WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Авторефераты по темам  >>  Разные специальности - [часть 1]  [часть 2]

ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЗАГРЯЗНЕНИЯ ТЕРРИТОРИИ НОВОСИБИРСКА И ЕГО МАЛЫХ РЕК

Автореферат кандидатской диссертации

 

На правах рукописи

 

 

 

Сидорова Мария Юрьевна

 

 

ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЗАГРЯЗНЕНИЯ ТЕРРИТОРИИ

НОВОСИБИРСКА И ЕГО МАЛЫХ РЕК

 

Специальность 25.00.36. ? Геоэкология

 

 

 

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата географических наук

 

 

 

 

 

Барнаул ? 2012

         Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институт водных и экологических проблем Сибирского отделения Российской академии наук и в Новосибирском городском  комитете охраны окружающей среды и природных ресурсов.

Научный руководитель:             доктор биологических наук,

Сысо Александр Иванович

Официальные оппоненты:          Савкин Валерий Михайлович,

доктор географических наук, доцент,

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт водных и

экологических проблем Сибирского отделения

Российской академии наук, г.н.с.

                                                         Росляков Николай Александрович, 

доктор геолого-минералогических наук,

профессор, Институт природных ресурсов, экологии и криологии Сибирского отделения Российской академии наук, г.н.с.

Ведущая организация:                 Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Защита диссертации состоится «22» июня 2012 года в 16-00 часов на заседании диссертационного совета Д 003.008.01 при Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институт водных и экологических проблем Сибирского отделения Российской академии наук (ИВЭП СО РАН) по адресу: 656038,  г. Барнаул, ул. Молодежная, 1. Факс: (3852) 240396.

E-mail: rotanova@iwep.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИВЭП СО РАН.

Автореферат разослан «18 » мая  2012 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

к.г.н., доцент                               Ротанова Ирина Николаевна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Проблема загрязнения урбанизированных территорий актуальна во всем мире и наиболее остро стоит в крупных промышленных городах и агломерациях, где в результате сильного техногенного загрязнения природной среды формируются урбогеохимические аномалии с высоким накоплением в экосистемах органических и неорганических поллютантов. Города служат мощными источниками эмиссии загрязняющих веществ на геохимически сопряженные с ними территории и могут  влиять на региональную и даже глобальную экологическую ситуацию (Башкин, 2005). 

Поллютанты, перечень которых постоянно расширяется, разносторонне негативно воздействуют на компоненты городских и сопряженных с ними природных экосистем. Источники и характер загрязнения окружающей среды городов разнообразны и зависят от специфики промышленного производства, природных условий  и т.д. Поэтому научный и практический интерес к изучению факторов, процессов и последствий загрязнения компонентов городских экосистем не ослабевает.    

Новосибирск – крупнейший экономико-промышленный и транспортный центр Западной Сибири с населением более 1,5 млн. человек. Высокая концентрация в нем населения и промышленности, большое теплоэнергетическое и водохозяйственное потребление, сложные системы коммуникаций и коммунальных хозяйств, многочисленный автотранспорт  ведут к образованию городе огромных объемов газообразных, жидких и твердых загрязнителей окружающей среды. Следствием этого стало загрязнение атмосферы, вод и донных отложений, почв и растительной продукции в Новосибирске на прилегающих к нему территориях.

Для решения проблемы загрязнения окружающей среды г. Новосибирска, актуально исследование еще недостаточно изученных факторов формирования её качества, компонентов городских экосистем и их взаимосвязи, эколого-геохимической обстановки в городе, причин, вызывающих её изменение. Важно сопряженное исследование влияния загрязнения городских территорий на малые реки. Реки превратились в коллекторы сброса загрязненных городских вод, вследствие чего утратили свои рыбохозяйственные, водоснабженческие  и рекреационные функции и оказывают негативное влияние на качество вод крупнейшей водной артерии региона – реки Обь.

Цель исследования. Оценить загрязнение территории Новосибирска, вод и донных отложений его малых рек, определить влияние вод малых рек и стока вод с территории города на гидрохимический сток реки Обь.

Задачи исследования:

1. Определить и оценить основные источники загрязнения окружающей среды Новосибирска;

2. Изучить по снеговому покрову специфику атмосферного загрязнения территории города;

3. Выявить связи между загрязнением снегового и почвенного покрова;

4. Исследовать закономерности изменения загрязнения вод и донных отложений малых рек, дренирующих город;

5. Определить влияние малых рек и города в целом на гидрохимический сток реки Обь.

Научная новизна работы. Оценено загрязнение снегового покрова, вод и донных отложений малых рек города Новосибирска, выполнен анализ пространственного изменения содержания в них поллютантов, вклада стока вод малых рек и города в целом в гидрохимический сток Оби. Выявлено, что в общей массе гидрохимического стока малых рек Новосибирска абсолютно преобладают взвешенные вещества, а ионы фтора, хлора, цинка и хрома, нефтепродукты и фенолы, отражающие воздействие города на гидрохимический сток рек. Установлено, что на количество тяжелых металлов в донных отложениях малых рек влияют загрязнение ими снегового и почвенного покрова водосборов, а также гранулометрический состав донных отложений. Показано, что в глинистых частицах донных отложений малых рек концентрация тяжелых металлов многократно выше, чем в этих отложениях в целом и близка к их количеству в аналогичных частицах почв и твердой фракции снега.      

