Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Анализ экологического состояния системы родников природного парка "Кумысная поляна" г. Саратова с использованием геоинформационных технологий

ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Анализ экологического состояния системы родников природного парка "Кумысная поляна" г. Саратова с использованием геоинформационных технологий"

005556272

На правах рукописи

МАРКИНА ТАТЬЯНА АЛЕКСАНДРОВНА

АНАЛИЗ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СИСТЕМЫ РОДНИКОВ ПРИРОДНОГО ПАРКА «КУМЫСНАЯ ПОЛЯНА» Г. САРАТОВА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

03.02.08 — экология (биология)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

4 ДЕК 2014

Ульяновск - 2014

005556272

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»

Научный руководитель: Научный консультант:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор биологических наук, профессор Тихомирова Елена Ивановна

доктор технических наук, доцент Бобырев Сергей Владимирович

Сергеева Ирина Вячеславовна,

доктор биологических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова», кафедра ботаники и экологии, заведующая кафедрой Бакаева Елена Николаевна, доктор биологических наук, ФГБУН «Институт водных проблем» РАН, отдел гидрохимии, ведущий научный сотрудник

ФГБУН «Институт проблем экологии и эволюции имени А.Н. Северцова» РАН

Защита состоится «26» декабря 2014 г. в 12 ч. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.278.07 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ульяновский государственный университет» по адресу: г. Ульяновск, Набережная реки Свияги, 106, корп. 1, ауд. 703.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ульяновского государственного университета, с авторефератом - на сайте ВУЗа http://www.uni.ulsu.ru и на сайте Высшей аттестационной комиссии при Министерстве образования и науки Российской Федерации - http://vak.ed.gov.ru.

Отзывы на автореферат направлять по адресу: 432017, г. Ульяновск, ул. Л. Толстого, 42, Ульяновский государственный университет, Отдел послевузовского и профессионального образования.

Автореферат разослан « /1& » /СШ4Ы 2014

Учёный секретарь диссертационного совета кандидат биологических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Одной из актуальных проблем современной прикладной экологии является организация экологического мониторинга водных объектов и контроль качества питьевой воды как необходимого условия обеспечения безопасности здоровья населения Российской Федерации (ФЗ от 30.03.1999 N 52-ФЗ (ред. от 25.11.2013) «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения»; Онищенко, 2012). Контроль качества воды является обязательным и проводится в соответствии с нормативными требованиями, определенными стандартами и санитарными правилами.

Анализ современной экологической ситуации показывает, что использование воды поверхностных источников для питьевых целей достаточно проблематично ввиду их существенной уязвимости к загрязнениям, необходимости постоянного экологического мониторинга качества воды и использования дополнительных финансово-затратных технологий по ее очистке. Эта проблема актуальна для всех волжских городов, которые используют для питьевого водоснабжения населения воду из водохранилищ, образующих волжский каскад (Елисеев, 2003; Цхай, 2001; Лукьяненко, 2002; Орлов с соавт., 2012; Логашова, Тихомирова, 2008; Логашова, 2009). В то же время вода из родников традиционно использовалась в быту, а также в лечебных и рекреационных целях (Альтовский, 1938; Лебедев, 1967; Ковалевский, 1963, 1976, 1997, 2002, 2003; Коноплянцев, 1963, 1967; Семенов, 1963, 1997, 1998, 2002; Саваренский, 1934; Липацкова, 1973 и др.). В последнее время население все активнее использует родники в качестве альтернативных источников чистой питьевой воды (Приваленко, 1999, 2003; Воронов, 1999, 2003; Гречканев, 2000; Сивохил, 2002; Назаренко, 2005). Родниковые воды в широком ассортименте представлены в бутилированном виде. Среди населения г. Саратова особо популярны родники ГУСО «Природного парка (ПП) «Кумысная поляна» (Орлов, 2003, 2008, 2012).

В настоящее время под влиянием экологических факторов, преимущественно антропогенного характера, режим источников и качество воды в них существенно изменяются. По данным ряда авторов (Цхай, 2001; Лукьяненко, 2002; Орлов и др., 2012; Бакаева и др., 2013), существует объективное противоречие между тенденцией роста водопотребления при повышении требований к качеству воды и прогрессирующим отрицательным влиянием антропогенных факторов на водные объекты. Поэтому, в первую очередь, необходимо решить проблему оптимизации использования естественных ресурсов и проблему разработки методов снижения антропогенного воздействия на окружающую среду (Розенберг, 2000; Сергеева, 2006; Зинченко, 2007; Рахманин, Михайлова, 2006; Орлова и др., 2007; Фролова и др., 2007; Онищенко, 2007, 2008; Кашапов и др., 2008; Коныпина и др., 2008; Кубасов, Кубасова, 2008; Околелова и др., 2008; Тихомирова и др., 2010; Payment Р., 2000). Важной задачей в области природообустройства и водопользования является разработка рекомендаций по охране, восстановлению и использованию родников. Данная проблематика актуальна как в целом для РФ, так и в региональном плане. Это подтверждается такими документами, как Постановление Правительства Москвы «О сохранении, обустройстве и использовании природных родников на территории города Москвы (от 30 мая 2000 года N 399 с изменениями на 30 сентября 2003 года), Постановление мэра города Саратова «О родниках г. Саратова» (от 11.04.2002 N 314), Постановление Правительства Саратовской области «О мероприятиях по содержанию и обустройству родников на территории Саратовской области» (от 29 января 2004 года№ 18-П) и др.

Проблемы водопользования родников г. Саратова изучались рядом авторов (Орлов, 2008; Курсков, Растегаев, 2013 и др.), контроль качества воды основных используемых для питьевых нужд родников ведет санитарно-эпидемиологическая служба города и области (доклад «О санитарно-эпидемиологической обстановке в Саратовской области в 2011 г.»). Однако в целом системную информацию о родниках нельзя считать достаточной. В частности, не изучен вопрос о взаимосвязи биоэкологических, геоэкологических, морфологических и гидрологических данных по отдельным родникам и родниковой системе в целом; о путях попадания в водоносные потоки родников загрязнений с поверхности. Кроме этого, необходимо провести анализ экологического состояния родников как водных объектов, а также состояния и особенностей окружающих их экосистем. Все эти задачи на настоящий момент не могут быть решены в полном объеме без использования современных информационных технологий и геоинформационных систем, позволяющих наиболее адекватно оценить экологические риски и выработать мероприятия по рациональному использованию родников в качестве источников водоснабжения населения.

Возможность использования программно-аппаратного комплекса и базы данных для экологического мониторинга водных объектов показана в работах Е.А. Зилова (2004), Г.М. Баренбойм (2008), C.B. Бобырева с соавторами (2009-2013), H.A. Угланова с соавторами (2011-2013). Представляло научный и практический интерес модифицировать разработанные методологические подходы IT и ГИС для задач экологического мониторинга родников.

Целью работы являлись анализ экологического состояния системы родников природного парка «Кумысная поляна» г. Саратова и создание эколого-функциональных моделей для обоснования рационального использования родников.

Задачи исследования:

1. Проведение экологического мониторинга качества питьевой воды родников ПП «Кумысная поляна» г. Саратова по химико-аналитическим, микробиологическим и санитарно-гигиеническим показателям за период 2009 -2013 гг.; сравнительный анализ экологического состояния родников за период 2003-2013 гг.

