Статья - Челябинский гидрометеоцентр

Исследование динамики химического загрязнения р.Миасс в ретроспективе ведения наблюдений ФГБУ «Челябинский ЦГМС» (за период 2001-2005 гг.).

Река Миасс - одна из крупнейших водных артерий Челябинской области. Она берет начало из ключа на восточном склоне хребта Нурали в Учалинском районе республики Башкортостан, протекает по территориям Челябинской и Курганской областей и впадает в р.Исеть с правого берега на 218 км от устья. Длина реки 658 км, площадь водосбора 21800 км². В пределах Челябинской области протяженность реки составляет 384 км, площадь водосбора 6830 км²; естественный сток реки зарегулирован водохранилищами и прудами.

Наблюдения за состоянием качества р.Миасс по гидрохимическим показателям ФГБУ «Челябинский ЦГМС» ведет с 1967 года – открытия пункта наблюдений – г.Миасс; в 1968 году был открыт пункт наблюдений – г.Челябинск, с 1970 года наблюдения проводятся на Аргазинском водохранилище в районе г.Карабаша, а с 1978 года – в районе Аргазинского гидроузла (д.Байрамгулова); на Шершневском водохранилище открыт створ наблюдений в 1973 году, с 1989 года наблюдения проводятся в районе п.Полетаево, а в 1997 г. открыт приграничный контрольный створ на границе с Курганской областью (д.Пятково).

В настоящее время на р.Миасс от верховья реки до д.Сычево (23 км ниже г.Челябинска) организовано 10 контрольных створов, входящих в систему наблюдений и контроля качества водоемов и водотоков на сети Росгидромета в рамках Общегосударственной службы наблюдений за загрязнением природной среды и 1 створ – на границе с Курганской областью, входящий в территориальную сеть наблюдений, созданную по заказу Правительства Челябинской области с целью контроля качества трансграничных рек.

Наблюдения за качеством р.Миасс проводятся ежемесячно; в воде производится определение основных ионов, газового состава, биогенных и органических соединений, тяжелых металлов, специфических загрязнителей, всего – 38 химических компонентов. Химический анализ воды производится по методикам, аттестованным Гидрохимическим институтом Росгидромета, входящим в Федеральный перечень методик выполнения измерений, допущенных к применению при выполнении работ в области мониторинга загрязнения окружающей природной среды, утвержденный Росгидрометом и Госстандартом. При отборе проб воды производится замер гидрологических параметров - скорости течения и расхода воды в реке.

Химический анализ воды проводит лаборатория мониторинга поверхностных вод (ЛМПВ), аккредитованная на техническую компетентность и независимость и зарегистрированная в Государственном реестре под № РОСС RU.001.512473 от 03.11.2003 г. Оценка степени загрязнения воды в реке проводится с использованием в качестве критерия предельно допустимых концентраций (ПДК) рыбохозяйственного водопользования.

До г.Миасса организованные стоки в р.Миасс отсутствуют. Вода реки загрязняется поверхностным стоком, а также поступление загрязняющих веществ происходит опосредованно, в частности: через р.Уштарганку, приток р.Миасса, в которую производится сброс хозяйственно бытовых сточных вод «ЛПДС Ленинск» Челябинского нефтепроводного управления. В состав сточных вод входят азот- и фосфорсодержащие компоненты, органические соединения, сульфаты, хлориды, нефтепродукты, взвешенные вещества.

В верховье реки до г.Миасса качество воды по основным гидрохимическим показателям удовлетворяет требованиям рыбохозяйственных нормативов. За период 2001-2005 гг. среднегодовые концентрации азот- и фосфорсодержащих компонентов, легкоокисляемых органических соединений (БПК₅) не превышали ПДК. Кислородный режим реки на этом участке удовлетворительный: содержание растворенного в воде кислорода варьировало от 9,5 до 10,1 мг/л (норма >6,0 мг/л), насыщение воды кислородом соответствовало 77-84%. Минерализация воды реки средняя – 522-573 мг/л.