Практическая значимость работы. Результаты исследования могут служить научной основой практических рекомендаций для составления планов и программ охраны окружающей среды города и регулирования её качества, использоваться в учебном процессе при подготовке специалистов по направлениям: геоэкология, охрана окружающей среды и рациональное природопользование. Они используются в Новосибирской государственной академии водного транспорта при чтении курсов лекций «Экологическое право», «Нормативные акты водохозяйственной деятельности».

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Поллютанты в снеге и почвах, водах и донных отложениях малых рек в пределах Новосибирска однородны по составу и количественным характеристикам, увеличение загрязнения по территории происходит в направлении к центральной части города и к реке Обь.

2. В пределах Новосибирска доля стока вод с его территории в реку Обь незначителен. Вклад в загрязнение вод Оби гидрохимического стока в пределах Новосибирска значительно превышает долю водного стока.

Апробация работы. Основные положения диссертации были представлены на: XI Международной экологической студенческой конференции «Экология России и сопредельных территорий. Экологический катализ» (Новосибирск, 2006); Межвузовской студенческой научной конференции «Интеллектуальный потенциал Сибири» (Новосибирск, 2007); VII семинаре«Проблемы экологического образования и воспитания» (Новосибирск, 2008); V Международной научно-производственной конференции «Решение проблем экологической безопасности в водной отрасли» (Новосибирск, 2009).

По теме диссертации опубликовано 36 работ общим объемом 162 п.л., в том числе трех журналах из перечня, рекомендуемого ВАК РФ.

Фактический материал и личный вклад автора 

Работа основана на материалах, полученных лично автором, а также совместно с сотрудниками Новосибирского городского комитета охраны окружающей среды и природных ресурсов, Института почвоведения и агрохимии СО РАН при проведении экологических исследований на территории г. Новосибирска в 2003-2008 годах. Основной фактический материал получен в рамках реализации стратегического плана устойчивого развития города, природоохранной работы, предусмотренной «Программой по улучшению экологического состояния г. Новосибирска на 2006 – 2010 годы».

Структура и объем. Диссертация включает два тома. I том – текст диссертации, изложенный на 116 страницах, состоит из введения, 5 глав, заключения и списка литературы, включающего 127 наименований. Во II томе представлены приложения на 37 страницах. Работа содержит 54 таблицы и 29 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность работы, её цель и задачи исследований, показана научная и практическая значимость.

Глава 1. Экологические проблемы крупных городов

В главе рассмотрены основные экологические  проблемы крупных городов. Они вызваны чрезмерной концентрацией в городах населения, транспорта и промышленных предприятий, загрязняющих компоненты окружающей среды – атмосферу, гидросферу, педосферу и литосферу. Вследствие этого в городах ухудшается качество жизни его населения, животных и растений.

Первой по значимости общей проблемой крупных промышленных городов является загрязнение атмосферы. В Новосибирске она в основном создана местными стационарными и мобильными источниками эмиссии поллютантов.

Второй выступает водно-экологическая проблема, вызванная потребностью в водных ресурсах, с одной стороны, и загрязнением вод, с другой.

Третья проблема -  загрязнение почв городов, несущая опасность для здоровья населения, животных и растений, загрязнения воздуха и вод.

Четвертой проблемой можно назвать ухудшение здоровья городского населения, связанное с качеством окружающей среды. Хотя в настоящее время здоровье населения Новосибирска несколько улучшилось, благодаря сокращению промышленных выбросов в атмосферу, но в недалеком прошлом город загрязнялся многими тяжелыми металлами, в том числе Au, Sn, Sb, Bi, о чем свидетельствуют данные исследований Т.Н. Игнатовой (2010).

Глава 2. Объекты и методы исследования

Основными объектами исследования служили  – снеговой покров,  воды и донные отложения рек города Новосибирска. Было исследовано 490 проб снега, 256 - вод и 42 - донных отложений. Дополнительно анализировались данные статистических отчетов о состоянии атмосферного воздуха, охране окружающей среды в Новосибирской области, санитарно-эпидемиологической обстановке, сведения о промышленно-хозяйственных стоках и загрязнении вод реки Обь, твердых промышленных и хозяйственных отходах, городских почвах.

Воды и донные отложения рек служили индикаторами выноса поллютантов с загрязняемых территорий водосборов. Пробы вод брались ежеквартально с 2005 по 2008 год, а донных отложений - разово  в 2007 году. Отбор проб проводили в истоках и устьях рек, в соответствие РД 52.24.609-99 и Р 52.24.353-94.