2. Составление «минерального портрета» воды родников ПП «Кумысная поляна» г. Саратова по данным анализа микроэлементного состава воды, выполненного методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой.

3. Создание эколого-функциональных моделей, отражающих геоэкологические особенности территории ПП «Кумысная поляна» с родниками, движения водных потоков, фильтрации атмосферных осадков (снег, дождь) и проникновения загрязнений в родниковые водные потоки с использованием геоинформационных технологий.

4. Разработка структуры базы данных для экологического мониторинга родников ПП «Кумысная поляна» и совершенствования системы паспортизации родников.

5. Обоснование рекомендаций по рациональному природопользованию родников ПП «Кумысная поляна» г. Саратова и совершенствованию их экологического мониторинга.

Научная новизна. Впервые проведен комплексный экологический мониторинг системы родников ПП «Кумысная поляна» г. Саратова, получены и проанализированы данные за 2009-2013 гг. Исследования родников по гидрологическим, химико-аналитическим, токсикологическим, санитарно-эпидемиологическим и микробиологическим показателям позволили разработать

оптимальные с экологических позиций условия их использования для питьевого водопользования населения г. Саратова.

Впервые создан «минеральный портрет» исследуемых родников по данным масс-спектрометрического анализа, позволяющий дифференцировать загрязнения природного и антропогенного происхождения.

Проведенный кластерный анализ родниковых вод ГШ «Кумысная поляна» по традиционной и разработанной авторской программе позволил обосновать взаимосвязь биоэкологических, геоэкологических, морфологических и гидрологических данных по отдельным родникам и родниковой системе в целом.

Впервые разработана инновационная методика экологического мониторинга водных объектов на основе современных информационных технологий, позволяющая осуществлять прогнозирование процессов, протекающих в родниках, и оценивать степень антропогенной нагрузки. Разработаны структуры базы данных для родников г. Саратова, созданы модели движения водных потоков родников, фильтрации атмосферных осадков (снег, дождь) и проникновения загрязнений, процессов загрязнения родниковых систем и алгоритмы прогнозирования их состояния на основании результатов экологического мониторинга.

На основании проведенного экологического мониторинга, кластерного анализа, а также математического моделирования обоснована необходимость усовершенствования паспортизации родников.

Практическая значимость. Полученные результаты экологического мониторинга родников ПП «Кумысная поляна» г. Саратова позволили разработать рекомендации по их рациональному природопользованию и благоустройству прилегающей территории.

Предложенные методические подходы с использованием 1Т и ГИС могут быть востребованы при создании экспертной системы, отображающей полную и точную информацию об экологическом состоянии родников; адекватной оценке экологических рисков, а также при мониторинге состояния родников на фоне различных внешних воздействий, в том числе и антропогенного характера. Полученные данные могут быть использованы при оценке современного состояния родников г. Саратова и Саратовской области.

Результаты исследований вошли в Сборник информационно-методических материалов «Гигиенические вопросы питьевого водоснабжения сельского населения Саратовской области» (2010), а также внедрены в учебный процесс кафедры экологии Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А., используются при чтении лекций и проведении практических занятий по курсу «ГИС в экологических исследованиях» при подготовке бакалавров и магистров по направлению «Экология и рациональное природопользование», а также при проведении летних полевых практик и подготовке курсовых и дипломных работ студентов-экологов.

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены и обсуждены на научных конференциях: Всероссийской научно-практической конференции «Социальные проблемы медицины и экологии» (Саратов, 2009); 1-3-й Всероссийских научно-практических конференциях «Экология: синтез естественно-научного, технического и гуманитарного знания» (Саратов, 2010-2012); Всероссийских научно-практических конференциях с международным участием «Экологические проблемы промышленных городов» (Саратов, 2011, 2013); Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-24» (Саратов, 2011); Международной научной конференции «Современные проблемы

загрязнения окружающей среды» (Тенерифе, 2012); Международном конгрессе «International and Communication Technologies in Education, Manufacturing and Research» (Саратов, 2012); Международной научной конференции «Компьютерное моделирование в науке и технике» (Андорра, 2012); Международной научной конференции «Проблемы экологического мониторинга» (Рим-Флоренция, 2012); Всероссийской научной конференции с международным участием «Актуальные проблемы экологии Волжского бассейна» (Тольятти, 2013); научных конференциях студентов и аспирантов Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А. (Саратов, 2009-2013); Всероссийской научной конференции «Человек, экология, культура» (Саратов, 2014).

Результаты исследований были представлены в рамках VI Саратовского салона изобретений, инноваций и инвестиций (Саратов, 2011), где были получены диплом I степени и ценный приз за «Лучший молодёжный проект 2011 года», на выставках научно-технического творчества молодежи в рамках Фестивалей науки (Саратов, 2012, 2013) и конкурсе «У.М.Н.И.К. - 2011» фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (Саратов, 2011).

Работа выполнена в рамках ОНН СГТУ «Оценка действия экологических (антропогенных) факторов на состояние окружающей среды и здоровье населения» (2009-2010); гранта АВЦП «Разработка инновационной методологии мониторинга и прогнозирования состояния водных экосистем региона на основе современных информационных технологий» (СГТУ-331, 2011) и гранта ФЦП «Разработка инновационной IT-методологии мониторинга и прогнозирования состояния экосистем в условиях повышенной антропогенной нагрузки» (СГТУ-7, 2012-2013).

Личный вклад автора

Автором проведен анализ литературных источников по теме диссертации. Планирование экспериментальных исследований и подбор методов для достижения поставленной цели проведены совместно с научным руководителем и научным консультантом. Полевые и экспериментальные исследования выполнялись автором лично или при непосредственном участии в составе научной группы в период с 2009 по 2013 гг. Обработка полученных данных, их интерпретация и оформление, а также разработка практических предложений по мониторингу родников г. Саратова осуществлены автором самостоятельно.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 работ, в том числе 4 статьи в журналах из списка рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, главы «Материалы и методы», четырех глав экспериментальных исследований, заключения и выводов, а также списка использованной литературы.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Обоснованы генезис и сходство гидрохимического состава родников, функционирование системы родников на территории ПП «Кумысная поляна»; различия по ряду показателей (повышенная жесткость воды, минерализация и т.д.) обусловлены гидрогеологическими и геоморфологическими особенностями.

2. Вода родников ПП «Кумысная поляна» г. Саратова по данным гидрологических, химико-аналитических, санитарно-гигиенических и микробиологических исследований соответствует требованиям, предъявляемым к качеству питьевой воды, и может быть использована для питьевых и бытовых нужд населением г. Саратова, за исключением родника «Токмаковский»; сравнительный анализ данных 2003-2013 г. свидетельствует о снижении дебита исследуемых родников.

3. В системе родников ПП «Кумысная поляна» г. Саратова выделены три группы, различающиеся по основным экологическим показателям на основании методов традиционного кластерного анализа и авторской программы группирования родников.

4. Разработаны эколого-функциональные модели, позволяющие оценить геоэкологические особенности территории ПП «Кумысная поляна» с родниками, проанализировать движение водных потоков, фильтрацию атмосферных осадков (снег, дождь) и проникновение загрязнений в родниковые водные потоки; на основании этих моделей создана база данных для хранения результатов экологического мониторинга родников.

