Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Геоэкологический анализ антропогенного воздействия на состояние Воронежского водохранилища

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Геоэкологический анализ антропогенного воздействия на состояние Воронежского водохранилища"

/

СУ

На правах рукописи

Сейдалиев Геннадий Суфьянович

003450712

ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА СОСТОЯНИЕ ВОРОНЕЖСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА

25.00.36 - геоэкология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

3 О О К Т 2008

Воронеж - 2008

003450712

Работа выполнена в Воронежском государственном педагогическом университете

Научный руководитель:

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Жердсв Владимир Николаевич

Официальные оппоненты:

доктор географических наук, профессор Мишои Виталий Михайлович;

кандидат географических наук Дегтярев Сергей Дмитриевич

Ведущая организация:

Управление по охране окружающей среды администрации городского округа город Воронеж

Защита состоится «31» октября 2008 г. в 15-30 на заседании диссертационного совета Д 212.038.17 при Воронежском государственном университете по адресу: 394068, г.Воронеж, ул.Хользунова, 40, ауд.303.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного университета.

Автореферат разослай&Г^)- 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор географических наук, профессор

С.А. Куролап

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Актуальность проблем водопользования во многих урбанизированных регионах Российской Федерации связана с дефицитом водных ресурсов, антропогенным загрязнением водоемов, недостаточной экологической безопасностью и надежностью систем хозяйственно-питьевого водоснабжения. Ухудшение качества поверхностных водных ресурсов вследствие техногенного «давления» на среду обитания побудило человечество к созданию искусственных водохранилищ для обеспечения достаточных запасов пресной воды. В то же время зарегулирование рек плотинами и образование водохранилищ имеет отрицательные последствия для водного хозяйства: резко уменьшается проточность, турбулентность воды, сокращается водообмен, создаются условия для возникновения застойных зон. Негативное влияние на качество воды водохранилищ в условиях городских поселений оказывает поступление в водоемы значительных объемов недостаточно очищенных хозяйственно-бытовых сточных вод, а также ливневых стоков с техногенно-загрязненной территории. Кроме того, недостаточность финансирования природоохранных мероприятий, наблюдающаяся в России на протяжении последних лет, закономерно сказывается и на ухудшении водоохранных работ и качества вод.

Современные водохранилища, расположенные в крупных промышленных регионах, являются важнейшими объектами, оказывающими влияние на эколо-го-гигиенические условия, здоровье населения и рекреационный потенциал территорий. Несмотря на относительно длительный период функционирования многих крупных современных водохранилищ, до настоящего времени не разработаны комплексные геоэкологические основы рационального водопользования и управленческих решений, направленных на сохранение как качества водоемов, так и охрану здоровья населения, проживающего в их бассейнах.

Теоретические основы изучения данной проблемы обоснованы во многих классических трудах отечественных и зарубежных ученых по геоэкологии, региональному водопользованию, экологическим рискам и мониторингу окружающей среды (СЛ. Авалиани с соавт.,2001; A.M. Большаков с соавт.,1999; А.Г. Курдов, 1996,1998; В.М. Мишон, 1986,2000,2007; Ю.А. Рахманин с соавт.,2001; A.B. Тулакин, 1996; М.И. Чубирко с соавт., 1996,2003; N. Giani, 1984; V.A. Langvik, 1991).

Для Воронежского водохранилища, созданного в 1972 году в одном из развитых агропромышленных регионов России и расположенного в пределах города с почти миллионным населением, главной экологической проблемой является борьба с загрязнением вод. Комплексное изучение этого водоема показывает, что в течение 35-ти - летнего периода его использование шло по тупиковому направлению, когда происходило наращивание объема сточных вод без адекватного совершенствования их очистки; снижение естественных ресурсов самоочищения в условиях мелководья и замедленного водообмена; увеличение техногенной и рекреационной нагрузки, следствием чего явилось ухуд-

шение качества воды и снижение безопасности системы водопользования в целом (Н.П. Мамчик,1997; А.Г. Курдов, 1998; В.М. Мишон, 2007).

Результаты предшествующих исследований убедительно свидетельствуют, что высокая антропогенная нагрузка на внутригородское Воронежское водохранилище на фоне пониженной самоочищающей способности водоема формируют напряженную геоэкологическую обстановку как в самом водоеме, так и на прилегающей территории, что определяет целесообразность научного обоснования приоритетов регионального водопользования и комплексного геоэкологического мониторинга состояния водохранилища.