Снег и речные воды анализировались в аккредитованной лаборатории Новосибирской городской специализированной инспекции аналитического контроля городского комитета охраны окружающей среды и природных ресурсов. В пробах определялись: потенциометрическим методом - реакция среды; гравиметрическим методом  - масса взвешенных веществ, сульфатов и сухого остатка солей; флуориметрическим методом  - концентрация нефтепродуктов и 3,4 бенз(а)пирена; атомно-эмиссионным и  атомно-абсорбционным методами содержание элементов (Al, Аs, Вi, Са, Сu, Сd, Сr, Нg, Fе, Мg, Мn, Ni, РЬ, Sn, Zn), титрометрическим методом содержание ионов CO32-, HCO3-, Cl-.

В аккредитованной испытательной лаборатории Института почвоведения и агрохимии СО РАН определялись: методом Качинского - гранулометрический состав донных отложений; атомно-абсорбционным методом - содержание Fe, Mn, Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, Cd, Hg в донных отложениях и фракции < 0,01 мм.

Методика оценки загрязнения окружающей среды Новосибирска включала формирование баз данных, характеризующих компоненты окружающей среды (гидросфера, атмосфера и т.д.), а так же - социально-гигиенического мониторинга здоровья населения города. Учитывались изменения объема и состава выбросов промышленных предприятий, автотранспорта, данные многолетних наблюдений служб мониторинга окружающей среды о характере загрязнения атмосферного воздуха в районах размещения объектов наблюдения.

Результаты анализов загрязнения снега и вод статистически обрабатывались с использованием методов универсальных пакетов Excel, Statistica 

Глава 3. Природно-экологическая характеристика Новосибирска и  компонентов его среды

Новосибирск расположен на берегах реки Обь и делится ею на две части, относящиеся к разным геоморфологическим структурам. В левобережье город, поднимаясь по террасам долины Оби, выходит на Приобское плато, а  в правобережье – на Колывань-Томскую возвышенность. Левобережье имеет слаборасчлененный плоский рельеф, правобережье – хорошо расчлененный с множеством балок и долин малых рек и ручьев.

По природно-климатическим условиям Новосибирск, относится к лесостепной зоне Западной Сибири, для которой характерен резко континентальный климат с продолжительной холодной зимой и коротким жарким летом.

Неблагоприятные метеорологические условия (НМУ) наблюдающиеся в городе, способствуют накоплению вредных веществ в приземном слое его атмосферы. НМУ формируются в холодные периоды года (с декабря по март) и в летний период при низкой облачности и высокой влажности воздуха. В связи с чем, Новосибирск относится к городам с повышенным потенциалом загрязнения атмосферы, с аккумуляцией техногенных выбросов на их территории.

На экологическое состояние Новосибирска существенное влияние оказывает загрязнение атмосферы автотранспортом, предприятиями топливно-энергетического комплекса, строительных материалов, черной и цветной металлургии, машиностроительной, химической, легкой и пищевой промышленности. В структуре их выбросов много твердых веществ, о чем говорит содержание пылеватых частиц в снеговом покрове, источники которых: ТЭЦ, котельные, промышенные предприятия. Все перечисленные источники ежегодно загрязняют атмосферный воздух поллютантами в количествах выше ПДК такими, как взвешенные вещества, без(а)пирен, формальдегид, диоксид азота, фенолы и другие. Атмосферные выбросы предприятий в 2008 г. достигли 370 тыс. т в год. С учетом общей площади города – около 506,7 км2, в период 2005-2008 гг. в среднем на 1 км2 его территории приходилось около 700 т учитываемых атмосферных выбросов от стационарных и передвижных источников. Часть выбросов осаждается на территории города и смывается с неё талыми и ливневыми водами в реки. 

Почвенный покров Новосибирска образуют как естественные, так и антропогенно нарушенные и антропогенные почвы. Естественные почвы сохранились в городских лесах и парках, на склонах долин и в поймах рек. В левобережье эти почвы представлены темно-серыми почвами и черноземами, а правобережье – серыми лесными и дерново-подзолистыми почвами.

Основу растительного покрова Новосибирска составляют сосновые леса, занимающие около 74% площади городских лесов. Эти леса испытывают сильное антропогенное давление.

Территорию Новосибирска дренируют река Обь и её  притоки: крупный – река Иня; малые – реки Тула, Ельцовка-1, Ельцовка-2, Каменка, Нижняя Ельцовка, Камышенка, Плющиха. Они служат приемниками загрязненных поверхностных вод, хозяйственно-бытовых и промышленных стоков. Ежегодно в реки поступает около 350  млн. м3 сточных вод, из них примерно 30 % - напрямую без очистки. Более 95% поверхностного стока поступает в реки без очистки.

Малые реки Новосибирска играют важнейшую роль в выносе загрязняющих веществ с его территории  в реку Обь. Через них в Обь поступает большая часть (2/3) стока поверхностных вод, так как суммарная площадь водосборов малых рек в 2 раза больше, чем Оби. В водном балансе малых рек на долю поверхностного стока приходится 77%, а на стоки производственные и хозяйственно-бытовые - 14% и 9% соответственно.    