Характерное для Уральского региона повышенное содержание металлов в породе сказывается и на содержании их в воде рек. Так, в верховье р.Миасс, в условиях отсутствия организованных сбросов, концентрации меди и цинка в воде традиционно превышают рыбохозяйственные нормативы в 2-3 раза, марганца – в 12-16 раз; содержание последнего в подледный период – период наименьшего расхода воды в реке - увеличивается до 22-28 ПДК, а порой достигает уровня высокого загрязнения (>30 ПДК). Концентрации в воде никеля – ниже ПДК, железа общего колеблются от 0,8 до 1,2 ПДК.

В районе г.Миасса на качество воды реки оказывают отрицательное воздействие промышленные и хозяйственно бытовые сточные воды предприятий города: ОАО «УралАЗ-Энерго», ОАО «Тургоякское рудоуправление», ФГУП «Миасский машиностроительный завод», ОАО «НПО Электромеханика», ООО «Завод КПД», ОАО «Миасский комплекс водоснабжения». В состав сточных вод входят взвешенные вещества, нефтепродукты, минеральные соли, биогенные и органические соединения, металлы, фтор. В результате сброса в реку неочищенных и недостаточно очищенных сточных вод в воде повышается уровень содержания вредных химических веществ.

Так, в воде р.Миасс ниже г.Миасса (в створе д.Новотагилки) среднегодовые концентрации азота аммония находились на уровне 2-3,5 ПДК, азота нитритов – 2-8 ПДК, фосфора фосфатов – 1,7-3,4 ПДК. Во внутригодовой динамике прослеживается закономерность: максимальные концентрации азота аммония (до 4-8 ПДК) и фосфатов (до 4 ПДК) обнаруживались в период ледостава, а азота нитритов – в летнюю межень. При этом концентрации нитритов достигали уровня высокого загрязнения (>10 ПДК) и соответствовали 12-16 ПДК, а в 2004 г. возрастали до максимальных – 27-36,5 ПДК. Наибольшее количество случаев высокого загрязнения азотом нитритов было зафиксировано в 2005 году (рисунок 1).

Ниже г.Миасса содержание в воде легкоокисляемых органических соединений (БПК₅) возрастает, по сравнению с верховьем реки, в среднем в 3 раза, а нефтепродуктов увеличивается вдвое: за период 2001-2005 гг. среднегодовые концентрации БПК₅ превышали ПДК в 1,4-2,2 раза, нефтепродуктов – в 1,3-4 раза, максимальные концентрации фиксировались на уровне 8-9 ПДК.

Река Сак-Элга перед впадением в р.Миасс представляет собой коллектор загрязненных сточных вод промышленных предприятий г.Карабаша. В настоящее время река полностью утратила рыбохозяйственное значение. Источниками загрязнения р.Сак-Элги являются кислые водоемы, образованные на месте отработанной шахты «Южная», «Рыжий ручей», собирающий ливневые стоки с территории города и горы Золотой, пиритные отложения в речной пойме, дренаж шламонакопителей и хозяйственно бытовые сточные воды города. Загрязнению Сак-Элги способствует и местный ландшафт: ложе Соймановской долины, на которой расположен г.Карабаш, имеет уклон в сторону долины р.Сак-Элги.

Вода в реке ниже впадения Рыжего ручья до устья стабильно загрязнена ионами тяжелых металлов: содержание в воде никеля - 16 ПДК находится на уровне высокого загрязнения, меди - 1130 ПДК, цинка - 587 ПДК и марганца - 352 ПДК – на уровне экстремально высокого загрязнения (>50 ПДК).

Загрязнение, вносимое р.Сак-Элгой формирует качественный состав Аргазинского водохранилища, в верхнем бьефе которого (в районе г.Карабаша) отмечается напряженная ситуация по содержанию в воде тяжелых металлов. Среднегодовая концентрация меди возросла с 12 ПДК в 2001 г. до 33 ПДК в 2005 г, цинка – с 5,4 ПДК до 17,4 ПДК соответственно (уровень высокого загрязнения медью >30 ПДК, цинком >10 ПДК). Среднегодовое содержание марганца в 2005 г. приблизилось к уровню высокого загрязнения (ВЗ >30 ПДК) и составило 24,6 ПДК. Кроме того, отмечается увеличение количества случаев высокого и экстремально высокого загрязнения воды Аргазинского водохранилища тяжелыми металлами с 3 (медь, марганец) в 2001г. до 8 (медь, цинк, марганец) в 2005 г.

