Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Эколого-агрохимические аспекты сельскохозяйственного водопользования в бассейне р. Калаус

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата сельскохозяйственных наук, Кабельчук, Борис Валентинович, Ставрополь

Ставропольская государственная сельскохозяйственная академия

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных

наук

Научный руководитель

доктор сельскохозяйственных наук

проф. Агеев В.В.

На правах рукописи

Кабельчук Борис Валентинович

Эколого-агрохимические аспекты сельскохозяйственного водопользования в бассейне р. Калаус.

Специальность - 03.00.16 - экология

Ставрополь - 1998

СОДЕРЖАНИЕ:

Введение....................................................................................................................................4

1. Литературный обзор.............................................................................................................8

1.1. Влияние антропогенного воздействия на водные объекты..........................................8

1.2. Основные водопользователи и факторы, влияющие на изменение экологической обстановки в бассейне реки..........................................................................................10

1.3. Изменение гидрологического режима речного стока.................................................12

1.4. Изменение гидрографической сети.............................................................................13

1.5. Изменение гидрохимического режима стока рек.......................................................14

1.6. Оценка антропогенного влияния на объекты и мероприятия по его сокращению.... 17

1.7. Мероприятия по уменьшению антропогенной нагрузки на водный объект..............19

1.8. Методы оценки эколого-экономического ущерба......................................................20

1.9. Условия отведения дренажно-сбросных и сточных вод.............................................22

2. Природно-климатические условия......................................................................................24

2.1. Физико-географический очерк....................................................................................24

2.2. Климатические условия...............................................................................................25

2.3. Почвенно-мелиоративные условия..............................................................................31

2.4. Растительность.............................................................................................................33

2.5. Гидрографическая сеть........................................ .........................................................34

2.6. Гидрологические характеристики. Водный режим....................................................35

2.7. Гидрохимические показатели................................... ...................................................38

3. Методика проведения исследований.................................................................................40

4. Результаты исследований...................................................................................................44

4.1. Основные водопользователи в бассейне реки Калаус................................................44

4.2. Эколого-экономическая оценка воздействия стока ливневой канализации..............47

4.3. Современное гидрологическое и гидрохимическое состояние р. Калаус..................49

4.3.1. Гидрологическое состояние..................................................................................49

4.3.2. Гидрохимическое состояние................................. ................................................56

4.3.2.1. Отбор проб..........................................!............................................................56

4.3.2.2. Ионный сток......................................... ...........................................................57

4.3.2.3. Солеобразующие ионы...................................................................................62

4.3.2.4. Взвешенные вещества....................................................................................63

4.3.2.5. Кислородный режим...............................................................................■........66

4.3.2.6. Биогенные вещества.......................................................................................68

4.3.2.7. Поверхностно - активные вещества и тяжелые металлы.............................72

4.4. Вынос биогенных элементов в сфере сельскохозяйственного производства............76

4.5. Прогноз концентраций загрязняющих биогенных веществ в р. Калаус....................83

4.5.1. Сравнение фактических и расчетных концентраций веществ.............................83

4.5.2. Оценка пригодности воды р. Калаус для орошения и её влияние на урожайность сельскохозяйственных культур......................................................................................88

5. Эколого-экономическая оценка водохозяйственной деятельности в бассейне р. Калаус91

6. Выводы................................................................................................................................94

7. Рекомендации производству...............................................................................................96

Приложени я....................................................................................................................97

Приложение 1......................................................................................................................97

Метеорологические показатели в бассейне р. Калаус...................................................97

Приложение 2....................................................................................................................100

Морфологические характеристики рек бассейна Калаус [84, 15]................................100

Приложение 3.................................................................................................................... 101

Основные показатели гидрометрических постов на реках бассейна Калаус [84, 15] 101

Приложение 4.....................................................................................................................102

Основные гидрологические характеристики бассейна Калауса в естественных

условиях [84, 85]...........................................................................................................102

Приложение 5.....................................................................'...............................................103

Гидрологические показатели стока по р. Калаус [67].................................................103

Приложение 6....................................................................................................................104

Внутригодовое распределение мутности воды в р. Калаус, (кг/м3) [67]....................104

Приложение 7....................................................................................................................105

Среднемноголетние за 1968 - 1986 гг.гидрохимические показатели рек бассейна

Калаус [78].....................................................................................................................105

Приложение 8....................................................................................................................106

Предприятия, осуществляющие хозяйственную деятельность в бассейне р. Калаус 106

Приложение 9....................................................................................................................111

Расчет ожидаемых концентраций веществ в контролируемых створах р. Калаус.....111

Приложение 10..................................................................................................................114

Результаты корреляционного анализа.........................................................................114

Приложение 11..................................................................................................................116

Расход и минерализация воды в р. Калаус в створе г. Светлоград [21]......................116

Приложение 12...................................................................................................................117

Исходные данные для расчета объемов выноса и концентраций биогенных веществ в

поверхностном и дренажном стоках [103, 104, 105, 106, 107, 113, 114].....................117

Список используемой литературы.......................................................................................119

Введение

Благодаря современной методологии и методике, научно-технический прогресс вооружил человека настолько мощными способами взаимодействия с природой, что ему удалось вовлечь в процесс производства почти всю поверхностную оболочку планеты и, как следствие, человечество стало «геологической силой», сравнимой с силами природы.