Негативное влияние на качество речных вод, гидрологический и биологический режим рек, морфометрию их русел оказывает хозяйственная деятельность предприятий и организаций, жилого сектора, садоводческих обществ и гаражных кооперативов. Она ведет к загрязнению вод и нарушению жизнедеятельности растительных и животных организмов в реках. Поэтому качество вод р. Обь на всем ее протяжении в пределах Новосибирской области оценивается как очень загрязненная и грязная. К наиболее загрязненным относятся малые реки Каменка, Камышенка, Ельцовка-2, воды которых классифицируются как грязные и очень грязные.

В Новосибирске сложилась типичная для всех городов России ситуация с утилизацией твердых бытовых отходов (ТБО). Большинство полигонов ТБО, а также золоотвалов заложены в оврагах и балках, стоки из которых через ручьи и речки попадают в малые реки или непосредственно в Обь. Наибольшие объемы этих стоков образуются в периоды снеготаяния и затяжных ливней. Примером может послужить речка Нарнистая – приток реки Каменка, протекающая вблизи полигона ТБО «Гусинобродский» в Дзержинском районе города. В период обильных дождей и стока талых вод происходит переполнение пруда накопителя на полигоне и стоки поступают в Нарнистую, загрязняя её воды, а затем Каменки, нитритами, хлоридами, железом, цинком. Опосредованное влияние полигона через речку Нарнистая на реку Каменка (рис. 1) особенно заметно по ХПК, БПК5, хлоридам и цинку.

Рис. 1.  Влияние вод речки Нарнистая на состояние реки Каменка

Глава 4. Загрязнение водосборов, вод и донных отложений рек Новосибирска

Исследование снежного покрова Новосибирска показало, что его загрязнение в разных районах города зависит от количества и специфики техногенных выбросов промышленных предприятий, густоты транспортной сети и её нагрузки. В снеговых водах реакция среды и содержание различных компонентов  на территории Новосибирска варьируют в широких пределах (табл.1).

Таблица 1

Предельные и средние значения реакции среды и концентрации

компонентов в снеговых водах  г. Новосибирска и фоновых территорий

Реакция среды и компоненты снеговых вод

Новосибирск

Фоновые территории

min

мax

средн.

мin

max

средн.

рН

5,7

8,3

7,1

6,4

6,7

6,5

концентрация в мг/дм3 снеговых вод

Твердая фракция

2,5

1408,5

179,6

28,5

33,5

31,5

Нефтепродукты

0,005

7,3

0,41

0,03

0,05

0,04

3,4 Бенз(а)пирен

<0,000002

0,00032

0,000012

0,000002

0,000002

0,000002

Al

0,21

15,80

1,64

0,90

1,00

0,97

As

<0,005

0,087

0,012

<0,005

<0,005

<0,005

Bi

<0,005

0,03

0,03

<0,005

<0,005

<0,005

Ca

3,8

11,4

7,6

н.о.

н.о.

н.о.

Cd

<0,005

0,015

0,007

<0,005

<0,005

<0,005

Cr

<0,005

0,110

0,013

<0,005

<0,005

<0,005

Cu

<0,001

0,680

0,027

0,006

0,006

0,006

Hg

<0,0005

<0,0005

<0,0005

<0,0005

<0,0005

<0,0005

Fe

0,09

87,30

2,78

0,81

1,08

0,97

Mg

0,32

44,21

1,87

0,88

0,93

0,90

Mn

0,005

0,940

0,060

0,02

0,08

0,05

Ni

<0,005

0,110

0,010

<0,005

<0,005

<0,005

Pb

<0,005

0,280

0,031

0,009

0,009

0,009

Sn

0,003

0,090

0,019

<0,005

<0,005

<0,005

Zn

<0,005

1,260

0,101

0,040

0,040

0,040

Примечание: н.о. –  показатель не определялся

Из-за поступления в атмосферу большого количества твердых выбросов содержание взвешенных веществ (пыли) в снеге города в среднем в 6 раз выше, чем на фоновых территориях, а вдоль автомагистралей - больше фона в 50 раз.

В снеге города концентрация нефтепродуктов превышает фон в 10 раз, а в близи магистралей - в 200 раз.  Транспортные зоны в целом наиболее загрязнены, в них содержание в снеге твердой фракции (пыли или взвешенных веществ) и нефтепродуктов в среднем в 2-4 раза выше, чем в селитебных зонах.

Определение связей  между показателями состава снега показало, что с автомагистралями - автотранспортом связано загрязнение снега  нефтепродуктами, а с ТЭЦ и автотранспортом - пылью. Мышьяк, висмут и олово служат индикаторами загрязнения окружающей среды предприятиями цветной металлургии, в частности Новосибирским оловянным комбинатом (НОК) – главным источником эмиссии в атмосферу города названных и других тесно связанных с ними элементов. Выбросы НОК, хотя и незначительные по своей массе, имеют чрезвычайно высокую концентрацию токсичных элементов в пылеватых частицах зафиксированных в снеге (рис.2). Она превышает фоновую в сотни и тысячи раз (Сысо, Артамонова, Сидорова и др., 2005).