Целью исследований является оценка антропогенного воздействия на внутригородское Воронежское водохранилище, а также разработка геоэкологических основ рационального водопользования и управленческих решений по улучшению его состояния.

Для достижения цели поставлены и решены следующие основные задачи.

1. Изучить условия формирования качества водных ресурсов, выявить приоритетные источники техногенного загрязнения водоема и оценить их влияние на экологическое состояние Воронежского водохранилища.

2. Изучить влияние экологического состояния водохранилища на донные биоценозы, подземные водоносные горизонты и качество питьевой воды.

3. Осуществить геоэкологическую оценку факторов экологического риска для населения, связанного с хозяйственно-питьевым водопользованием.

4. Научно обосновать принципы формирования системы комплексного геоэкологического мониторинга состояния внутригородского водохранилища и определить перечень приоритетных контролируемых показателей.

5. Разработать концептуальную модель эффективного водопользования с учетом оптимального использования рекреационного потенциала водоема и обеспечения экологической безопасности населения.

Объект исследования - Воронежское водохранилище и окружающая среда в зоне его влияния. В качестве предмета исследования выступает геоэкологический анализ структурно-функциональных связей в системе «донные биоценозы - качество воды - экологический риск для населения» при ведущей роли водного фактора.

В отличие от предшествующих экологических исследований, проведенных по Воронежскому водохранилищу, научная новизна работы определяется применением комплексного подхода к оценке антропогенного воздействия на водоем, в том числе качество воды, донные биоценозы, эколого-гигиеническое состояние в их взаимосвязи. Изучены экологическая роль и функционирование зообентоса, в частности, моллюска дрейссены - важнейшего фильтратора воды. Показано, что использование Воронежского водохранилища в условиях комплексного влияния на его состояние антропогенных и природных факторов, не обеспечивает безопасного хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования населения.

Обоснована с геоэкологических позиций возможность комплексного использования водохранилища и прибрежных зон для рекреации. Определены принципы и организационные основы системы комплексного геоэкологического мониторинга качества воды водохранилища, подземных водоносных горизонтов и питьевой воды, подаваемой населению. С учетом региональных приоритетов водопользования выполнено научное обоснование комплекса геоэкологических, санитарно-технических и организационных решений по оптимизации водопользования и снижению экологического риска для населения, обусловленного водным фактором.

Практическая значимость работы заключается в возможности использования результатов исследования для принятия эффективных управленческих решений органами федеральной, региональной и муниципальной власти в области региональной водохозяйственной политики. Кроме того:

• предложена модель рациональной системы управления использованием внутригородских водохранилищ, основанная на координации деятельности в области водопользования и водоохраны с учетом региональных особенностей геоэкологической ситуации;

• данные комплексной оценки антропогенного воздействия на состояние Воронежского водохранилища использованы для разработки программ развития водопользования и обеспечения экологической безопасности в регионе;

• результаты исследований служат информационной базой для осуществления комплексного геоэкологического мониторинга состояния внутригородского водохранилища и используются в практической деятельности региональных природоохранных служб (Управление по охране окружающей среды г.Воронежа, Центр гигиены и эпидемиологии в Воронежской области, Управление Росприроднадзора по Воронежской области), а также включены в Областную целевую Программу «Обеспечение эколого-гигиенической безопасности Воронежского водохранилища и бассейна р.Воронеж».

Личный вклад. Автору принадлежит постановка проблемы, разработка теоретических и практических положений геоэкологического анализа антропогенного воздействия на состояние внутригородского водохранилища, экспериментально-статистические исследования и анализ фондовых данных по проблеме, а также обобщение полученных результатов.

Апробация работы. Результаты исследования докладывались на ряде Международных научно-практических конференций: Воронежского государственного педагогического университета (Воронеж,2000); «Экологические и правовые аспекты эксплуатации водохранилищ» (Воронеж,2003), на научных сессиях Воронежского государственного университета. Материалы работы использованы в преподавании курсов «Экология города» Воронежской государственной лесотехнической академии и «Экология и экономика природопользования» Воронежского государственного педагогического университета.

Публикации результатов исследования. По теме диссертации опубли-

ковано 13 научных работ, в том числе 1 работа - в ведущем рецензируемом издании, рекомендованном ВАК РФ.

Положения, выносимые на защиту

1. Геоэкологические условия и факторы формирования качества воды и донных биоценозов Воронежского водохранилища в условиях интенсивного антропогенного воздействия на водоем.

2. Комплексная оценка эколого-гигиенического состояния водохранилища и его влияния на подземные водоносные горизонты, прибрежную зону и население.