5. Даны рекомендации по рациональному природопользованию родников ПП «Кумысная поляна» г. Саратова и совершенствованию их экологического мониторинга с использованием ГИС-технологий; обоснована необходимость усовершенствования системы паспортизации родников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследования и пути их решения, ее научная новизна и практическая значимость, приведены положения, выносимые на защиту.

ГЛАВА 1. РОДНИКИ КАК ОБЪЕКТЫ ВОДОПОЛЬЗОВАНИЯ НАСЕЛЕНИЯ

(ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)

В главе приводится анализ публикаций, монографий, обзорных и оригинальных статей отечественных и зарубежных авторов по вопросам изучения запасов и качества подземных вод, проблемам их загрязнения, системе мониторинга водных объектов в РФ, а также по вопросам моделирования различных процессов, происходящих в водных объектах.

Даны понятие и различные классификации источников в зависимости от свойств, условий залегания, движения и т.д.; по приуроченности к отдельным типам подземных вод; обусловлены факторы их образования. Рассмотрены основные источники загрязнения родников, методы экологического мониторинга подземных вод и источников.

В главе дан анализ современной нормативной документации, регламентирующей требования по гидрологическим, химико-аналитическим, санитарно-гигиеническим и микробиологическим показателям - а именно: основы гигиенической оценки безопасности и качества питьевой воды (СанПиН 2.1.4.1175— 02, СанПиН 2.2.4-171-10, СанПиН 2.1.4.12-23-2006, Директива ЕС 98/83).

В главе проанализированы гидрологические и геоморфологические исследования территории ПП «Кумысная поляна» г. Саратова ряда авторов (Востряков, 1977; Иванов и др., 2007, 2010, 2012; Шешнев, 2010, 2012).

Приведены данные об использовании современных геоинформационных технологий в мониторинге водных объектов. Отмечено отсутствие в доступной литературе информации об описании модельных процессов, протекающих при инфильтрации атмосферных осадков, загрязнении подземных вод и использовании информационных технологий при мониторинге родников.

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Объектом исследований являлись родники (21 родник), расположенные на территории ПП «Кумысная поляна» г. Саратова, которые активно используются населением в качестве альтернативных источников питьевой воды (рис. 1).

о о

о

о

ф ф

ф ~

1. Свято-Алексеевский 8. На 9-й Дачной 15. Корольков сад

2. Лесная республика 9. Богатырский 16. Рокотовский

3. Серебряный 10. Малиновый 17. Мочиновский

4. Восход 11. Татарский 18. Алтыногорский

5. Верхний 12. Поющий 19. Ударник

6. На 8-й Дачной 13. В Октябрьском ущелье 20. Лесной

7. Андреевский 14. Горный ключ 21. Токмаковский

Рисунок 1 - Карта-схема исследуемых родников природного парка «Кумысная поляна»

Отбор проб воды исследуемых родников осуществляли согласно ГОСТ Р 515932000 «Вода питьевая. Отбор проб». Лабораторно-аналитические исследования проводили на базе НОЦ «Промышленная экология» кафедры экологии СГТУ имени Гагарина Ю.А. и в аккредитованной испытательной лаборатории «ЭкоОС» СГТУ в период 2009-2013 гг.

Исследования проводили с 2009 по 2013 гг. в весенний, летний, осенний и зимний периоды.

Дебит источников рассчитывали согласно СанПиН 2.1.4.1175-02. Определяли температуру; органолептические показатели: прозрачность воды и запах (РД 52.24.496-2005), цветность (РД 52.24.497-2005) и мутность (РД 52.08.104-2002); гидрохимические показатели: рН, щелочность и жесткость воды, перманганатную окисляемость, содержание растворённого кислорода, БПК5 БПКо6щ , ХПК; содержание

ионов - СГ , NH4+, N02" , N03" , S04"2, Fe (общее); присутствие фенолов, ПАВ, нефтепродуктов, сухой остаток. Все показатели определяли по аттестованным методикам в соответствии с ГОСТами, РД или ПНД на поверенном оборудовании.

Микроэлементный анализ родниковой воды проводили с помощью масс-спектрометрического исследования на масс-спектрометре Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer с системой обработки данных VGPG SxCell на базе Центральной аналитической лаборатории Государственного научно-исследовательского института промышленной экологии Нижнего Поволжья (г. Саратов).

Микробиологические исследования включали определение содержания мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов (КМАФАнМ), общих колиформных бактерий (ОКБ), общего микробного числа, термотолерантных колиформных бактерий, колифагов (МУК 4.2671 - 97).

В работе были использованы параметрические и непараметрические методы анализа; при моделировании водной экосистемы использовали методы, описанные в работах В.Г. Царегородцева, H.A. Погребной (1998); C.B. Шайтуры (1998); Д. Андерсона (2004); Р. Хаггарти (2005); R. Scally (2006); P. Kumar (2006); Р. Fu (2008); C.B. Бобырева с соавт. (2011, 2013, 2014). Для кластерного анализа исследуемых родников были использованы программа Statistica 6.0 и авторская программа, разработанная в среде MATLAB 7.0 (Маркина и др., 2014).

Экологический мониторинг проводили с использованием программно-аппаратного комплекса (базовых моделей исследуемых процессов, алгоритмов обработки информации, структуры базы данных и т.д.), разработанного C.B. Бобыревым, H.A. Углановым, Т.А. Маркиной (2010-2013 гг.).

Статистическую обработку экспериментальных данных проводили по общепринятым методикам (Плохинский, 1970; Лакин, 1973; Ашмарин и др., 1978). Расчёт результатов осуществляли с применением пакета прикладных программ Statistica 6.0 (for Windows; «Stat Soft Inc», США), Statgraph (Version 2.6; Coulter), Microsoft SMS 2003 (for Windows XP). Компьютерное моделирование велось с помощью пакета программ Matlab 6.5. Статистические результаты считались достоверными при р<0,05.

ГЛАВА 3. ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ РОДНИКОВ ПИ «КУМЫСНАЯ ПОЛЯНА» Г. САРАТОВА ПО ДАННЫМ МОНИТОРИНГА

ЗА 2009-2013 гг.

Оценка органолептических и химико-аналитических показателей воды исследуемых родников

По результатам химико-аналитического контроля качества воды было установлено, что общая жесткость воды большинства родников колеблется в пределах нормы (4-9 °Ж), за исключением родников у санатория Октябрьское ущелье, Мочиновский и Токмаковский, где этот показатель достаточно велик (10,65°Ж, 12,6°Ж, 17,32°Ж соответственно). Содержание хлорид-ионов, а также нитрит-ионов и нитрат-ионов во всех исследуемых пробах воды не превышало предельно допустимых концентраций (ПДК), установленных для питьевых вод. Наибольшее содержание сульфат-ионов, значение которых не укладывалось в рамки гигиенических нормативов, выявлено в пробах воды родника Токмаковский (512,8 мг/дм3). На рисунке 2 представлены данные экологического мониторинга качества воды родника Малиновый за 2003, 2006, 2009 и 2013 гг.; выявлено резкое снижение дебита (показатель 8). В диссертационной работе дано подробное описание

этих показателей по всем исследуемым родникам. Анализ данных показал выраженную тенденцию в снижении дебита источников, что может быть обусловлено целым рядом факторов природного и антропогенного характера.

