10903

вление о степени цветения водохранилищ. Согласно средним значениям В все водохранилища, включенные в табл. 22.6, являются водоемами с умеренным цветением. Интенсивное цветение (В 10 г/м3) зафиксировано в некоторых из них как сугубо локальное или кратковременное. Оно чаще всего возникает в виде скоплений фитопланктона (рис. 22.10), переносимых дрейфовыми течениями к наветренным берегам. В наиболее проточных волжских водохранилищах (Угличском, Куйбышевском, Саратовском) и в глубоководных сибирских водохранилищах (Братском, Усть-Илимском, Красноярском) диатомовые водоросли наннопланктона по биомассе преобладают над синезелеными [112].

Т а б л и ц а 22.6

Значения биомассы фитопланктона в водохранилищах [112]

При оценке экологических последствий регулирования стока водохранилищами нередко утверждают, что причина присущего этим водоемам «цветения» воды кроется в замедлившемся водообмене. Однако такому утверждению противоречат два факта: умеренное «цветение» рек еще до создания на них водохранилищ; слабое развитие фитоценозов в водохранилищах разных природных зон при отсутствии антропогенной нагрузки на их водные экосистемы.

Так, до зарегулирования р. Волги на различных ее участках уже наблюдалось значительное содержание биомассы фитопланктона (г/м3):

Не зря на открытках серии «Привет с Волги» начала XX в. волжскую воду красили в зеленый цвет [621]. Сравнение приведенных значений с данными табл. 22.6 позволяет видеть, что создание каскада водохранилищ на р. Волге послужило двукратному уменьшению концентрации фитопланктона в волжской воде (за исключением Иваньковского водохранилища с очень большой удельной биогенной нагрузкой). Снижение биомассы водорослей произошло несмотря на то, что гидротехническое преобразование Волги привело к росту населения на ее берегах в 7 раз с начала 1930-х гг., а следовательно, и увеличению биогенной нагрузки на всю волжскую экосистему.

Общепризнано, что главной причиной изменения видовой структуры и роста биомассы фитопланктона (степени цветения) является антропогенная нагрузка биогенными веществами. Она приводит к возрастающему эвтрофированию водохранилищ [112; 541].

В РосНИВХ имеется методика определения количествабиогенных загрязнений, поступающих в водоемы с осадками, животноводческими стоками, при выносе удобрений с полей, с коммунально-бытовыми стоками канализированных поселений и неканализированных жителей (1000 г/год фосфора от одного человека) [492]. Подсчет для Павловского водохранилища (год заполнения 1959, объем 1,41 км3), являющегося основным питьевым запасом г. Уфы, за 2017 г. дал следующий результат: количество поступивших загрязнений – 8645 т/год, в т.ч. азота – 4582,9 т/год, фосфора – 1106,5 т/год, калия – 2955,6 т/год [689]. По отношению содержания азота к фосфору 4,14 < (10 – 15) Павловское водохранилище должно было бы быть гипертрофным [112], чего на самом деле нет. Теоретические подходы к количественной оценке диффузного загрязнения водных объектов бассейна р. Волги нащупали в Институте водных проблем РАН. Выделена группа приоритетных источников загрязнения: смыв с территорий городов, с промышленных площадок, с сельскохозяйственных территорий, свалки, захоронения отходов, шламохранилища. Разработан метод подсчета, который (как

171

методика РосНИИВХ) может снабдить аналитиков только грубой косвенной информацией [107].

Остается повторить (см. раздел 22.1), что защита водных объектов от чрезмерного эвтрофирования – это не просто контроль за количеством поступающих в них загрязнений, а внедрение эффективных технологий обезвреживания отходов жизнедеятельности людей.

22.3. Накопление загрязняющих веществ в донных отложениях

Донные отложения водохранилищ, состоящие из мелких фракций, обладают высокой сорбционной способностью и накапливают весь спектр химических элементов, присутствующих в водоеме. Международная практика показывает, что результаты исследований загрязненности донных отложений тяжелыми металлами, органическими веществами, биогенными компонентами позволяют оценить тенденции изменения техногенной нагрузки на водоемы и выявить их наиболее неблагополучные в экологическом отношении участки.

Река Волга. В период с 1997 г. по 2002 г., отметившийся эйфорией по поводу появившихся возможностей международного сотрудничества (г. Нижний Новгород открыли для иностранцев), ННГАСУ в составе россий- ско-германского проекта «Волга–Рейн» организовал и провел экспедиции по отбору проб донных отложений р. Волги на участке от Валдайской возвышенности до устья (рис. 22.11) [420; 721]. Анализ 343 проб, отобранных

входе экспедиций (рис. 22.12), выполнялся в лаборатории профессора Г. Мюллера института геохимии Гейдельбергского университета [413; 414;], состояние донных отложений оценивалось в ННГАСУ [420; 721].