3. Система мер по рационализации водопользования и улучшению геоэкологической ситуации в зоне влияния водохранилища на среду обитания на основе координации водопользования и водоохраны, осуществления комплексного геоэкологического мониторинга качества воды, повышения надежности и безопасности хозяйственно-питьевого водопользования.

Структура и объём работы. Диссертация изложена на 177 страницах машинописного текста и состоит из введения, 4 глав, выводов, библиографического указателя, включающего 185 источников, в том числе 9 источников иностранной литературы, приложения на 10 страницах. Диссертация в основном тексте иллюстрирована 21 таблицами и 29 рисунками.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении определяются актуальность, цели и задачи исследования, научная новизна, а также формулируются основные защищаемые положения.

В первой главе «Теоретические основы оценки качества водных ресурсов и рационального водопользования при создании водохранилищ» проведен аналитический обзор теоретических источников литературы отечественных и зарубежных авторов, в ходе которого раскрыты региональные особенности оценки качества водных ресурсов, определены геоэкологические основы рационального водопользования при создании водохранилищ и отмечены особенности организации геоэкологического мониторинга в регионах интенсивного антропогенного воздействия на водные ресурсы.

Во второй главе «Объекты и методы геоэкологических исследований состояния водохранилища» описана общая схема организации исследования и применяемые методические подходы, в том числе биоиндикационные, эколо-го-гигиенические и комплексные геоэкологические методы с обобщением результатов на основе вероятностно-статистических методов оценки экологического риска для населения.

В третьей главе «Комплексный геоэкологический анализ зоны влияния Воронежского водохранилища на окружающую среду» последовательно рассмотрены эколого-географические условия формирования качества водных ресурсов, проведена характеристика источников и структуры техногенного загрязнения водоема; описаны результаты биогеоценологических исследований, в

том числе особенности бентоса и донных биоценозов, а также проведена оценка эколого-гигиенического состояния водохранилища и результаты расчетов экологического риска, связанного с хозяйственно-питьевым водопользованием.

В четвертой главе «Геоэкологическое обоснование мероприятий по оптимизации водопользования» раскрыты возможности использования водохранилища и прибрежной зоны в рекреационных целях, сформулированы приоритетные мероприятия по организации комплексного геоэкологического мониторинга качества воды и обеспечению экологической безопасности, а также общему улучшению геоэкологической ситуации в зоне воздействия водохранилища.

В выводах обобщаются основные результаты исследования.

В приложении приведен фрагмент Областной комплексной целевой Программы «Обеспечение эколого-гигиенической безопасности Воронежского водохранилища и бассейна р.Воронеж».

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Геоэкологические условия и факторы формирования качества воды и донных биоценозов Воронежского водохранилища в условиях интенсивного антропогенного воздействия на водоем

Воронежское водохранилище, созданное в 1972 г. путем перекрытия реки Воронеж плотиной гидроузла у с. Шилово - самый крупный искусственный водоем Центрального Черноземья.

К установленным источникам питания водохранилища относятся: современный четвертичный (плиоценовый) водоносный горизонт; сток с поверхности земли в период половодья; воды ручьёв и реки Воронеж, впадающих в водохранилище, а также условно-чистые воды, сбрасываемые предприятиями города через специальные выпуски. По своим параметрам водохранилище относится к проточному типу, ориентировано с севера на юг и имеет площадь водного зеркала 70 км2.

В гидрогеологическом отношении Воронежское водохранилище находится в пределах Воронежского гидрогеологического блока, который является частью юго-восточного гидрогеологического района Московского артезианского бассейна. В гидрогеологическом строении территории выделяется четвертично-неогеновый, палеозойский и архей-протерозойский структурные этажи. Взаимосвязь поверхностных вод водохранилища с гидрогеологическими системами осуществляется через неоген-четвертичный комплекс, слагающий верхние интервалы гидрогеологического разреза. Грунтовый, местами субнапорный водоносный неоген-четвертичный аллювиальный комплекс наиболее интенсивно подвержен техногенному прессингу и обеспечивает основные потребности в хозяйственно-питьевом водоснабжении г. Воронежа (водоотбор — 520 тыс.м3/сутки).

Области питания на большей части территории совпадают с промышлен-но-селитебными зонами, что ведет к загрязнению подземных вод. Основное движение подземных вод определяется реками Дон и Воронеж, которые в естественных условиях дренируют подземный сток.

