Изменчивость содержания и стока тяжелых металлов в бассейнах рек Вычегда и Сухона

Фёдорова Виктория Алексеевна,

кандидат географических наук, доцент Казанского государственного университета.

Загрязнение поверхностных вод в настоящее время является одним из актуальных вопросов охраны окружающей среды. К числу приоритетных загрязняющих природные воды веществ относятся тяжелые металлы, которые оказывают негативное влияние на компоненты экосистем и, что наиболее опасно, обладают способностью к биологической и геохимической аккумуляции. Несмотря на то, что сток микроэлементов по сравнению с другими растворенными веществами составляет незначительную величину, тяжелые металлы играют огромную роль, входя в состав биологически активных веществ, регулирующих жизнедеятельность живых организмов.

Вопросы загрязнения природных вод тяжелыми металлами, а также – миграции и трансформации их соединений актуальны для многих регионов, не является исключением в этом аспекте и Север Европейской территории России (ЕТР).

Целью данной работы явился анализ временных и пространственных изменений содержания и стока тяжёлых металлов (меди, цинка и никеля) в воде рек, расположенных в бассейнах рр. Вычегда и Сухона.

В основу работы положены материалы многолетних наблюдений Севгидромета (1983 – 2000 гг.) по содержанию некоторых тяжелых металлов на 15 гидролого-гидрохимических постах. Анализ изменчивости концентраций и стока металлов проводился по 3 гидрологическим сезонам: зимняя межень, весеннее половодье и летне-осенний период.

Сток металлов рассчитывался при помощи прямого метода как средневзвешенный по водному стоку, что позволяет учесть изменения водности. В работе мы ограничились расчётом стока и последующим анализом лишь трех металлов – меди, никеля и цинка, что обусловлено регулярными наблюдениями за их содержанием.

В работе проводилось определение наиболее вероятных концентраций, что позволяет учитывать не только их абсолютные величины, но и вероятность повторения. В качестве наиболее вероятных нами принимались концентрации тяжелых металлов, находящиеся в диапазоне от 10% до 90%-ой обеспеченности, а в качестве средней величины – концентрация, соответствующая 50%-ой обеспеченности. Полученные значения верхней и нижней границ диапазона объективно отсекают аномальные значения.

Анализ многолетней информации по содержанию и стоку меди показал, что данные показатели характеризуются синхронностью по всем постам, расположенным на территории бассейнов рек Вычегда и Сухона. Динамика средних за весенний сезон показателей стока меди представлена на рис. 1.

Рис. 1. Многолетняя изменчивость стока меди (кг/км² в год) в воде рек бассейна р. Сухона

в весенний гидрологический сезон.

В 1980-е годы фиксируется рост концентраций, а соответственно и стока меди, которые достигают максимальных значений во второй половине 1980-х – начале 1990-х гг. Причем, наиболее выраженные тенденции изменений концентраций и стока меди характерны для весеннего половодья.

Известно, что концентрации и сток тяжелых металлов в весенний сезон наиболее объективно отражают интенсивность антропогенных изменений, поскольку их основное поступление с территории бассейна реки происходит именно в этот период. В весеннюю фазу тяжелые металлы интенсивно поступают в реки с поверхностным стоком, а также – с талыми водами. Определенное влияние на химический состав талых вод оказывает содержание микроэлементов в атмосферных осадках, выпавших за зиму. Отмечается, что в холодный период концентрации большинства металлов в осадках в 1,5-2 раза выше, по сравнению с теплым периодом [Петрухин,1982]. Автор увязывает это с лучшей «вымывающей» способностью зимних осадков, а также с тем, что в снеговом покрове накапливается дополнительное количество загрязняющих веществ за счет их «сухого» осаждения из атмосферы. Все вышесказанное подтверждает проявление основных тенденций временных изменений концентраций и стока тяжелых металлов именно в весенний сезон, когда загрязнение наиболее выражено и интенсивно, несмотря на большие объемы водного стока.