Анализировалась фракция донных отложений < 20 мкм. Предпочтение

визучении данной фракции определяется тем, что свежие тонкодисперсные отложения в основном состоят из частиц с размером, соответствующим диапазону «ил + глинистые частицы». Результаты анализов фракции сопоставлялись со доцивилизационным геохимическим композиционным составом осадочных пород и седиментов с размером частиц того же диапазона, используемым в качестве фонового при оценке антропогенных воздействий. Пробы отложений отбирались в виде кернов, хранились до начала аналитических измерений при температуре 4°C. Фракция < 20 мкм выделялась путем «мокрого» просеивания через нейлоновые сита и просушивалась при

172

Рис. 22.8. Мезотрофное малое водохранилище возрастом 45 лет в Городецком районе Нижегородской области

Рис. 22.9. Эвтрофное озеро – водохранилище Вадское в Нижегородской области

Рис. 22.10. «Цветение» воды в Саратовском водохранилище, август 2019 г.

173

Рис. 22.11. Первая российско-германская экспедиция по отбору проб донных отложений в р. Волге. Слева направо: профессор Г. Мюллер, научный со-

трудник М. Гастнер, матрос и шкипер экспедиционного судна, профессор С.В. Соболь, научные сотрудники Р. Оттенштайн и Ю.Г. Пархаев. Ноябрь 1997 г.,

Чебоксарское водохранилище [721]

Рис. 22.12. Схема расположения точек отбора проб донных отложений р. Волги на участке Горьковское – Чебоксарское водохранилища [413]

174

температуре < 30°C. Для определения содержания воды часть от каждой пробы взвешивалась и высушивалась при температуре 110°C. После последующего нагрева до 550°C измерялась потеря при прокаливании. Для проведения анализов материал проб растворялся в смеси азотной и соляной кислоты. Содержание тяжелых металлов оценивалось с использованием атомно-адсорбционной спектрометрии (F-AAS, ET-AAS, CV-AAS, FIAS). Содержание ртути (Hg) анализировалось с использованием метода «холодного пара» атомно-адсорбционной спектрометрии. Концентрации серы и органического углерода определялись при помощи анализатора Leco CS125. Концентрации фосфора (P), выраженные как P2O5, определялись стандартными методами.

Система нормирования содержания загрязняющих веществ в донных отложениях поверхностных водоемов не разработана ни в России, ни в других странах. Поэтому способом количественной оценки их загрязненности являлось сравнение с фоновыми концентрациями. Использовалась классификация на базе индексов геоаккумуляции (или Igeo классов), предложенная

вуниверситете г. Гейдельберга профессором Г. Мюллером и применяемая для оценки загрязнения окружающей среды. Расчет индексов геоаккумуляции производится как Igeo = log2 (Cn /1,5Bn ), где Cn – измеренная концентрация элемента n во фракции донных отложений <0,02 мм; Bn – геохимическая фоновая концентрация элемента n в природных глинистых отложениях; 1,5

– коэффициент учета природной вариативности. Согласно данной классификации, каждое удвоение Igeo индекса определяет переход к следующему классу качества донных отложений от нулевого (незагрязненные) до шестого класса (чрезмерно загрязненные), верхний предел для которого не установлен (табл. 22.7).

Втабл. 22.8 представлены обобщенные результаты исследования донных отложений р. Волги и ее притоков, а на рис. 22.13 диаграммы содержания в донных отложениях р. Волги наиболее важных с экологической точки зрения тяжелых металлов (Pb, Cd, Hg, Zn, Cu, Ni, Cr) в сравнении с фоновыми значениями. Для сравнения в табл. 22.8 вписаны данные о концентрациях тяжелых металлов в донных отложениях верхнего (г. Карлсруэ) и нижнего (г. Клеве-Биммен) течений р. Рейна [721]. И в табл. 22.8 и на рис. 22.13 помещены также сведения о концентрациях фосфора в донных отложениях

впересчете на P2O5.

Результаты исследований показали, что в донных отложениях волжских водохранилищ содержание всех измерявшихся элементов, за

175

исключением органического углерода, выше, чем в почвенном слое, существовавшем до затопления территорий (рис. 22.14). Наибольшие их концентрации наблюдались в районах выпусков городских и промышленных сточных вод. Наивысшие концентрации наиболее значимых в экологическом отношении тяжелых металлов, за исключением хрома, присутствовали в отложениях Горьковского водохранилища. Вниз по течению р. Волги обнаружилась общая тенденция снижения содержания в донных отложениях всех металлов, за исключением Cr и Ni.