Направляя свою деятельность, прежде всего, на преобразование природы, человечество достигло впечатляющих результатов практически во всех областях хозяйства. Такая деятельность до определенного уровня взаимоотношений, безусловно, способствует экономическому развитию общества, а далее человек нарушает закономерности развития природы и общества, вступает в противоречие и вызывает нежелательные для самого себя изменения в биосфере.

Общеизвестно, что природные ресурсы подразделяются на невозобновляемые и возобновляемые. К последним, обладающим свойством самовозобновления относятся: => растительность, => животный мир, => почва,

=> кислород атмосферы, => вода.

Однако, современный уровень потребления этих ресурсов таков, что они начинают терять компенсационные возможности естественного самовоспроизводства в необходимых для общества масштабах.

Это, прежде всего, относится к пресной воде, которая загрязняется промышленными, бытовыми сточными водами, поверхностным и дренажным стоком с сельскохозяйственных угодий. Нерациональное применение удобрений и средств защиты растений приводит к загрязнению почвы и негативно сказывается на ее плодородии. Все это в полной мере отражается в бассейне реки Калаус, который и является поистине уникальным объектом для изучения последствий преобразующего влияния человека на природу как позитивного, так и негативного плана.

Можно определенно сказать, что это единственная река и бассейн, где антропогенное воздействие проявилось в наибольшей степени концентрированно, начиная от переброски стока Калауса из бассейна Каспийского моря в бассейн Азовского моря и части стока Кубанской воды в Калаус, практически полной распаханности водосборной площади, использования значительной части стока для орошения, до сброса в Калаус и его притоки канализационных стоков городов Ставрополь, Светло град и других населенных пунктов.

Река Калаус - это типичная степная река, она берет начало в южной части Ставропольской возвышенности и ранее, впадая в р. Восточный Маныч, терялась в разливах Со-

стинских озер. В настоящее время обводненный Кубанской водой Калаус несет свои воды в западную часть Маныча. Бассейн Калауса включает три основные почвенно-климатические зоны - полупустынную со светло-каштановыми и каштановыми почвами, сухих степей с темно-каштановыми почвами и умеренно-засушливую с обыкновенными черноземами - и девять административных районов: Андроповский, Александровский, Грачевский, Шпаковский, Петровский, Ипатовский, Апанасенковский, Туркменский и Арзгирский.

Таким образом, зарождаясь на Ставропольской возвышенности в районе горы Брык с отметкой более 400 метров над уровнем моря, Калаус, протекая 436 км, опускается в устье до отметки менее 50 м Приманычской впадины и охватывает площадь 9830 квадратных километров или 14,8% территории края.

Водность Калауса в естественных условиях небольшая, со среднегодовым расходом до 3 м3/с, нередко река и ее притоки большую часть года пересыхали. Однако, из всех рек Ставрополья именно Калаусу присущи бурные паводки и половодья, в связи с чем в отдельные годы расход воды в это время увеличивался в 50-60 раз, достигая более 120 м3/с, снося мосты и затопляя прибрежные поймы. Кроме того, Калаус был известен также очень сильной минерализацией (более 7 кг/м3) и мутностью своих вод (до 8 кг/м3 взвешенных частиц). Вода не могла быть использована ни для бытовых нужд, ни для нужд сельского хозяйства.

После подачи Кубанской воды из первой очереди Большого Ставропольского канала (БСК-1) с 1967 г. Калаус стал полноводным круглый год, и вода в нем значительно опреснилась, что позволило использовать ее для целей орошения и обводнения. Однако, уже в 1968 г. проявились негативные последствия переброски вод реки Кубань: стала интенсивно заиливаться пойма на территории Апанасенковского района, что привело к ежегодному исключению из сельскохозяйственного оборота 100-200 га лугов, в перспективе прослеживается заиливание поймы и на территории Ипатовского района.

Причиной интенсивного заиливания поймы является увеличение мутности воды Калауса после постоянных попусков Кубанской воды из БСК-1 расходами 3-5 м3/с, что выше лимитированных (2 м3/с). Это сопряжено со строительством инженерной оросительной сети и развитием инициативного орошения силами хозяйств для укрепления кормовой базы.

Увеличенные попуски по реке вызвали эрозионные процессы от сбросного сооружения БСК до черты города Светлограда. На первых 23 километрах реки, где уклоны дна составляют 0,01-0,03 русло углубилось на 25-30 метров. Ниже по течению размыв затихает и практически прекращается у города Светлограда. Твердый сток в основном осаждается в русле и на пойме ниже села Воздвиженское. Глубина наилка в пойме составляет 0,8-1,2

метра, поэтому никакой сельскохозяйственной техникой, кроме болотных механизмов; косить тростник на корм скоту невозможно.