■ 200Э

ё

Й %

С

I

В целом по комплексу этих показателей можно сделать заключение, что качество воды исследуемых родников соответствует СанПиН 2.1.4.1175-02 «Гигиенические требования к качеству воды нецентрализованного водоснабжения. Санитарная охрана источников», т.е. вода пригодна для питьевого использования (СанПиН 2.1.4.1175-02). Исключение составляет качество воды родника в Токмаковском овраге, где наблюдается превышение нормативов ПДК по жесткости, сульфатам, сухому остатку. Таким образом, вода из этого родника не рекомендуется к использованию для питьевых целей.

Определение микроэлементного состава исследуемых родников Исследование проб воды родников методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой позволило выявить присутствие в ней всех изотопов химических элементов и провести их сравнительный анализ. Отмечено присутствие во всех пробах вод в достаточном количестве биогенных элементов. Они необходимы макроорганизму в составе жизненно важных ферментов и участия в обменных процессах (К, Р, Ре, Си и др.). Отмечено умеренное содержание лития и практически полное отсутствие кадмия и опасного бериллия, что также характеризует эти воды с положительной стороны (рис. 3).

Содержание ряда элементов от титана до селена было в норме. Превышений рыбохозяйственных вод по ПДК для ртути, урана и других тяжелых металлов во всех исследуемых пробах воды не обнаружено (таблица).

Выявлено незначительное превышение по бериллию в роднике Малиновый, по вольфраму - в роднике Серебряный, в ряде родников (Серебряный, Малиновый, Свято-Алексеевский, в Октябрьском ущелье) обнаружен рений. Концентрацию тория во всех источниках, несмотря на неопределенный до сих пор уровень ПДК по этому элементу, следует признать соответствующей фоновому значению, присущему водным пресноводным системам на территории Саратовской области (Курсков и др., 2013).

1 -рН

2 - Жесткость общая, ммоль/дм3

3 - Нитраты. НО"1 мг/дм3

4 - Хлориды, * 10 мг/дм3

5 -Сульфаты. *1О мг/дм3

6 -Сухой остаток. * 10"1 мг/дм3

7 -окисляемость перманганат-ная. *10"' мг/дм3

8 - Дебит, л/с

Рисунок 2 - Данные химико-аналитического контроля качества воды родника Малиновый за 2003-2013 гг.

Таблица - Элементный и микроэлементный состав воды родников г. Саратова (данные масс-спектромегрического анализа 2009-2013 гг.)

Элементы ПДК рх-в, мг/л Три богатыря Татарский Серебряный Малиновый в Октябрьском ущелье Свято- Алексеевский Андреевский Поющий

Литий 80-30 6,5±0,3 7,32±0,31 16,2±0,8 25,2±1,2 15,3±0,8 11,4±0,9 13,2±0,6 18,7±0,28

Бериллий 0,3-0,2 0,001 ±0,0002 0,002±0,0001 не определен 0,020±0,001 0,002±0,0001 0,001±0,00001 0,004±0,0001 0,004±0,0001

Бор 500-500 26,0±1,3 15,0±0,7 17,7±0,8 57,3±1,6 83,0±5,6 37,9±1,8 25,8±1,3 19,6±0,9

Натрий 120000-200000 5600,0±25,8 4190,8±11,2 3471,3±3,7 39460,0±12,5 25365,0±38,5 7982,6±12,5 15887,0±16,8 23657,0±19,3

Магний 40000-50000 2200,0±54,9 2480,4±19,3 1473,8±7,6 5160,0±7,6 4780,0±48,3 3150,0±31,4 3840,0±8,7 1756,8±27,6

Алюминий 40-200 0,43±0,02 0,23±0,01 0,415±0,021 0,4 ±0,01 0,39±0,02 0,26±0,002 0,53±0,015 0,18±0,01

Кремний 1000-10000 3387,0±23,8 3677,7±12,3 2658,4±33,9 4036,4±4,3 2854,3±15,2 3120,0±19,3 4756,3±10,4 3670,0*36,7

Фосфор 50-200 12,0±0,6 12,50±0,65 8,7±0,4 8,0±0,4 9,5±0,4 7,6±0,3 8,1±0,09 6,9±0,21

Калий 50000-30000 4490,2±48,3 6230,5±7,6 2855,0±19,3 5548,3±17,7 10270,0±12,5 4584,4±13,8 3645,6±17,7 4215,0±48,3

Кальций 180000-н 15500,3±173,6 13100,0±59,1 21940,0±12,5 66280,0±9,5 103280,0±17,7 56685,0±48,3 17237,8±19,3 25380,0±12,5

Титан 60-100 1,4±0,07 0,30=Ш,01 0,67±0,03 1,70±0,03 1,3±0,06 0,7±0,02 1,23±0,04 0,9±0,04

Ванадий 1-100 3,1±0,15 2,Ю±0,12 0,22±0,01 1,93±0,08 1,7±0,03 2,18±0,02 0,9±0,01 1,3±0,05

Хром 50-500 3,86±0,65 2,20±0,15 0,83±0,11 2,30±0,04 1,6±0,06 0,56±0,012 1,8±0,1 1,5±0,06

Марганец 10-100 1,82±0,09 1,3±0,03 0,096±0,002 0,74±0,02 1,22±0,025 0,35±0,002 0,8±0,04 0,13±0,01

Железо 100-300 22,4±3,7 19,30±0,95 20,57±2,41 48,1±1,9 53,4±2,7 16,3±0,8 28,4±2,8 36,9±1,8

Кобальт 10-100 0,70±0,03 1,1 ±0,04 0,156±0,020 1,1 ±0,02 0,45±0,003 0,18±0,005 1,33±0,02 0,86±0,02

Никель 10-20 9,6±0,9 6,6±Ю,3 4,46±0,77 5,5±0,2 7,14±0,32 6,3±0,03 5,8±0,3 4,3 ±0,2

Медь 1-1000 1,5±0,07 0,50±0,01 0,36±0,02 1,5±0,03 0,8±0,03 1,6±0,04 0,75±0,01 0,5±0,02

Цинк Ю-1000 0,80±0,03 0,50±0,01 4,2±0,2 0,6±0,02 1,30±0,02 5,8±0,13 2,3±0,02 3,6±0,2

Мышьяк 50-10 0,7±0,3 0,50±0,01 0,504±0,02 1,2±,0,06 0,36±0,02 0,75±0,02 1,4 ±0,07 0,8±0,03

Селен 2-10 7,5±0,3 1,30±0,06 22,6±1,3 8,1 ±0,9 4,2±0,02 8,4±0,5 9,3 ±0,4 12,5±0,9

Стронций 400-7000 573,0±25,8 934,2±8,7 145,3±7,7 756,8±7,6 359,7±8,3 618,2±5,8 113,7±5,6 452,8±8,7

Молибден 1,2-250 0,30±0,01 не определен 7,3±0,3 14,2±0,7 2,9±0,03 25,6±1,3 17,9±0,5 7,5±0,02

Серебро н-50 не определен не определен не определен 0,090±0,001 не определен не определен не определен не определен