Качество воды Аргазинского водохранилища неоднородно по акватории и по содержанию биогенных и органических соединений. В верхнем бъефе водохранилища под влиянием загрязненного притока – р.Сак-Элги среднегодовые концентрации легкоокисляемых органических соединений (БПК₅) колебались в пределах 0,8-1,2 ПДК, азота аммония – 1-1,8 ПДК, азота нитритов – 1-1,4 ПДК, в то время как в нижнем бъефе водохранилища концентрации биогенных и органических соединений стабилизировались в рамках ПДК: величина БПК₅ соответствовала 0,7-0,8 ПДК, азота аммония и азота нитритов – 0,5 и 0,3 ПДК соответственно.

На участке реки от Аргазинского водохранилища до Шершневского водохранилища организованного сброса сточных вод в р.Миасс нет, поступление в реку загрязняющих веществ происходит с поверхностным стоком. По усредненным данным за период 2001-2005 гг. качество воды р.Миасс на данном участке по основным гидрохимическим показателям соответствовало требованиям рыбохозяйственных нормативов. Кислородный режим был хорошим: содержание растворенного в воде кислорода составляло 9,8-10,7 мг/л, насыщение воды кислородом было стабильно в норме – 81-86% (норма >80%). Минерализация воды в реке средняя, изменялась от 295 до 316 мг/л. Концентрации азот– и фосфорсодержащих компонентов и легкоокисляемых органических соединений (БПК₅) не превышали предельно допустимых. Повышение содержания биогенных компонентов в воде наблюдалось лишь в период весеннего половодья: в большинстве случаев – в рамках ПДК, редко – до 1,3-1,5 ПДК - азота аммония (2001-2002 гг.), до 1,2 ПДК – азота нитритов (2004 г.), железа – до 4,5 и 5,7 ПДК (2001 г. и 2003 г. соответственно). За исследуемый период дважды, в 2002 г. и в 2003 г., во время весеннего половодья, были зафиксированы максимальные концентрации марганца в воде: 21,8 ПДК и 29 ПДК соответственно.

Шершневское водохранилище является единственным источником хозяйственно-питьевого водоснабжения г.Челябинска, городов-спутников (г.Копейск, г.Коркино, г.Еманжелинск) и Сосновского района, в связи с чем к качеству воды должны предъявляться особые требования.

Вместе с тем, водохранилище, являясь открытым водоемом, испытывает негативное воздействие воздушных выпадений, что является неизбежным в условиях развитого промышленного центра. Прибрежная территория водохранилища интенсивно используется в качестве зон отдыха (городские пляжи, дачи, коллективные сады), несущих определенную антропогенную нагрузку на водоем. На качество воды Шершневского водохранилища негативное воздействие оказывает опосредованный сброс сточных вод (через ручей Сарезак, впадающий в Шершневское водохранилище) предприятий ООО «Регионснабсбыт» и Челябинского завода железобетонных шпал – филиала ОАО «РЖД». Сточные воды имеют в своем составе биогенные и органические соединения (БПК), минеральные соли, нефтепродукты, взвешенные вещества, марганец.

Данные гидрохимического мониторинга за период 2001-2005 гг. показывают удовлетворительные результаты: концентрации металлов в воде не превышали природного геохимического фона; по усредненным данным концентрации меди составили 2,6 ПДК, цинка – 1,9 ПДК, марганца – 5 ПДК.

Среднегодовые концентрации биогенных компонентов (азота аммония, азота нитритов, азота нитратов, фосфора фосфатов, фосфора общего, железа общего) не превышали предельно допустимых. Среднегодовое содержание органических соединений по БПК₅ незначительно превышали ПДК в 2002 г. (1,2 ПДК), концентрации трудноокисляемых органических соединений (ХПК) находились на уровне 1,5-2 ПДК.