Поэтому, несмотря на низкую запыленность атмосферы и снега в зоне воздействия НОК, из-за чрезвычайно высокой концентрации тяжелых металлов и мышьяка (ТМ и As) в техногенных аэрозолях значения показателя суммарного загрязнения (Zc) снега здесь достигают среднего и даже высокого уровня. Схожая картина наблюдается и вблизи завода «Цветных металлов». Вокруг этих  предприятий сформировались техногенные геохимические аномалии с высоким содержанием ТМ и As в снеге и почвах (Ильин, Сысо, 2001). Несмотря на резкое уменьшение выбросов этих предприятий, аномалии в снеге обнаруживаются до сих пор, что связано с попаданием в снег  педогенных и техногенных частиц из загрязненных почв.

Рис. 2. Изменение концентрации мышьяка (As) и олова (Sn) в почвах и взвешенных веществах (ВВ) снега Новосибирска с  удалением от НОК

Около 50% общей массы ТМ и As  в снеге и почвах сосредоточено в частицах размером менее 10 мкм, имеющих максимальную концентрацию поллютантов. Во фракциях твердых веществ в снеге концентрация загрязнителей близка и  выше, чем в аналогичных почвенных частицах. Это обусловлено более высокой концентрацией поллютантов в техногенной пыли, нежели в почвенных частицах. Изучение пространственного распределения твердых аэрозолей техногенных выбросов НОК, идентифицируемых по концентрации в них As и Sn, показало, что твердые частицы выбросов способны мигрировать в северо-восточном направлении на расстояние 10 км и более (рис. 2). Поэтому НОК загрязнил снег и почвы как левобережья, так правобережья города.

ТМ и As, содержащиеся в частицах атмосферной пыли в снеге и в поверхностном слое загрязненных почв служат вторичным источником загрязнения атмосферы города, вод и донных отложений его водоемов, что подтверждают наши и ранее проведенные исследования рек Новосибирска (Эколого-геохимические условия…, 1997, Девятова, 2006).

Полученные данные о составе и свойствах снеговых и речных вод Новосибирска говорят о различиях средних значений концентраций тяжелых металлов в водах в истоках и устьях малых рек (табл. 2). При этом концентрация свинца, хрома, никеля, меди и цинка в снеговых водах водосборов оказалась выше, чем в речных водах, а - марганца, напротив, ниже. Первое, вероятно, обусловлено более щелочной реакцией речных вод и наличием в них веществ, сорбирующих ТМ или образующих с ними нерастворимые соединения, а второе – с поступлением в реки грунтовых вод, обогащенных ионами марганца.

Общим для снеговых и речных вод является: 1) повышение концентрации ТМ и других поллютантов от истоков, находящихся на относительно экологически чистых территориях, к устьям, расположенным в загрязненных районах города; 2) превышение концентрации свинца, меди, марганца и цинка ПДК для вод рыбохозяйственного назначения.

Оценка суммарного уровня загрязнения вод ТМ по Zc подтвердила, что снег на водосборах и воды малых рек в истоках более чистые, чем устьях. Самыми загрязненными тяжелыми металлами являются воды реки Ельцовка – 1, от её истока к устью происходит увеличение значения Zc от низкого до очень высокого (рис. 3). Менее  загрязнены воды рек Тула и Каменка, где значения Zc меняются от низкого до высокого, а река Ельцовка- 2 может быть отнесена к не загрязненной, Zc не выходит за уровень низкого загрязнения.

Проведенное исследование  позволяет сделать вывод о том, что загрязнения  малых рек и снежного покрова их водосборов в целом схожи. Это дает основание полагать, что аккумулированные в снеге за зимний период тяжелые металлы и другие полютанты могут загрязнять с поверхностным стоком водоемы,  загрязняя их воды и донные отложения.

Изучение речных вод позволило выявить различие среднегодовых показателей качества вод между реками, изменение показателей по годам, увеличение загрязнения вод от истоков к устьям рек. Установлено, что в большинстве рек приоритетными загрязнителями вод, с учетом массы веществ и превышений их ПДК в водах рыбохозяйственного значения,  являются: взвешенные вещества, легко окисляемые органические соединения (определяемые по биологическому потреблению кислорода -  БПК), азот аммонийный, фосфаты, марганец. Обнаружено, что качественные и количественные характеристики загрязнения рек, в том числе кратность превышения поллютантами ПДК различны и зависят от загрязненности снега и почв их водосборов, характера и количества, талых, ливневых и сточных вод, поступающих в водоемы с прилегающих территорий. Поэтому малые реки Новосибирска наряду с общими чертами имеют индивидуальные особенности загрязнения их вод и донных отложений.

zc

Рис. 3. Уровни суммарного загрязнения (Zc) снеговых и речных вод в истоках и устьях малых рек Новосибирска

Анализ результатов наших исследований и данных Центра гидрометеорологической службы (ЦГМС) выявил существенное и поликомпонентное загрязнении вод малых рек. На это указывают высокие значения коэффициента комплексного загрязнения вод (ККЗВ) в речных водах -  от 25,0 до 50,0 % (рис. 4).

Оценка вод малых рек по удельному комбинаторному индексу загрязнённости воды (УКИЗВ) подтвердила выявленный по другим критериям высокий уровень их загрязнения, а также  тенденцию повышения его за изученный период и от верховьев к устьям рек. УКИЗВ воды малых рек Новосибирска за период с 2004 по 2007 гг. варьировался от очень загрязненного до грязного.