Кадмий 5-1 не определен не определен 0,178±0,005 не определен не определен не определен не определен не определен

Барий 740-700 0,6±0,03 4,3±0,2 0,99±0,05 1,50±0,02 1,1 ±0,05 0,8±0,01 2,53±0,05 0,8±0,01

Вольфрам 0,8-50 не определен не определен 0,080±0,003 не определен не определен не определен не определен не определен

Ртуть 0,01-0,5 0,40±0,02 0,10±0,003 0,24±0,01 0,30±0,01 0,23±0,01 0,17±0,06 0,03±0,0001 0,15±0,03

Таллий н-0,1 0,05±0,001 не определен 0,002±0,0001 не определен 0,001±0,0001 0,002±0,0001 не определен 0 не определен

Свинец 6-10 0,001 ±0,0002 0,001±0,0002 0,042±0,002 0,006±0,0001 0,001±0,0001 0,015±0,0002 0,063±Ю,003 0,033±Ю,0006

Уран н-100 0,7±0,2 0,7±0,1 1,6±0,03 2,40±0,12 3,6±С,04 8,3 ±0,2 0,9±0,04 1,4±0,07

Бром 1350-200 48,1±2,4 50,0±2,5 71,6±3,4 180,0±2,4 63,5±1,3 95,4±4,3 70,2±2,7 52,8±1,7

Иод 200-125 ио±о,об 0,90±0,04 18,2±0,9 3,3±0,1 16,6±0,4 4,3±0,2 2,7 ±0,1 9,8±0,6

Германий н-н не определен не определен не определен 0,07±0,001 не определен 0,03±0,001 0,05±0,001 не определен

Рений н-н не определен не определен 0,05±0,001 0,03±0,001 0,04 ±0,001 0,03±0,001 не определен не определен

Концентрация других микроэлементов находилась в диапазонах, не превышающих шкалу предельно допустимых концентраций химических элементов, которые были приняты для водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования (МУ 2.1.5.720-98).

Полученные результаты позволили сделать заключение, что минеральный состав исследуемых вод достаточно благоприятный. Таким образом, по микроэлементному и элементному составу вода исследуемых родников ПП «Кумысная поляна» пригодна для питьевого использования. К недостаткам исследуемых вод можно отнести достаточно малую концентрацию йода и марганца (ниже среднестатистической нормы), обычную для воды минеральных пресных источников. Используя данные масс-спектрометрического анализа, был разработан «минеральный портрет» воды родников ПП «Кумысная поляна», по которому в дальнейшем можно следить за изменениями микроэлементного состава и достаточно легко определять наличие загрязнений, имеющих техногенное происхождение (Маркина и др., 2010).

Микробиологические исследования воды родников

В рамках экологического мониторинга 2009-2013 гг. была проведена микробиологическая оценка воды родников ПП «Кумысная поляна». На основании исследований содержания в пробах воды санитарно-показательных микроорганизмов судили о соответствии качества воды МУК 4.2671 - 97. Полученные результаты позволили оценить сезонную динамику численности общих колиформных бактерий, а также мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов. Исследования показали, что за период 2009-2013 гг. во всех пробах воды из всех исследуемых родников значения общего микробного числа (ОМЧ) было в пределах нормы, однако стабильно выявлялись общие колиформные бактерии (ОКБ) в диапазоне от 10 до 40 КОЕ/л независимо от сезона года. В некоторых родниках (Серебряный, Поющий, Родник на 9-й Дачной, Мочиновский, Токмаковский) в весенний период число ОКБ достигало 60 КОЕ/л (рис. 4), в то время как СанПиН 2.14.1175-02 предусматривает отсутствие ОКБ в 100 мл воды.

Анализ присутствия ОКБ в воде родников позволил установить, что в весенний период поступление этих бактерий, возможно, связано с попаданием в родники большого количества органических веществ с талыми водами. В летний период число ОКБ напрямую обусловлено высоким температурным режимом и возрастающей антропогенной нагрузкой.

Исследование родниковых вод на наличие КМАФАнМ показало, что в среднем численность указанных микроорганизмов не превышала 50 КОЕ/мл - т.е. соответствовала нормам, допустимым СанПиН 2.14.1175-02, который предусматривает не более 100 КОЕ/мл.

При микроскопировании мазков из выросших колоний при посеве проб воды из родников ПП «Кумысная поляна» были выявлены преимущественно грамотрицательные палочки с закругленными концами, бациллы и небольшое количество кокковых форм. Анализ морфологии колоний на питательных средах, особенностей их роста, культуральных и биохимических свойств, тинкториальных особенностей клеток при окраске мазков из выросших колоний позволил отнести грамотрицательные палочки к псевдомонадам.

Термотолерантные сульфитредуцирующие клостридии, используемые в качестве показателя недавнего фекального загрязнения, за период наших исследований родниковой воды выделены не были (Маркина и др., 2013).

—•— Лесная Республика -•-Восход —*— Верхннй

На 8-ой Дачной Горный ключ —РОКОТОВСКИН

—IМочиновскнн

-Алтыногорский

—— Уцарннк —■— Токмаковскнй —»—Лесной

—*—Малиновый

И Сер ебр яный

—»—Татарский

11 Богатырский

—Андреевский

в Октябрьском ущелье —»—Свято-

Ал ексеевскиП -На 9-ой Дачной

-В Корольковом саду

—•—Поющий

Рисунок 4 - Динамика численности ОКБ в исследуемых родниках (А и Б)

ГЛАВА 4. КЛАСТЕРНЫЙ АНАЛИЗ РОДНИКОВЫХ ВОД ПП «КУМЫСНАЯ ПОЛЯНА» Г. САРАТОВА

Санитарно-гигиенические, гидрологические, физико-химические и микробиологические показатели, характеризующие экологическое состояние родников как сложной системы, как правило, носят случайный характер с большими значениями дисперсий. В этих условиях трудно сформировать группы родников, внутри которых методы водо- и природопользования имеют одинаковый характер и одинаково эффективны.

Для кластерного анализа исследуемых родников была использована программа 31аи81:ка 6.0, в которой реализованы иерархические агломеративные методы формирования кластеров. Для формирования кластеров был выбран метод одиночных связей.

Основное отличие между кластерами вызвано расхождениями по тринадцати показателям: физические показатели (дебит); химические показатели (рН, жесткость

общая, сухой остаток, нитраты, хлориды, сульфаты, железо общее, окисляемость пермангаиатная); микробиологические показатели (ОМЧ), антропогенная нагрузка (посещаемость, приближенность транспорта), геологические (принадлежность к водоносному горизонту). Результаты представлены на дендрограмме (рис.5).

21 16 17 9 20 14 18

15 2 10 10 3 б 5 13 12 1

Рисунок 5 - Результаты кластерного анализа, проведенного с помощью типовой процедуры программы 81айзйса 6.0

Однако при разбивке на кластеры с учетом сразу всех показателей проблематично дать ясную интерпретацию. Более перспективным представляется рассмотрение образования кластеров по парам или тройкам параметров. Для выполнения этого была разработана в системе Ма11аЬ программа группирования родников «Родник-^гоир» для выявления взаимосвязи отдельных биоэкологических, геоэкологических, морфологических и гидрологических характеристик. При этом группирование родников по количеству анализируемых признаков проводили в двухмерном (рис. 6А) или трехмерном (рис. 6Б) пространстве, где образование групп родников было весьма наглядно представлено.

