⁴Cs, ¹³⁷Cs, ⁺³H).

С целью более полного изучения уровня загрязнения поверхностных вод КФ ВИЭМС было произведено сопряженное гидрогеохимическое опробование водотоков и геохимическое опробование донных отложений и почв бассейна р. Протвы с последующим химическим анализом проб воды, спектральным анализом сухого остатка водных проб, проб донных отложений и вмещающих русло реки почв.

Аналогичная работа была выполнена сотрудниками ВИМСа  на территоии бассейна р. Протвы  Московской области. Все анализы проб воды были  выполнены в аккредитованных лабораториях ВИМСа. Результаты обработки аналитических данных показаны на рисунке 8.14   и  в таблице 44.

Рис. 8.14.  Участки интенсивного загрязнения поверхностных вод    и  донных отложений

 По составу аномалии, приуроченные к территории крупных промышленных зон, отличаются более сложным (полиэлементным) составом. Тяжелые металлы в водорастворимой форме в  высоких концентрациях содержатся в районе северной и южной промзоны г. Обнинска, возле п. Протва, у г. Малоярославца, у п. Кривского, вблизи предприятий з-да «Сигнал» (зд. 101), ФХИ и др. В большом количестве они накоплены в донных осадках, верховья р. Дырочной (в геофонах: 140 Sn, 100 Ag, 90Pb, 20Mo и др.), р. Протвы в районе г. Верея, г. Обнинска (в геофонах: 24Bi, 15Cu и др.), р. Истьи в районе г. Балабаново (50 Zn), р. Угодки в районе г. Жукова (10 V, 5 Nb и др. элементы группы железа, что, вероятно, связано с перемывом отвалов Угодского железоплавильного завода петровских времен.).

Таблица 44

 Каталог аномалий

В аномалиях, тяготеющих к стокам сельхозпредприятий и ОС, преобладают нитраты, фосфаты и другие биогенные элементы.

На участках реки, где в составе стоков с городских ОС (например, аномалия 14 у г. Обнинска) поступают стоки промышленных предприятий, в состав гидрохимических аномалий входят как элементы, типичные для хозбытовых стоков, так и широкий набор тяжелых и редких металлов. Группируясь пространственно, моноэлементные аномалии образуют на территории бассейна р. Протвы 30 комплексных аномалий.

 В каталоге содержание микроэлементов в сухом остатке гидрохимических проб для наглядности показаны в долях ПДК (для водных объектов рыбохозяйственного назначения) по результатам спектрального анализа, что имеет чисто информационный характер.

По содержанию в воде биофильных элементов была определена     трофность водотоков бассейна р. Протвы. Наиболее высокие уровни концентрации в воде биофильных элементов отмечаются в районе г. Обнинска, устья р. Аложи, сельскохозяйственных и хозбытовых стоков п. Игнатьевское и др.

Почти все выделенные аномалии являются комплексными не только по составу, но и по типу среды, вмещающей аномалию, т.е. гидрохимические аномалии сопровождаются аномалиями в донных осадках. Сопоставление элементного состава гидрохимических и «донных» аномалий позволяет судить о степени подвижности в водной среде тех или иных компонентов. В целом же состав выделенных аномалий отражает характер жизнедеятельности на прилегающей территории.

На диаграмме рис. 8.15, составленной по данным таблицы  (каталог аномалий), показаны интегральные уровни концентраций загрязняющих веществ в воде и донных отложениях р. Протвы.

Рис.8.15. Интегральные уровни загрязнения р. Протвы (по данным каталога  аномалий

Отчетливо  выделяются два крупных района с высокой техногенной нагрузкой на реку: 1- бассейн среднего  течения реки Протвы в районе г. Верея и бассейна р. Исьмы на территории Московской области, 2- бассейн среднего течения р. Протвы  на территории Калужской обл.

Характерно, что интегральные уровни загрязнения воды и донных отложений совершенно идентичны  и почти на всем протяжении реки изменяются синхронно. Это указывает на преобладание при осаждении  процессов коагуляции и адсорбции.