Таким образом, условия формирования водного ресурса Воронежского водохранилища (расположение внутри городской агломерации, мелководье, тесная гидравлическая связь с подземными горизонтами и др.) предопределяют напряженность геоэкологической ситуации.

Основными источниками загрязнения акватории Воронежского водохранилища являются: сброс недостаточно очищенных вод с Левобережных очистных сооружений; ливневые и талые воды, поступающие с территории города (без очистки), а также пылегазовые выбросы; привнос загрязняющих веществ в водоем с территории водосбора.

Самыми крупными потребителями и загрязнителями воды являются ОАО «Воронежшина», ОАО «Воронежсинтезкаучук», ТЭЦ-1. В химическом отношении промышленные сточные воды этих предприятий представляют собой сложный состав (таблица).

Средняя концентрация химических веществ в сточных водах, мг/дм3

Поедпоиятия

ОАО ОАО ОАО ТЭЦ-1 НИИСК ФНПЦ ОАО

Показатель «Воронеж- «Воро- Завод п. Мас- ЗАО НПК «Электро-

синтез нежши- «Процес ловка «Энергия» прибор»

каучук» на» -сор»

Взвешенные 41,0 9,83 22,4 2,5 10,58 19,0 7,5

вещества

БПК 5, мг 02/дм 3 4,94 4,4 4,2 1,95 4,01 3,9 2,8

Азот аммонийный 0,95 0,7 0,21 0,05 3,314 0,05 0,05

Азот нитритов 0,029 0,23 0,01 0,18 0,06 0,02 0,07

Азот нитратов 4,6 7,4 2,4 7,03 0,11 0,16 0,2

Фосфаты (по Р) 1,85 0,08 0,0067 0,001 1,49 0,001 0,001

Железо 0,37 0,093 0,018 0,11 0,205 0,09 0,06

Хром +3 0,005 0,001 0,001 0,001 0,001 0,10 0,004

Медь 0,007 0,005 0,015 0,005 0,008 0,008 0,004

Никель - 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,001

Алюминий 0,36 0,2 0,2 0,2 - 0,2 0,2

Нефтепродукты 0,36 0,127 0,165 0,05 - 0,05 0,035

СПАВ 0,3 0,094 0,315 0,05 0,14 0,05 0,05

Растворенный О2 мг /дм3 3,6 3,7 3,9 4,3 2,9 3,2 4,1

ХПК мг 02/дм 3 54,6 43,6 31,2 30,7 37 29,1 28,4

Сульфаты 120 93,1 10,8 48,3 76,16 64,2 56,6

Хлориды 214 33,82 244,6 36,9 45,79 40,4 77,0

Кадмий 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,0005

Характерными загрязняющими веществами являются нефтепродукты, органические вещества, соли тяжелых металлов, СПАВ, фосфаты, азот аммонийный, азот нитритов. Так, очищенная сточная вода, поступающая в водохранилище с ОАО «Воронежсинтезкаучук», характеризуется повышенным содержанием азота аммонийного - 2,4 ПДК, фосфатов - 9,2 ПДК, железа -3,7 ПДК, меди - 7 ПДК, цинка - 9 ПДК, нефтепродуктов - 7,2 ПДК, СПАВ -3 ПДК; а с очистных сооружений завода ОАО «Воронежшина» нефтепродуктов - 2,5 ПДК. Не обеспечивается качественная очистка промышленных сточных вод от меди -15 ПДК, цинка - 8 ПДК, нефтепродуктов - 3,3 ПДК, СПАВ - 3,1 ПДК на ОАО «Завод «Процессор». В выпуске НИИСК в районе п. Масловка превышение азота аммонийного - 8,3 ПДК, фосфатов -7,4 ПДК, железа - 2 ПДК, меди - 8 ПДК, СПАВ - 1,4 ПДК, отмечается дефицит растворенного кислорода в воде.

Одним из главных источников загрязнения Воронежского водохранилища являются Левобережные очистные сооружения (мощностью 305 тыс.м3/сутки). В их состав входят три технологические линии с блоком доочистки. Часть сооружений не приняты в эксплуатацию, находятся в нерабочем состоянии и требуют ремонта. Эффективность механической очистки по взвешенным веществам составляет 20%, по зольности активного ила - 30%.

К основным источникам загрязнения также относится неочищенный поверхностный сток ливневых и талых вод с урбанизированной территории. Существует более 70 организованных выпусков ливнестоков, по которым ежегодно в водохранилище поступает около 35 млн.м3 стоков. Концентрации основных загрязнений превышают ПДК: по взвешенным веществам - в 100 раз, по нефтепродуктам - в 500 раз, по величине БПК5 - в 15 раз.