Применение разработанной программы кластерного анализа в среде МАТЬАВ 7.0 показало ее высокую эффективность и позволило установить взаимосвязь биоэкологических, геоэкологических, морфологических и гидрологических данных по отдельным родникам и системе родников в целом. Выявлено, что на экологическое состояние родника преимущественное влияние оказывают наличие антропогенной нагрузки, обустроенность каптажа, а также присутствие источников загрязнений.

Данный подход позволяет разрабатывать и обосновывать природоохранные мероприятия не для каждого родника индивидуально, а для группы родников, сходных по набору характеристик.

Таким образом, в результате проведенного анализа не только было установлено наличие значимых связей гидро- и геохимических условий с отдельными компонентами родниковых вод, но и были выделены три группы родников по различиям, как в химическом составе вод, так и в особенностях антропогенного воздействия на участки их расположения.

исследование однородности выборок и группирование родников

____________________1______ _ . .. А_________ _____________I

4)0 -О* 412 0 0 2 04 0 6

Д Дебит. тс

Исследование однородности выОорок и группирование родников

• Родник «Свято-Алексеевский» О Родник на 9-й Дачной О Родник в Корольковом саду

О Родник у ДОЛ «Лесная Республика» О Родник «Три богатыря» © Родник в пос. Рокотовка

• Родник «Серебряный» О Родник «Малиновый» О Родник «Мочиновский»

О Родник у ДОЛ «Восход» о Родник «Татарский» о Родник «Алтыногорский»

о Родник «Верхний» о Родник «Поющий» о Родник у ДОЛ «Ударник»

О Родник на 8-й Дачной О Родник в Окт. ущелье © Родник «Лесной»

о Родник «Андреевский» о Родник «Горный ключ» о Родник в Токмаковском овраге

Рисунок 6- Результаты группирования родников при помощи разработанной программы «Родник-;ггоир»: А - в двухмерном пространстве; Б - в трехмерном пространстве

Самый крупный кластер С1 состоит из 12 объектов (Малиновый, Свято-Алексеевский, Серебряный, Татарский, Три богатыря, Андреевский, на 9-й Дачной, на 8-й Дачной, Лесная республика, Алтыногорский, в Корольковом саду, Поющий). Родники данной группы характеризуются хорошей обустроенностью каптажа и прилегающей территории, их органолептические, химико-аналитические и микробиологические показатели в пределах нормы. Кластеры С2 (у ДОЛ «Ударник», Горный ключ, Лесной, Рокотовский, Верхний, у ДОЛ «Восход») и СЗ (в Октябрьском ущелье, Мочиновский, Токмаковский) состоят из 6 и 3 объектов соответственно, причем в последней группе находятся родники с отсутствием санитарно-защитной зоны, высокой антропогенной нагрузкой, в их числе родник Токмаковский, в котором выявлены превышения по санитарно-гигиеническим показателям, и неудовлетворительным состоянием каптажа.

ГЛАВА 5. ГЕОИНФОРМАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕРРИТОРИЙ ПП «КУМЫСНАЯ ПОЛЯНА» Г. САРАТОВА С РОДНИКАМИ

Для разработки геоинформационной системы, отражающей геоэкологические особенности участков территорий ПП «Кумысная поляна» с родниками, необходимо было предварительно подобрать методы математического моделирования геоморфологической структуры и рельефа района исследований. На рисунке 7 показана аналитическая функция (1) представления рельефа, используемая для проверки адекватности разработанных алгоритмов моделирования.

2 = ск + к„ ■х-с1х1)-{ку! -у — ф/,) -ехр^—(кху • л; - 3х1 )2 - (ку, ■ у - 5у: )21 , (1)

Рисунок 7 - Аналитическая функция отображения рельефа

где х,у,г - оси координат; ка,кх1,ку:,кх1,ку1 - масштабные коэффициенты; - параметры смещения по осям.

Представление триангла нормалью (чёрный), градиентом (синий) и углом падения света (красный)

ЗБ- представление моделируемой поверхности с градиентами трианглов

Построение тальвегов при моделировании Представление поверхностных стоков

поверхностных стоков Трехмерная модель движения водных стоков

на исследуемом участке рельефа Рисунок 8- Построение линий стоков на основании триангуляционного представления рельефа

При построении моделей использовалось триангуляционное представление рельефа. Каждый триангл в модели был представлен векторами градиента и нормали, восстановленными из центра тяжести триангла. Такой подход позволил решить задачи построения линий водоразделов, тальвегов (рис. 8) и формирования поверхностных водных потоков при таянии снежного покрова (рис. 9).

Рисунок 9- Расчет углов падения солнечных лучей на поверхность при моделировании процессов таяния снежного покрова

Использование созданных математических моделей позволило произвести комплексный геоинформационный анализ, включая триангуляционное и матричное представление конкретного участка исследуемого рельефа ПП «Кумысная поляна». Моделирование движения водных потоков, питающих родники, по водоносным слоям проводили с использованием 30 представления водоносных горизонтов в недрах исследуемой территории (рис. 10).

5 в».., вои'»н„;;,

Рисунок 10 - Триангуляционное и матричное представление исследуемого участка ПП «Кумысная поляна» с водоносными горизонтами

Разработанные методологические подходы к применению 1Т и ГИС при исследовании территории родников ПП «Кумысная поляна» позволили также смоделировать процессы фильтрации атмосферных осадков (снег, дождь) и проникновения загрязнений в родники. Полученные результаты позволили теоретически обосновать генезис родников на исследуемой территории и схожесть механизмов фильтрации атмосферных осадков, а также сделать заключение о единстве химического состава родниковых вод при отсутствии антропогенных воздействий. Полученные данные были использованы при последующей разработке структуры базы данных для экологического мониторинга родников.

ГЛАВА 6. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОВРЕМЕННЫХ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ПАСПОРТИЗАЦИИ РОДНИКОВ ПП «КУМЫСНАЯ ПОЛЯНА» Г. САРАТОВА

Анализ документов, регламентирующих экологическую паспортизацию родников, показал, что в Российской Федерации на настоящий момент нет единого нормативного документа, определяющего ее порядок. Это, в свою очередь, затрудняет представление данных и проведение мониторинга. Однако рядом авторов приведены основные положения для составления экологического паспорта родников (Орлов, 2003; Петин, 2009; Муравьев, 2010), учитывающие геологические особенности прилегающей территории, гидрологические, органолептические и гидрохимические особенности источника, а также характеристику каптажа и его санитарно-техническое состояние, ландшафтную ценность пейзажа и т.п. Был проведен детальный анализ всех определяемых и рекомендуемых к определению показателей при экологическом мониторинге родников. На основании этого анализа была принята группа показателей экологического состояния, заносившихся в паспорт родников.

Для компьютерного представления экологического состояния родников была разработана реляционная база данных (БД). В основу БД была положена объектно-ориентированная информационная модель, отражающая как сами родники и их состояние, так и процедуры и результаты их обследования (рис. 11).

ОБЪЕКТЫ

Родник

Наименование № АтРИбут-1 Атрибут-...