 Таким образом, в конце 1980-х – начале 1990-х гг. в водотоках бассейна р. Сухона средние весенние концентрации и сток меди увеличились в 1,4 – 1,9 раза и составили 1,9 – 21,0 мкг/л и 0,3 – 7,5 кг/км² соответственно. В бассейне р. Вычегда наблюдения за содержанием меди за период до 1989 года проводились только на 3-х постах (расположенных непосредственно на р. Вычегда), поэтому оценить степень увеличения концентрации и стока меди в водотоках данного водосбора не представляется возможным.

Начиная с середины 1990-х гг. отмечается отчетливое снижение значений концентраций и стока меди на постах обоих изучаемых бассейнов, в результате которого указанные показатели достигли уровня начала 1980-х годов.

Следует отметить, что тенденции изменений концентраций и стока меди во время зимней межени и летне-осеннего периода аналогичны, однако являются менее выраженными.

Для сезонного и годового стока меди характерна некоторая дифференциация в пределах исследуемого региона. Так, в бассейне р. Вычегда среднемноголетний годовой сток меди изменяется от 0,5 до 7,8 кг/км², в бассейне р. Сухона – от 1,4 до 2,8 кг/км².

Анализ диапазонов наиболее вероятных в современный период концентраций меди в воде рек бассейнов рр. Вычегда и Сухона показал определенные различия в значениях данных показателей. Так, в бассейне р. Вычегда нижние границы наиболее вероятного диапазона концентраций меди изменяются от 0 до 1,2 мкг/л, верхние – от 4,5 до 20 мкг/л, при средних – 2,0 – 8,6 мкг/л. Причем, на большинстве постов концентрации, соответствующие 50%-й обеспеченности находятся в интервале 2,0 – 4,0 мкг/л (исключение составляют реки Вишера и Виледь, в воде которых указанные показатели составляют соответственно 5,8 и 8,6 мкг/л). В бассейне р. Сухона нижние границы диапазонов концентраций меди изменяются в интервале 0,7 – 3,0 мкг/л, верхние – 12 – 19 мкг/л, при средних – 3,0 – 7,0 мкг/л.

ПДК меди для водоемов рыбохозяйственного назначения составляет 1 мкг/л. Таким образом в воде исследуемых рек отмечается повсеместное превышение установленного норматива. Средние концентрации меди на постах бассейна р. Вычегда достигают 2 – 8,6 ПДК, а на постах бассейна р. Сухона – 3 – 7 ПДК. Максимальная концентрация, составляющая 42 ПДК, наблюдается на посту Виледь-Инаевская в 1993 г.

Схожесть многолетних изменений содержания и стока меди на всех постах изучаемого региона свидетельствует об очевидном воздействии региональных факторов, которые обуславливают усиление миграции данного элемента.

Тенденции многолетних изменений содержания и стока цинка во многом совпадают с аналогичными показателями по меди. В начале 1980-х – середине 1990-х гг. отмечается рост концентраций и стока цинка, с середины же 1990-х гг. фиксируется стабильное снижение показателей в 1,3 – 6,0 раз, а в результате они практически достигают уровня, характерного для начала 1980-х гг. (рис.2).

Рис. 2. Изменчивость средних концентраций цинка (мкг/л) в воде рек бассейна р. Вычегда

в весенний сезон.

Указанные изменения содержания и стока цинка отмечаются на всех постах бассейнов рек Вычегда и Сухона на протяжении всех гидрологических сезонов, в отличие от меди, для которой наибольшие изменения отмечались лишь в весенний период.

Нижние границы диапазонов наиболее вероятных для современного периода концентраций цинка в воде рек бассейнов рек Вычегда и Сухона для большинства постов изменяются от 0 до 7 мкг/л, верхние – от 8 до 55 мкг/л, средние – от 2 до 15 мкг/л. Особняком стоят посты р. Вычегда – г. Коряжма (1 км выше города) и р. Верхняя Ерга – д. Пихтово, где концентрации цинка, соответствующие 50%-й обеспеченности, достигают 23 и 26 мкг/л соответственно.