Как результат углубления русла за счет водной эрозии повысилась минерализация воды практически на всем протяжении реки. Размыв русла достиг майкопских засоленных глин. Кроме того, наличие в верховьях бассейна Калауса соленых озер, вода из которых при выпадении сильных ливневых осадков поступает в реку, значительно повышает минерализацию воды.

Сброс до 1,5 м3/с и более канализационных стоков г. Ставрополя в Калаус и некоторые его притоки искажает гидрологический и гидрохимический режимы реки. С очистных сооружений г. Ставрополя ежегодно сбрасывается более 8 тонн железа, 3,5 тонн синтетических поверхностно активных веществ, около 40 килограммов хрома, 200 килограммов цинка и т.д.

Указанные загрязнения сделали воду в нижнем течении Калауса (ниже г. Светлогра-да) практически непригодной, или условно пригодной для орошения с обязательным промывным режимом почв. Круг замкнулся!

Цель и задачи исследований. Цель исследования - оценить экологическое состояние бассейна реки Калаус и разработать защитные экологические мероприятия по уменьшению антропогенной нагрузки на водный объект.

Для достижения цели и разрешения сложившейся ситуации были поставлены следующие задачи:

=> оценить современное состояние гидрологического и гидрохимического режимов р. Калаус;

=> определить состав основных водопользователей в бассейне реки и требования к

качеству потребляемой и отводимой воды; => изучить влияние источников загрязнения на качество воды в р. Калаус; => разработать мероприятия по устранению источников загрязнения и сокращению антропогенной нагрузки на водные объекты; => провести эколого-экономическую оценку водохозяйственной деятельности в бассейне р. Калаус.

Научная новизна. На основании системного подхода к бассейну р. Калаус впервые установлены:

■=> основные источники загрязнения различными видами веществ; ==> многолетние среднегодовые и сезонные показатели гидрологического и гидрохимического режимов р. Калаус в основных створах водопользования; => разработаны мероприятия по сокращению антропогенной нагрузки на водные ресурсы бассейна и ликвидации источников загрязнения;

=> выполнена эколого-экономическая оценка водохозяйственной деятельности в бассейне р. Калаус.

Практическая значимость работы состоит в разработке следующих предложений и рекомендаций производству:

=> рекомендации по расширению и реконструкции очистных сооружений г. Ставрополя и оптимальные варианты методов очистки сточных вод; => рекомендованы мероприятия по развитию канализационных сетей в г. Светло-граде;

=> рекомендации по проведению берегоукрепительных работ в пойме нижнего течения р. Калаус;

=> предложены мероприятия по сокращению размыва поймы и русла верховьев Калауса и заиливания его низовьев.

Апробация работы. Нами на основании проведенных исследований и действующей документации по охране природы разработаны и внедрены в производство «Временные методические рекомендации по проведению инспекторских проверок природоохранной деятельности сельскохозяйственных предприятий (раздел «Земельные ресурсы и использование средств химизации»)». Ставрополь, 1998 г. и руководство «Об организации комплексных проверок природоохранной деятельности промышленных и транспортных организаций». Ставрополь, 1998 г.

Результаты работы могут быть использованы проектными и эксплуатационными организациями коммунального, водного, сельского хозяйств и мелиорации при разработке проектов водоохранных мероприятий и эксплуатации очистных сооружений канализации, оросительных систем и использовании водных ресурсов в бассейне Калауса.

Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю - доктору сельскохозяйственных наук, заведующему кафедрой агрономической химии Ставропольской государственной сельскохозяйственной академии, профессору Агееву В.В. за помощь, оказанную в период выполнения работы, а также кандидату химических наук Колосову А.К., зав. лабораторией СтавНИИГиМ Макаренко Б.Л., кандидату сельскохозяйственных наук Прокопенко П. А. за просмотр работы и ряд ценных замечаний.

1. Литературный обзор

1.1. Влияние антропогенного воздействия на водные объекты.

Под экологией понимается отрасль биологии, которая изучает взаимоотношение живых организмов с окружающей средой, как действуют на организмы климат и другие факторы среды, и как организмы влияют друг на друга [56, 110, 23, 106].

В общем виде все экологические сообщества могут быть представлены тремя основными группами, которые олицетворяют жизнь на Земле в целом, и которые тесным образом взаимосвязаны между собой. Это, во-первых, Флора, т.е. растительный мир, существующий на суше и в водных объектах; во-вторых, Фауна, т.е. животный мир, существующий в тех же условиях; и, в-третьих, Человек, также обитающий в этих же условиях, но выступающий как особый представитель экосистемы, который хотя и принадлежит к фауне, однако, по степени влияния и объему собственных требований значительно превосходит все предыдущие группы.

Следует отметить, что Человек, предъявляя свои требования к окружающей среде, в связи с техногенным фактором прогресса, нарушает равновесие любой экосистемы, но и как биологический вид (Homo sapiens) сам нуждается в. защите от результатов своей деятельности [80, 1, 22, 44].

Человек, в отличие от других живых орг