Географические координаты Географическая привязка Местоположение в рельефе Характер использования Количество

проезжающего транспорта Количество посетителей Геологические условия выхода —" воды

Вода

Физические показатели Химические показатели Микробиологические показатели Органолептические показатели Нерастворимые взвеси

Геологический

возраст и

литологическая

характеристика

водоносных пород

Породы

водоупорного

пласта

Вид родника

Характер

вытекания воды

Проба

Время отбора Координаты Методика Комментарий

Исследование Отчёт

Вид исследования Методика исследования Прибор

Приспособление Деталь Инструмент Программный продукт Нормативный документ

Взаимосвязь объектов^ БД

проба_

■ образец -

• исследование -

КЛАССИФИКАТОРЫ

Вид родника

Тип источника

Характер вытекания воды

Вид исследования

Гидрологическое

Гидрохимическое

Микробиологическое

Масс-спектрометрическое

Органолептическое

Химико-аналитическое

Веща

Геологические породы

Вид благоустройства родника Защита от замерзания Водоприёмная камера Санитарная охрана

Рисунок 11- Укрупнённая информационная структура БД исследуемых родников

Каждому из 14 объектов (родник, геологические условия выхода воды на поверхность, проба, образец, исследование, отчёт, вид исследования, методика исследования, прибор, приспособление, деталь, инструмент, программный продукт, документ) в БД соответствует своя таблица с уникальным номером объекта и его атрибутами. Данные исследования родников представляются в БД в форме цепочки: родник —» проба —> образец —> исследование —► отчёт и отражаются в таблицах связей. Из конкретного родника могут быть взяты несколько проб, которые разбиваются на образцы для исследования по определённым методикам с обеспечением необходимой кратности для получения заданной точности измерений и

достоверности исследований. По результатам одного или нескольких исследований составляются один или несколько отчётов соответственно, которые являются основой для характеристики экологического состояния системы родников. На основании БД разработана ГИС, позволяющая хранить данные, решать задачи комплексной характеристики качества воды, проводить анализ путей поступления загрязняющих веществ и наглядно отображать состояние родников (Маркина и др., 2014).

На основании разработанных эколого-функциональных моделей создана база данных для хранения результатов экологического мониторинга родников, которая явилась информационной основой для выработки рекомендаций по рациональному использованию каждой выделенной группы родников в пределах родниковой системы ПП «Кумысная поляна» г. Саратова:

- проведение сезонного экологического мониторинга по основным санитарно-гигиеническим показателям и периодическая дезинфекция каптажа (1-2 раза в год) для обеспечения эпидемиологического благополучия источников (для всех групп родников);

- обустройство или реконструкция каптажей родников и прилегающих территорий с учетом их местонахождения (на территории лесного массива, либо вблизи жилых застроек) до соответствия характеристикам первой группы родников (для второй группы);

- обустройство санитарно-защитной зоны, радиусом не менее 50 м, а также ликвидация источников антропогенных загрязнений (для третьей группы родников).

Для оценки эффективности функционирования системы родников ПП «Кумысная поляна» г. Саратова рекомендовано:

- проведение контроля и определение объемов водозабора дачными кооперативами из скважин на территории ПП «Кумысная поляна», с целью поддержания экологически обоснованного дебита родников и загрязнения водоносных горизонтов;

- регистрация результатов экологического мониторинга состояния родников и качества воды в базе данных с целью прогнозирования экологической ситуации и своевременного выявления источников загрязнения;

- осуществление паспортизации родников с учетом разработанных алгоритмов и эколого-функциональных моделей;

- своевременное представление информации о качестве воды родников и фактах ее загрязнения микробными и химическими агентами для водопользователей с использованием информационных стендов вблизи родников, а также средств массовой информации, в том числе сайтов экологической направленности (эко64.рф; akv64.ru; реки64.рф и др.).

Выводы

1. По результатам экологического мониторинга 21 родника на территории ПП «Кумысная поляна» г. Саратова за период 2009 — 2013 гг. было установлено, что в 20 источниках вода соответствует требованиям, предъявляемым к качеству питьевой воды, и может быть использована для питьевых и бытовых нужд жителями г. Саратова. В то же время выявлен родник, качество воды в котором не соответствует СанПиН 2.14.1175-02 по химико-аналитическим, микробиологическим и санитарно-эпидемиологическим показателям (Токмаковский).

2. Составлен «минеральный портрет» родников ПП «Кумысная поляна» г. Саратова на основании анализа микроэлементного состава воды; выявлены следовые количества изотопов химических элементов, являющихся показателями загрязнения антропогенного происхождения: в роднике Серебряный - вольфрам (0,08 мг/л), в

роднике Малиновый - бериллий (0,02 мг/л), в родниках Серебряный, Малиновый, Свято-Алексеевский, в Октябрьском ущелье - рений.

3. Эколого-функциональные модели движения водотоков, фильтрации атмосферных осадков (снег, дождь) и проникновения загрязнений в родниковые водные потоки позволили теоретически обосновать генезис родников на исследуемой территории и схожесть механизмов фильтрации атмосферных осадков, а также сделать заключение о единстве химического состава родниковых вод при отсутствии антропогенных воздействий.

4. По результатам кластерного анализа 13 показателей качества воды и состояния родников на территории ПП «Кумысная поляна» г. Саратова было выделено 3 группы: в Cl вошли 12 родников, С2 — 6 родников, СЗ — 3 родника, различия между которыми обусловлены как химическим составом вод природного происхождения, так и наличием антропогенной нагрузки.

5. Разработка базы данных для экологического мониторинга родников ПП «Кумысная поляна» г. Саратова позволила усовершенствовать систему паспортизации родников.

6. Комплексный подход при анализе экологического состояния системы родников ПП «Кумысная поляна» г. Саратова позволил разработать природоохранные мероприятия для выявленных групп родников и системы родников в целом.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Публикации в журналах из списка ВАК:

1. Маркина, Т.А. Гигиенические вопросы использования родников Саратовской области для сельского водоснабжения [Текст] / М.В. Нарякова, A.A. Орлов, В.Ф. Спирин, С.А. Мосияш, Т.А. Маркина // Здоровье населения и среда обитания. 2011. №11. С. 20-22.

2. Маркина, Т.А. Оценка экологического состояния маргинальных водных объектов на примере устья и нижнего течения рек Малый Караман и Большой Караман Саратовской области [Текст] / H.A. Угланов, Т.А. Маркина, Е.И. Тихомирова, C.B. Бобырев // Фундаментальные исследования. 2013. №6. С. 1168-1173.

3. Маркина, Т.А. Оценка экологического состояния родников г. Саратова по данным мониторинга за 2009-2013 гг. [Текст] / Т.А. Маркина, Е.И. Тихомирова, C.B. Бобырев, A.A. Орлов // Фундаментальные исследования. 2014. № 5 (часть 6). С. 1207-1212.

4. Маркина, Т.А. Инновации в экологии: использование геоинформационных технологий для описания системы водных объектов г. Саратова [Текст] / C.B. Бобырев, Т.А. Маркина, Е.И. Тихомирова, A.A. Макарова // Инновационная деятельность. 2014. № 2. С. 77-82.