ПДК цинка для водоемов рыбохозяйственного назначения составляет 10 мкг/л. Таким образом, средние концентрации на большинстве постов соответствуют уровню 0,2 – 1,5 ПДК, максимальные же изменяются от 0,8 до 5,5 ПДК. Наибольшим превышением ПДК отличаются воды р. Вычегда (г. Коряжма) и р. Верхняя Ерга (д. Пихтово), где среднее содержание цинка составляет 2,3 – 2,6 ПДК, а максимальное достигает 3,5 – 4,0 ПДК.

Исходная информация о содержании никеля позволяет объективно оценить ситуацию лишь в воде р. Вычегда. Тенденции многолетних изменений концентраций и стока никеля аналогичны подобным изменениям меди и цинка. Так, с середины 1980-х гг. начинается увеличение показателей, которые к 1992 г. достигают максимума, возрастая в 1,5 – 1,9 раза. В последующий период отмечается снижение концентраций и стока никеля, причем, указанные изменения в большей степени проявляются на протяжении весеннего и летне-осеннего гидрологических сезонов.

ПДК никеля для водоемов рыбохозяйственного назначения составляет 10 мкг/л. Концентрации никеля, соответствующие 50%-ной обеспеченности, в воде р. Вычегда достигают 2,5 мкг/л, значения верхней границы диапазона колеблются от 8 до 13 мкг/л. Превышение установленного нормативного значения зафиксировано в отдельные годы в верховье р. Вычегда.

Таким образом, анализ концентраций и стока меди, цинка и никеля в воде рек бассейнов рек Вычегда и Сухона показал отсутствие сильной дифференциации в уровне загрязнения, а также схожесть тенденций многолетних изменений показателей исследуемых микроэлементов, что позволяет сделать вывод об общности причин их вызывающих. Известно, что исследуемый регион характеризуется отсутствием значительных источников загрязнения окружающей среды. К числу же основных факторов, оказывающих влияние на качественный состав поверхностных вод в данном регионе, относится трансграничный атмосферный перенос загрязняющих веществ. Данный факт подтверждается тем, что наиболее интенсивные изменения фиксируются в течение весеннего сезона, когда, как известно, в поверхностные воды поступают накопленные за зимний период в осадках загрязняющие вещества, в т.ч. и тяжелые металлы.

Повсеместное снижение концентраций и стока микроэлементов в речных водах бассейнов рек Вычегда и Сухона объясняется интенсификацией природоохранных мероприятий, начиная с 1990-х гг., а также спадом промышленного производства в РФ.

Рассчитанные в данной работе наиболее вероятные концентрации меди в бассейнах рек Вычегда и Сухона свидетельствуют о превышении существующего норматива ПДК. Причем, повышенные концентрации данного элемента обусловлены естественными природными условиями, а именно – геохимическими особенностями ландшафтов. Так, Г.С.Коновалов, В.И. Корнеева и др. (1979) считают, что относительно высокое содержание меди в воде рек севера ЕТР обусловлено кислым характером почвенного раствора, повышенной концентрацией воднорастворимой меди в почвах и заболоченностью территории, которые способствует усиленному поступлению меди в речные воды.

Таким образом, для более объективной оценки содержания меди в воде рек бассейнов рек Вычегда и Сухона целесообразно применять побассейновые нормативы, разработанные, на основе условно фоновых гидрохимических показателей.

Литература

1.                  Коновалов Г.С. Микроэлементы в воде замыкающих створов рек Европейской территории СССР в 1976-1978гг. [Текст] / Г.С.Коновалов, В.И. Коренева, А.П. Коренев, Н.И.Добровольская // Гидрохимические материалы, 1979, т.75. – С.11-21.

2.                  Петрухин В.А. Фоновое загрязнение тяжелыми металлами природных сред в бассейне Верхней Волги [Текст] / В.А. Петрухин // Мониторинг фонового загрязнения природных сред. – 1982, вып.1. – С. 147 – 150.

Поступила в редакцию 03.02.2010 г.