Таблица 22.7

Значения концентраций тяжелых металлов по классам геоаккумуляции [по Г. Мюллеру]

Размерности: Fe – %; остальные элементы – мг/кг.

Так, концентрация Pb, Cd и Hg в отложениях нижней части волгоградского водохранилищ составляла половину, а Zn около двух третей от уровня содержания этих элементов в отложениях Горьковского водохранилища.

Концентрации всех измерявшихся элементов в устьевой части р. Волги соответствовали их фоновому уровню.

В России тяжелые металлы по степени токсичности разделяются на три класса опасности: I класс – Hg, Cd, Pb, As, Be, Se, Zn, F; II класс – Cr, Co, B, Mo, Ni, Cu, Sb; III класс – Ba, V, W, Mn, Sr. Токсичность тяжелых металлов в значительный степени обусловлена их консервативностью и способностью к биоаккумуляции. Ионы тяжелых металлов, как правило, хорошо растворимы в воде и способны образовывать высокотоксичные металлооргани-

176

ческие соединения. Загрязнение природных вод тяжелыми металлами и их соединениями оказывает негативное воздействие на состояние экосистем водоемов, в частности на фитопланктон, высшую водную растительность, моллюсков и рыб. Наиболее опасными для разных экосистем являются Cd, Co, Cu, Cr, Hg, Pb, Zn, Ni. Тяжелые металлы могут перемещаться по пищевым цепям и, в этом случае, представляют опасность для людей [721].

Т а б л и ц а 22.8

Содержание тяжелых металлов и биогенных компонентов в донных отложениях реки Волги на участке

от Иваньковского водохранилища до устья [414; 721]

Рис. 22.13. Сравнение состава донных отложений р. Волги и притоков (средние концентрации в мг/кг; для Fe и P в %) со средними геохимическими фоновыми значениями (выделены светло-серым цветом) [721]

Рис. 22.14. Содержание ряда элементов в почвенном слое и покрывающих его илистых отложениях Чебоксарского водохранилища [413; 721]

178

Не будь на р. Волге водохранилищ, тысячи тонн ионов тяжелых металлов в биологически доступной форме частично осаждались бы в половодья на пойме и включались затем в наземный биохимический цикл микроэлементов с прогрессирующим их накоплением в луговых травах, молоке и мясе скота. Остальная часть стока этих вредных веществ в меженние периоды поступала бы в волжскую дельту с концентрацией до 6 – 9 раз превышающей рыбохозяйственные ПДК. При столь низком качестве воды, которое было бы в настоящее время в незарегулированной р. Волге, трудно представить саму возможность существования в ней осетровых рыб [112].

Результаты анализов проб донных отложений р. Волги в 1997 – 2002 гг. показывали, что по всему ее течению содержание фосфора в них превышало фоновую геохимическую концентрацию (0,16 % Р2О5). В верхнем течении реки превышение составляло 4 – 5 раз, в среднем течении – 4 раза, в нижнем – 2 раза. Максимальная концентрация 0,66 % Р2О5 была зафиксирована в Чебоксарском водохранилище на участке ниже впадения р. Оки (рис. 22.15). В предплотинных зонах водохранилищ содержание фосфора по Р2О5 составляло от 0,30 % до 0,59 %. Избыток фосфора в донных отложениях оказывает ускоряющее влияние на процессы эвтрофикации водохранилищ.

Отдельные пробы донных отложений анализировались на содержание полихлорированных бифенилов (ПХБФ), инсектицидов (ДДТ, линдана, гексахлорбензола), полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) и нефтепродуктов. Суммарное содержание ПХБФ составило в отложениях приплотинных зон Горьковского водохранилища 2,8 мкг/кг, в Чебоксарском

– 3,3 мкг/кг. Для сравнения: в донных отложениях р. Рейн у г. Карлсруе концентрация ПХБФ равнялась 23 мкг/кг. Наиболее значительное загрязнение донных отложений нефтепродуктами было отмечено в Волгоградском водохранилище, в особенности у г. Саратова и в затоне у г. Камышина (рис.

22.16).

Исследовались также пробы поровых вод донных отложений Чебоксарского водохранилища, отобранные зимой 2000 г. результаты анализа зафиксировали интенсивное выделение из донных отложений фосфоросодержащих соединений железа и марганца. Это еще раз доказывало, что донные отложения являются накопителями биогенных компонентов и источником загрязнения, оказывающим значительное влияние на процессы эвтрофикации водоемов [721].

В общем реализация проекта «Волга-Рейн» в части исследования донных отложений [413; 414; 420; 721] показала, что зарегулированная р. Волга,

179