Наибольший вклад в общий уровень загрязненности речных вод вносили легкоокисляемая органика, аммонийный и нитритный азот, нефтепродукты, сероводород. Воды постоянно загрязнялись  железом, периодически – фенолами и магнием, а также ртутью и другим тяжелым металлам. Концентрация этих поллютантов, особенно марганца, в водах малых рек, многократно превышала ПДК. Анализ причин загрязнения вод как малых рек, так - Обь и Иня показал, что к ним относятся следующие: 1) попадание в реки неочищенных промышленных и хозяйственно-бытовых стоков, загрязненных талых и ливневых вод; 2) загрязнение долин и пойм рек свалками бытовых, промышленных и строительных отходов; 3) проведение в долинах и поймах рек строительных и других работ, усиливающих эрозию водную почв и грунтов. По этим же причинам загрязняются донные отложения рек, в которых поллютанты могут аккумулироваться и негативно влиять на качество вод и жизни водной флоры и фауны.

Оценка загрязнения речных вод по комплексному показателю загрязнения (КПЗ), показала, что из 6 поллютантов наибольший оценочный балл имеет марганец – 12,7, а алюминий – 11,2, медь -10, аммонийный азот, свинец и взвешенные вещества – по  9,6 баллов.  Эти поллютанты по их массовой доле и превышениям ПДК определяют общий уровень загрязнения вод по КПЗ.

Донные отложения водоемов часто являются конечным звеном миграции веществ в ландшафтах, а их химический состав отражает геохимические особенности водосбора, они традиционно используются при эколого-геохимических и санитарно-гигиенических исследованиях, в качестве индикатора состава, интенсивности и масштаба техногенного загрязнения окружающей среды на водосборных бассейнах, особенно малых рек (Янин, 2003).

Исследование донных отложений малых рек Новосибирска выявило, что они имеют слабо- и средне-щелочную реакцию среды, песчаный гранулометрический состав, повышенное для песчаных отложений содержание ТМ и высокую насыщенность ими глинистых частиц, диаметром менее 10 мкм (табл. 3).

Эти частицы, хорошо мигрирующие в воздушных и водных потоках, преобладают в составе твердых веществ снега, талых, ливневых и речных вод и насыщены ТМ и другими поллютантами. Поэтому они играют важнейшую роль в миграции химических веществ с загрязняемых водосборов в водоемы.

В донных отложениях рек Новосибирска накопление ТМ и их миграция в составе взвешенных веществ может происходить и вследствие нейтральной или слабощелочную реакцию среды вод малых рек. В этих условиях ионы Fe и Al – могут полностью осаждаться в форме гидроксидов и захватывать ионы  Zn, Ni и Cd. Накоплению ТМ в донных отложениях способствует присутствие в водах ионов аммония и фосфатов, органических и органоминеральных веществ, способных образовывать с ионами Cu и Cr не растворимые соединения.

Сопоставление количества ТМ в донных отложениях малых рек Новосибирска с  их средним содержанием в супесчаных и песчаных почвообразующих породах региона (медь – 11, цинк -24, свинец -7, никель – 16, хром – 16, марганец 160 мг/кг) показало, что отложения  рек  Ельцовка-1, Каменка и  Тула можно отнести к категории загрязненных. Основными причинами этого, как было сказано выше, являются смыв с водосборов обогащенных ТМ глинистых частиц поверхностного слоя почв и взвешенных веществах снегового покрова, а также образование и осаждение нерастворимых в воде форм химических соединений ТМ.     


Таблица 2

Средние концентрации тяжелых металлов в снеговых и речных водах Новосибирска в 2006-2008 годах.

Компоненты

ПДК, мг/дм3

Концентрации тяжелых металлов, мг/дм3

река Тула

река Каменка

Река Ельцовка -1

река Ельцовка-2

снеговые воды

речные воды

снеговые воды

речные воды

снеговые воды

речные воды

снеговые воды

речные воды

исток

устье

исток

устье

исток

устье

исток

устье

исток

устье

исток

устье

исток

устье

исток

устье

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

Свинец

0,006

0,028

0,032

0,007

0,008

0,042

0,112

0,008

0,007

0,005

0,011

0,005

0,005

0,020

0,016

0,005

0,008

Кадмий

0,005

<0,005

<0,005

0,005

0,005

<0,005

0,005

0,005

0,005

0,005

<0,005

0,005

0,005

<0,005

<0,005

0,005

0,005

Хром

0,02

<0,005

0,137

0,016

0,015

<0,005

0,014

0,009

0,014

0,007

0,064

0,009

0,058

0,008

0,011

0,007

0,009

Никель

0,01

<0,005

0,272

0,012

0,017

<0,005

0,022

0,012

0,021

0,009

<0,005

0,015

0,038

<0,005

<0,005

0,009

0,013

Медь

0,001

0,043

0,040

0,009

0,014

0,020

0,158

0,014

0,011

0,040

0,521

0,011

0,075

0,044

0,080

0,011

0,012

Марганец

0,01

0,070

0,102

0,701

0,763

0,054

0,292

0,537

0,466

0,052

0,217

0,171

0,718

0,054

0,095

0,122

0,253

Цинк

0,01

0,173

0,740

0,017

0,098

0,221

0,466

0,049

0,031

0,264

2,244

0,078

1,948

0,144

0,306

0,018

0,024


Рис. 4. Изменение значений ККЗВ в водах малых рек с 2005 по 2007 гг.