Кислородный режим в поверхностном горизонте водохранилища удовлетворительный: содержание растворенного кислорода составляло 10,1-11,8 мг/л, насыщение воды кислородом соответствовало 81-98%. Величина солесодержания в воде средняя – 216-315 мг/л.

Однако, в летние месяцы, в связи с высокими температурами воздуха, благодаря быстрому прогреванию водоема, вследствие небольшой его глубины, происходит массовое размножение водорослей, что в последние несколько лет приобретает масштабы настоящего бедствия. Кроме этого, случаи массовой гибели рыбы в водоеме в летнее время послужили поводом для более детального обследования Шершневского водохранилища с целью установления причин этих явлений. Наряду с другими специальными исследованиями, летом 2004 года были проведены, а в 2005 году продолжены наблюдения за качеством воды водохранилища по гидрохимическим показателям по расширенной схеме: отбор проб производился в четырех контрольных створах, расположенных по всей акватории Шершневского водохранилища, в поверхностном и придонном горизонтах.

Результаты обследования показали различную степень загрязненности воды в поверхностном и придонном слоях водоема. Результаты анализа поверхностных проб воды, отобранных в период наибольшего прогрева и цветения воды, показывали увеличение содержания в воде органических соединений (БПК₅) – до 3,5 ПДК, снижение концентрации растворенного в воде кислорода до порогового значения – 6 мг/л, насыщение воды кислородом при этом снижалось до 70% (норма >80%); концентрации азотистых соединений увеличивались, оставаясь при этом в рамках нормативных значений.

В придонном горизонте отмечалось резкое ухудшение качества воды: наблюдался острый дефицит растворенного в воде кислорода (<2,0 мг/л), концентрации его понижались до 1,08-0,70 мг/л, появление сероводорода - до 0,28 мг/л (норма 0,00001 мг/л). Возникшие анаэробные условия повлекли выщелачивание биогенных элементов из илов: концентрации БПК₅ повышались до 4 ПДК, азота аммония – до 2,7 ПДК, фосфора фосфатов – до 1,5 ПДК.

С понижением температуры воздуха происходило постепенное «остывание» водоема, ослабление процесса гниения, сопровождающегося расходованием растворенного в воде кислорода и образованием сероводорода, и, как следствие – нормализация кислородного режима, снижение содержания биогенных и органических соединений.

Вода в р.Миасс ниже плотины Шершневского гидроузла имеет удовлетворительное качество: содержание растворенного в воде кислорода составляло в период 2001-2005 гг. 11,1-11,8 мг/л, насыщение воды кислородом стабилизировалось в рамках 94-98%. Минерализация воды средняя, варьировала от 284 до 315 мг/л. Концентрации биогенных компонентов в речной воде не превышали предельно допустимых. Содержание металлов – на уровне природного геохимического фона: меди и цинка – 2,5 ПДК, марганца – 6-7 ПДК, свинец и кадмий в воде не обнаружены.

Ниже г.Челябинска р.Миасс испытывает наибольшую техногенную нагрузку: является приемником промышленных и хозяйственно бытовых сточных вод свыше 20 предприятий и организаций города, лидерами среди которых являются МУП «Производственное объединение водоснабжения и водоотведения», сбрасывающего в реку порядка 160-170 млн.м³ в год и ОАО «Челябинский металлургический комбинат», сбрасывающий по трем выпускам: Першинскому, Каштакскому и Баландинскому порядка 30 млн.м³ недостаточно очищенных сточных вод ежегодно. В состав сточных вод входят биогенные и органические соединения (среди которых – ароматические и циклические углеводороды), металлы, синтетические поверхностно-активные вещества, фториды, цианиды, сероводород, всего – более 30 химических соединений.

За период 2001-2005 гг. обнаружено 114 случаев высокого и экстремально высокого загрязнения речной воды азотом аммония, азотом нитритов, сероводородом, легкоокисляемыми органическими соединениями (БПК₅), марганцем, снижением содержания растворенного в воде кислорода (рисунок 2).