Публикации в материалах Международных и Всероссийских конференций:

5. Мантурова (Маркина), Т.А. Ионоселективные электроды в экомониторинге окружающей среды [Текст] / O.B. Кибальникова, A.A. Синельцев, Т.А. Мантурова // Аналитика и аналитики: материалы Междунар. форума. - Воронеж: ВГУ, 2008. С. 437.

6. Мантурова (Маркина), Т.А. Использование метода масс-спектрометрического анализа для оценки химического состава воды родников Национального парка «Хвалынский» Саратовской области [Текст] / Т.А. Мантурова, Е.И. Тихомирова // XXXVIII Неделя науки: сб. материалов Междунар. науч.-практ. конф.: в 2 ч - СПб.: Политехи, ун-т, 2009. Ч. I. С. 215-218.

7. Маркина, Т.А. Оценка качества питьевой воды родников охраняемых природных территорий Саратовской области [Текст] / ТА. Маркина, Е.И. Тихомирова // Вавиловские чтения - 2010: материалы Междунар. науч.-практ. конф.: в 2 т. Саратов: СГАУ, 2010. Т.1. С. 227-228.

8. Маркина, Т.А. Прогнозирование хозяйственного значения водного объекта по показателям его гидрологического режима [Текст] / H.A. Угланов, C.B. Бобырев, Е.И. Тихомирова, Т.А. Маркина // Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-24: сб. тр. XXIV Междунар. науч. конф. Саратов: СГТУ, 2011. С. 21-22.

9. Маркина, Т.А. Разработка IT-методологии мониторинга состояния водных экосистем региона [Текст] / H.A. Угланов, C.B. Бобырев, Е.И. Тихомирова, Т.А. Маркина, О.В. Абросимова // Экологические проблемы промышленных городов: сб. науч. тр. 5-й Всерос. науч.-практ. конф.: в 2 ч. / под ред. Е.И. Тихомировой. Саратов: СГТУ, 2011. 4.1. С. 105-107.

10. Маркина, Т.А. Актуальность разработки методологии прогнозирования хозяйственного значения водного объекта в зависимости от изменения его конфигурации [Текст] / H.A. Угланов, C.B. Бобырев, Е.И. Тихомирова, Т.А. Маркина // Экологические проблемы промышленных городов: сб. науч. тр. 5-й Всерос. науч.-практ. конф.: в 2 ч. / под ред. Е.И. Тихомировой. Саратов: СГТУ, 2011. Ч. 1. С. 156 - 158.

П.Маркина, Т.А. Оценка экологического состояния рек Малого и Большого Караманов на основе комплексных интегральных показателей [Текст] / Т.А. Маркина, H.A. Угланов, C.B. Бобырев, Е.И. Тихомирова // Экологические проблемы промышленных городов: сб. науч. тр. 6-й Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием: в 2 ч. / под ред. Е.И. Тихомировой. Саратов: СГТУ, 2013. 4.1. С. 233-235.

12. Маркина, Т.А. Геоинформационная модель природного парка «Кумысная поляна» г. Саратова / Т.А. Маркина // Человек, экология, культура: современные практики и проблемы: сб. науч. тр. Всерос. науч. конф. / под ред. Е.И. Тихомировой. Саратов: СГТУ, 2014. С. 150-154.

13. Маркина, Т.А. Кластерный анализ родниковых вод природного парка «Кумысная поляна» г. Саратова [Текст] / Т.А. Маркина, C.B. Бобырев, Е.И. Тихомирова // Гигиена, экология и риски здоровью в условиях современного производства: сб. тр. 4-й регион, науч.-практ. конф. молодых ученых и специалистов. Саратов: КУБиК, 2014. С. 8-13.

Публикации в других изданиях:

14. Маркина, Т.А. Использование современных информационных технологий в экологическом мониторинге [Текст] / АЛ. Подольский, Е.И. Тихомирова, C.B. Бобырев, A.A. Беляченко, О.В. Абросимова, H.A. Угланов, С.Э. Михалев, Т.А. Маркина // Международный журнал экспериментального образования. 2012. № 4. С. 69-70.

15. Markina, Т.А. Mobile solutions for environmental monitoring of water bodies: hardware, software and computer modeling [Текст] / S.V. Bobyrev, E.I. Tikhomirova, A.L. Podolsky, N.A. Uglanov, T.A. Markina, T.V.Anokhina //International Journal of Applied and Fundamental Research. 2012. №1. P.40-41.

16. Маркина, Т.А. Разработка IT-методологии прогнозирования хозяйственного значения водного объекта по комплексу показателей [Текст] / H.A. Угланов, C.B. Бобырев, Е.И. Тихомирова, Т.А. Маркина // Актуальные проблемы гигиенической оценки и управления рисками здоровью сельского населения и работников сельского хозяйства: сб. науч. тр.

ФБУН Саратовский НИИ сельской гигиены Роспотребнадзора. - Саратов: КУБиК, 2011. С.128-129.

17. Маркина, Т.А. Разработка инновационной методологии мониторинга водных экосистем на основе современных информационных технологий [Текст] / H.A. Угланов, Е.И. Тихомирова, Т.А. Маркина // Сб. материалов VI Саратовского салона изобретений, инноваций и инвестиций: в 2 ч. - Саратов: Саратовский ГАУ, 2011. 4.2. С. 101-102.

18. Маркина, Т.А. Представление графической информации в информационной системе «Родники и особо охраняемые территории Саратовской области» [Текст] / C.B. Бобырев, Т.А. Маркина // Совершенствование подготовки учащихся и студентов в области графики, конструирования и стандартизации: межвуз. науч.-метод. сб. Саратов: СГТУ, 2011. С. 126-129.

19. Маркина, Т.А. Оценка качества питьевой воды родников Национального парка «Хвалынский» [Текст] / Т.А. Маркина, Е.И. Тихомирова // Научные труды Национального парка «Хвалынский», 2010. Вып. 2. С. 62-67.

20. Маркина, Т.А. Гигиенические вопросы питьевого водоснабжения сельского населения Саратовской области [Текст] / A.A. Орлов, В.В. Спирин, С.А. Мосияш, Т.А. Маркина и др. // Гигиенические вопросы питьевого водоснабжения сельского населения Саратовской области: сб. информ. - метод, материалов. Саратов: КУБиК 2010. 40 с.

Благодарности. Автор глубоко признателен за помощь в работе своему научному руководителю - заведующей кафедрой экологии Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А., д.б.н., профессору Е.И. Тихомировой и научному консультанту - профессору кафедры, д.т.н., доценту C.B. Бобыреву, а также всем сотрудникам кафедры экологии. Выражаю искреннюю признательность за возможность проведения совместных исследований, всестороннюю помощь и ценные консультации заведующему лабораторией гигиены воды ФБУН «Саратовский НИИ сельской гигиены» Роспотребнадзора к.б.н., доценту A.A. Орлову.

Подписано в печать 22.10.2014 Формат 60x84 1/16 Бум. офсет. Усл. печ. л. 1,0 Уч.-изд. л. 1,0 Тираж 100 экз. Заказ 14

ООО «Издательский Дом «Райт-Экспо»

410031, Саратов, Волжская ул., 28 Отпечатано в ООО «ИД «Райт-Экспо» 410031, Саратов, Волжская ул., 28, тел. (8452) 90-24-90