     Таблица 3

Насыщенность тяжелыми металлами донных отложений и их глинистой фракции

в  малых реках г. Новосибирска

(числитель - отложения в целом, знаменатель – глинистая фракция)

Река

рН

Физ.глина

Zn

Cu

Ni

Pb

Cd

%

мг/кг

Ельцовка-1

7,6

8,6

67

695

11

55

13

56

12

51

0,25

1,90

Плющиха

8,1

3,2

18

344

6

61

10

60

5

39

0,02

0,48

Камышенка

8,2

2,7

48

666

6

79

9

80

6

54

0,01

0,25

Тула

8,5

5,1

39

445

17

113

12

64

16

88

2,82

4,20

Расчеты масс загрязняющих веществ, выносимых в 2005-2008  гг.. малыми реками Новосибирска,  учитывавшие загрязнение вод, скорости и объемов их стока в устье малых рек, показали, что эти массы крайне незначительны, по сравнению с массой веществ, переносимых Обью (табл. 4).

Формально несущественное влияние малых рек Новосибирска на гидрохимический сток текущих через него вод Оби можно объяснить, прежде всего, незначительным суммарным объемом стока вод малых рек, составляющим 0,43% от стока Оби.  С учетом этого проведена оценка воздействия малых рек на воды Оби. Оценка была основана на следующих положениях. При равной концентрации компонентов в водах малых рек и Оби, доля в их выносе ею должна составить 0,43%. Если же воды малых рек грязнее вод Оби по какому-либо компоненту, его доля будет в ней больше  указанной величины, а если – чище, то быть ниже её.

Таблица 4

Доля вклада (в % от общего стока загрязняющих веществ рекой Обь)  стоков вод малых рек, реки Иня, право- и левобережья Оби  в Новосибирске

Компоненты

Поверхностный

сток малых рек

Поверхностный сток малых рек + пром. и хоз.-быт. стоки

Общий сток с учетом лево- и правобережья Оби и реки Иня

Сток вод

0,43

1,30

1,60

Сухой остаток

0,47

0,60

0,91

ХПК

0,14

0,18

0,27

БПК5

0,21

0,28

0,42

Нефтепродукты

1,12

1,45

2,18

Взвеш. в-ва

0,81

1,05

1,58

Аммоний

0,16

0,20

0,31

Нитриты

0,06

0,08

0,12

Нитраты

0,51

0,66

0,99

Сульфаты

0,15

0,19

0,29

Хлориды

1,17

1,52

2,28

Фосфаты

0,09

0,12

0,18

Фториды

3,00

3,90

5,85

Фенолы

1,13

1,47

2,21

СПАВ

0,28

0,37

0,55

Свинец

<0,01

<0,01

<0,01

Кадмий

<0,01

<0,01

<0,01

Хром

1,07

1,40

2,10

Никель

<0,01

<0,01

<0,01

Медь

0,60

0,78

1,17

Железо

0,20

0,26

0,39

Марганец

0,39

0,51

0,76

Цинк

1,45

1,88

2,82

Алюминий

0,38

0,49

0,73

Магний

<0,01

<0,01

<0,01

Исходя из выше сказанного, малые реки Новосибирска загрязняют воды Оби следующими 10 компонентами (по убыванию вклада): фторид-ион, цинк, хлорид-ион, фенолы,  нефтепродукты, хром,  взвешенные вещества, медь, нитрат-ион, сухой остаток (табл. 4).  Другими веществами малые реки не загрязняют воды Оби, поскольку в ее воде концентрации данных элементов выше.

Анализ многолетних данных выявил высокое варьирование концентрации загрязняющих веществ и их массы в водах, поступающих в разные годы с территории Новосибирска и его зависимость от многих факторов. Во-первых, от изменений гидрологических условий года, интенсивности снеготаяния и ливневых дождей, усиливающих или снижающих водную эрозию поверхности водосбора и снос с неё загрязняющих веществ в реки. Во-вторых, от хозяйственной деятельности на водосборе, в долине, пойме и русле Оби. В-третьих, от несанкционированных и аварийных сбросов загрязняющих веществ непосредственно в Обь.

Расчетные данные показали, что среднегодовой общий поверхностный сток загрязняющих веществ, поступающий с территории города  Новосибирска в реку Обь равен – 58 млн. тонн в год. За период с 2005 по 2008 годы, в последний год произошло самое значительное загрязнение обских вод. Произошедшее усиление загрязнение вод Оби, скорее всего, было обусловлено активизировавшейся деятельностью в её долине (строительство), а также расчисткой русел малых рек.