По усредненным данным за период 2001-2005 гг. в воде р.Миасс ниже г.Челябинска содержание азота нитритов достигает уровня высокого (>10 ПДК) загрязнения, превышая предельно допустимую концентрацию в 15 раз, аммонийного азота - в 8 раз, фосфатов – в 3,4 раза. Среди органических соединений концентрации нефтепродуктов достигают в среднем 6 ПДК, БПК₅ – 3 ПДК, в воде появляются фенолы, в большинстве случаев – в пределах ПДК (0,001 мг/л), а в 2001 г. и в 2002 г. среднегодовые концентрации составляли 1,3-1,5 ПДК. Содержание в речной воде меди возрастает в среднем до 5 ПДК, цинка – до 4 ПДК, марганца – до 12 ПДК.

Кислородный режим в реке нестабилен: концентрации растворенного в воде кислорода порой снижаются до уровня ЭВЗ – острого дефицита (< 2 мг/л); в среднем за исследуемый период содержание в воде кислорода - 6,9 мг/л было близко к пороговому значению (6 мг/л). Насыщение воды кислородом соответствовало 60%. Минерализация воды за счет поступления минеральных солей, входящих в состав сточных вод, возрастает и колеблется от 395 до 588 мг/л.

В замыкающем створе – на границе с Курганской областью вода в р.Миасс имеет неудовлетворительное качество, так как состав воды формируется под влиянием сбросов сточных вод Челябинского промузла, а также с.Миасского, п.Лазурного и п.Мирного.

По усредненным данным за период 2001-2005 гг. отмечалось повышенное загрязнение воды азотом аммония до 3,5 ПДК, азотом нитритов – до 7 ПДК, фосфатами – до 3 ПДК, нефтепродуктами – до 4 ПДК, органическими соединениями – до 2 ПДК. Среди биогенных компонентов нередки случаи высокого загрязнения (азот аммония и азот нитритов).

На рисунке 3 продемонстрирована динамика содержания в воде р.Миасс биогенных и органических соединений по усредненным данным за период 2001-2005 гг. по течению от створа, расположенного 0,2 км ниже Шершневского гидроузла до границы с Курганской областью (д.Пятково). Качество воды в створе д.Новое Поле показывает суммарное влияние промышленных и хозяйственно бытовых сточных вод г.Челябинска, в створе д.Сычево присоединяется влияние Баландинского выпуска недостаточно очищенных сточных вод ОАО «Челябинский металлургический комбинат».

Таким образом, качество воды реки Миасс, притекающей в Курганскую область, ухудшается по содержанию органических соединений в 5 раз, фосфатов и азота аммония – в 7 раз, азота нитритов – в 17 раз по сравнению с качеством воды «фонового» створа – выше г.Челябинска.

В целом же, за период 2001-2005 гг. состояние качества воды р.Миасс от верховья до границы с Курганской областью не претерпело существенных изменений: традиционно в створе выше г.Миасса наблюдается повышенное содержание в воде ионов марганца вследствие влияния геохимического фона, в воде ниже городов Миасса и Челябинска повышается содержание биогенных и органических соединений, металлов вследствие влияния промышленных и хозяйственно бытовых сточных вод.

Качественный состав воды р.Миасс ниже г.Челябинска в отдельные годы внутри периода 2001-2005 гг. определялся водностью реки и объемами сброшенных сточных вод: так, в количественном (45 случаев ВЗ и ЭВЗ) и качественном (наблюдались максимальные концентрации загрязняющих веществ) отношении 2004 г. был наиболее неблагоприятным (рисунок 2).

За период 2001-2005 гг. наметилась тенденция ухудшения качества воды Аргазинского водохранилища по содержанию металлов: в водоеме наблюдается рост концентраций меди, цинка и марганца в верхнем бъефе – до уровня высокого загрязнения. В нижнем бъефе водохранилища, благодаря высокой самоочищающей способности, происходит снижение содержания металлов до уровня природного фона, однако, с 2001 г. до 2005 г. их концентрации увеличились почти вдвое.