Негативным фактором техногенного воздействия являются все возрастающие масштабы загрязнения подземных вод эксплуатируемого водоносного горизонта. Подземные воды характеризуются регионально повышенным содержанием ионов железа и марганца, что обусловлено как естественными природными, так и наложенными техногенными факторами.

В пределах области подземного стока в Воронежское водохранилище зарегистрировано 30 очагов загрязнения подземных вод, в т.ч. 22 - в правобережной части, 8 - в левобережной. Основное количество очагов загрязнения подземных вод сконцентрировано в пределах промышленной и городской селитебной зон правобережной (центральной) части г. Воронежа, образуя обширную область загрязнения (рис.1). Причем, в районе бывших полей фильтрации ОАО «Воронежсинтезкаучук» расположена длительно существующая область загрязнения подземных вод некалем.

Таким образом, можно сделать вывод о крайне неблагополучной геохимической ситуации в системе «водохранилище - подземные воды», служащей единственным источником питьевого водоснабжения города. Отдельные загрязнители (нитраты, бор, хром, свинец, кадмий, следы хлорорганических соединений) несут непосредственную угрозу здоровью населения г. Воронежа.

| Высокоопасные вещества - 2 класс опасности | Опасные вещества - 3 кл.оп Ум оп - 4 кл.

15 10 5

1 П

1Л ГИ ГИ ГШ п п ГШ У Иг Пп 1 Л

В Сс! и Вг РЬ Со р Ва А1 N02 N03 N44 СПАВ N1 С1 нефтепродукты

□ Всего по г Воронежу 15,2 8,7 7,6 5,5 3,3 1,1 1.1 1,1 1.1 1,1 21,7 6,5 2,2 2,2 7,6 4,4

В Междуречье Дон-Воронеж 13 6,5 7,6 4.4 1,1 1,1 1,1 1,1 1,1 21,7 4,4 1,1 1,1 5,5 1,1

□ Междуречье Воронеж-Усманка 2,2 2,2 1,1 2,2 1,1 2,2 1,1 1,1 2,2 3,3

Рис. 1. Распределение частоты встречаемости вредных химических веществ, превышающих ПДК, в очагах загрязнения подземных вод неоген-четвертичного комплекса.

Качество воды в водоеме, его самоочистительная способность и продуктивность во многом определяются функциональным состоянием экосистем. Антропогенное вмешательство и поступление органики в водохранилище усиливают сезонные процессы «цветения» водоема. Основа «цветения» - накопление в водоеме биогенных элементов азота, фосфора, серы и других. Наилучшим методом борьбы с этим явлением следует считать аэрацию (зимнюю и летнюю). Кроме того целесообразно использовать тростник и камыш для доочистки стоков, а также санитарную уборку водохранилища в период «цветения».

Изучение придонных биоценозов и зоопланктона, а также популяций двустворчатого моллюска дрейссены (Оге/'гаеиа ро!утогрИа) позволило оценить экологическое состояние водных боценозов как реакцию на мощное техногенное воздействие.

Отмечено, что основу биоценоза водохранилища составляют диатомовые и зелёные водоросли. Благодаря жизнедеятельности гидробионтов, большое значение среди которых имеют зоопланктеры (планктонные инфузории, коловратки, рачки) - фильтраторы и седиментаторы, кумулянты токсичных веществ, - Воронежское водохранилище самоочищается. Изучая планктон Воронежского водохранилища, мы пришли к выводу, что участие зоопланктеров в самоочищении водоёма очень существенно. Прежде всего, зоопланктон участвует в этом процессе посредством питания. В среднем за период существования водохранилища при средней биомассе фильтратов 1248 мг/м3 с численностью 68,2 тыс.экз./м3, время необходимое для профильтрования всего объёма водохранилища (0,2 км3), оказалось равным 4,2 суток. Доминирующее значение в этом процессе имели популяции дафнии и босмины.

Фауна моллюсков представлена 15 видами, из которых 5 принадлежат к классу Брюхоногих. Однако из-за своей малочисленности роль брюхоногих моллюсков в биоценозах литорали Воронежского водохранилища незначительна. Наилучший биоиндикатор экологического состояния придонных биоценозов - двустворчатый моллюск Оге/.ме/га роЬутогрЪа. Этот организм продуцирует огромное количество органического вещества, используемого в питании рыб, при этом огромные кормовые запасы дрейссены в водохранилищах обычно не полностью используются.