Глава 5. Предложения по улучшению качества городской среды, вод и донных отложений рек Новосибирска

Анализ загрязнения атмосферы, снегового и почвенного покрова, вод и донных отложений малых рек Новосибирска показал, что для уменьшения негативного влияния на них города и  улучшения в нем экологической ситуации, необходим следующий комплекс мероприятий. К ним относятся: разработка целевых программ по улучшению водной и воздушной среды, почвенного покрова города; реализация основных направлений Генерального плана развития города и проектов его детальной планировки, обеспечивающей экологически безопасное транспортное и промышленное развитие города; повышение ответственности и активности горожан в области  охраны окружающей среды и природопользования. Для выполнения указанных мероприятий предлагается: создать информационно-аналитическую систему экологического мониторинга и единую систему планирования и финансирования природоохранных мероприятий; разработать и реализовать предложения по упорядочению дорожно-транспортной и маршрутной сети, с учетом экологической обстановки в городе; закрытие и вывод за пределы города экологически вредных предприятий и производств, не сокращающих выбросы до нормативных; продолжить реализацию водоохранных мероприятий по снижению объема и качества сбросов сточных вод; развивать системы ливневой и бытовой канализации, включая строительство для них очистных сооружений; обустройство прибрежной полосы в водоохранной зоне реки Обь и малых рек в черте города, включая  расчистку и берегоукрепление рек и развитие вблизи них зон рекреации; решить проблемы организации свалок бытовых отходов на территории прибрежных зон рек и др.

ВЫВОДЫ

1. Основными источниками загрязнения окружающей среды г. Новосибирска служат атмосферные выбросы автотранспорта, предприятий промышленности и теплоэнергетики, сформировавшие на территории города разные по конфигурации и составу приоритетных поллютантов техногенные геохимические аномалии.

2. Состав и свойства вод снегового покрова города хорошо отражают уровень и специфику загрязнения его атмосферы, пространственное изменение количества и состава поллютантов с удалением от источника их эмиссии.

3. Техногенные геохимические аномалии по концентрации ТМ и As в твердых веществах снегового покрова города совпадают с контурами аналогичных аномалий  в почвах,  указывая на их аэротехногенный генезис.

4. Состав и количество поллютантов в снеге, почвах, водах и донных отложениях малых рек возрастают по направлению к центру города и реке Обь.

5. Из-за загрязнения, захламления и антропогенного нарушения поверхности водосборов и её эрозии воды малых рек Новосибирска по концентрации фтор, хлорид- и нитрат- ионов, цинка, фенолов,  нефтепродукты, хрома,  взвешенных веществ, меди, сухого остатка грязнее вод Оби, а в их руслах формируются загрязненные поллютантами наносы, что говорит о неудовлетворительном экологическом состоянии малых рек и необходимости его улучшения.

6. Общий сток вод с территории Новосибирска составляет 1,6% от стока вод Оби, поэтому влияние города на сток реки незначителен. Город загрязнет воды Оби ионами фтора, хлора, цинка и хрома, нефтепродуктами и фенолами, вклад которых в гидрохимический сток реки превышает значения доли водного стока. 

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

    • Сидорова М.Ю., Сысо А.И., Артамонов В.С., Ермолов Ю.В., Черевко А.С. Загрязнение атмосферы, снегового и почвенного покрова г. Новосибирска // Оптика атмосферы и океана. – 2005. – Т. 18. – № 8. – С. 663-669.
    • Сидорова М.Ю., Бортникова К.С., Шамова В.В. Влияние климатических условий и рельефа на экологическую ситуацию г. Новосибирска // Сибирский научный вестник. – 2004. – Вып.7, – Новосибирск. – С. 199-203.
    • Сидорова М.Ю., Шамова В.В. Состояние атмосферного воздуха г. Новосибирска по результатам снеговой съемки // Сибирский научный вестник. – 2005. – Вып. 8. – Новосибирск. – С. 197-199.
    • Сидорова М.Ю., Шамова В.В Состояние атмосферы по результатам снеговой съемки // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. – 2006. – Вып. 1. – С. 92-96.
    • Сидорова М.Ю. Оценка степени загрязнённости атмосферного воздуха г. Новосибирска по результатам снеговой съемки // Сборник материалов XI Международной экологической студенческой конференции "Экология России и сопредельных территорий. Экологический катализ". – 2006. – Новосибирск. – С. 4-5.
    • Сидорова М.Ю., Полянская А.С., Ершова И.А. Негативное влияние полигона твердых бытовых отходов на поверхностные водные объекты // Сибирский научный вестник. – 2007. – Вып.10. – Новосибирск. – С. 371-372.
    • Сидорова М.Ю. Водные объекты г. Новосибирска // Сибирский научный вестник. – 2007. – Вып.10. – Новосибирск. – С. 372-374.
    • Сидорова М.Ю. Оценка степени влияния урбанизированных территорий на состояние водных объектов, на примере г. Новосибирск // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. – 2011. – Вып. 1. – С. 376-378.
     
    Авторефераты по темам  >>  Разные специальности - [часть 1]  [часть 2]



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.