Отличительной чертой Dras.se/7ii ро!утогрИа является размерная диффе-, ренциация моллюсков в друзе. Большие особи находятся в самом нижнем ярусе, самые мелкие - в верхнем. По-видимому, это связано с наличием большего количества питательных веществ в верхнем слое воды, омывающем друзу, а также с отсутствием многочисленных врагов.

На фоне высокого загрязнения водоема в последние годы снизилась численность ихтиофауны (прежде всего, белого толстолобика - основного фильтратора и потребителя планктонных водорослей). Развитие рыбного хозяйства на водохранилище - одна из нерешенных задач, а одним из направлений повышения рыбопродуктивности водохранилища при условии улучшения его экологического состояния является зарыбление Воронежского водохранилища

толстолобиком и белым амуром, ведение рационального и научно обоснованного рыбного хозяйства.

Таким образом, установлено, что состояние водных биогеоценозов в целом удовлетворительное с тенденцией к деградации, а на отдельных участках высокого техногенного загрязнения - близко к критическому. В верховье водоема доминируют диатомовые и хлорококковые виды, в среднем и нижнем течении - группировки сине-зеленых водорослей при сезонной смене различных комплексов водорослей. В целом характерно понижение величины биомассы в верхнем бьефе (суммарная биомасса зоопланктона в летний период - около 1,5 г/м3) и обильный фитопланктон - в нижнем бьефе (биомасса зоопланктона - до 6,7 г/м3 в приплотинном участке). В течение вегетационного периода водохранилище характеризуется как бета-мезосапробный (слабозагрязненнный) водоём, однако, экологическая ёмкость водохранилища невысока, а на среднем участке («Чернавский мост - Песчанка») ситуация неблагополучна и близка к полной деградации биоценозов.

Комплексная оценка эколого-гигиенического состояния водохранилища и его влияния на подземные водоносные горизонты, прибрежную зону и население

Выполненные мониторинговые наблюдения свидетельствуют о неблагополучии качества воды Воронежского водохранилища. Несмотря на уменьшение объема сбрасываемых загрязненных сточных вод, в последние 10 лет прослеживается определенная тенденция к увеличению степени загрязнения водоема. Процессы естественного самоочищения воды в водохранилище, вследствие высокой антропогенной нагрузки, не обеспечивают сохранение природного качества воды.

К приоритетным загрязнителям воды водохранилища по превышению ПДК относятся железо, марганец и особенно нефтепродукты (рис.2). Наличие железа и марганца в большей степени связывают с природным фактором, а также составом донных отложений. Загрязнение нефтепродуктами и медью имеет техногенное происхождение. Причем динамика большинства загрязнителей нестабильна с периодическим превышением ПДК (рис.3).

Следует также отметить, что с речным стоком в водохранилище поступает огромное количество наносов. Часть наносов образуется в самом водохранилище под воздействием волн и процессов переформирования берегов (около 30% длины береговой линии приходится на долю абразионно-оползневых берегов и нуждается в укреплении), а другая часть наносов попадает в водохранилище с ливневыми и талыми сточными водами.

В городе Воронеже централизованным хозяйственно-питьевым водоснабжением охвачено 98% населения. В настоящее время осуществляется эксплуатация 11 водоподъемных станций (ВПС), 7 из которых расположены по берегам Воронежского водохранилища и имеют с ним гидравлическую связь

(рис.4.). В результате многолетней эксплуатации вокруг водозаборов образовались депрессионные воронки._

Конц. мг/дм3 2,500

2,000

1,500

1,000

0,500 —

0,000

□ Среднее значение показателя

□ Максим, значение показателя

ПДКЖ.„.=0,3 мг/дм3

ПДКР,.=0,05 мг/дм'

X

о

2 СС

о о с

о о

сц

с С

Рис. 2. Средние и максимальные значения концентрации нефтепродуктов в воде

Воронежского водохранилища по данным за 1994-2007 годы, мг/дм3.

Приоритетными загрязнителями воды подземных источников централизованных систем водоснабжения являются железо и марганец, которые обусловливают повышенные уровни цветности и влияют на органолептические свойства воды.

За последние 10 лет по уровням микробной загрязненности воды источников не отвечали требованиям от 0,5 % (1998г.) до 7,2% (2007г.) исследованных проб.

В 2006г. удельный вес отобранных из разводящей сети городского водопровода проб воды, не отвечающих гигиеническим стандартам, в г. Воронеже

Рис. 3. Среднегодовые значения концентрации железа за 1994-2007 гг.

(по всем контрольным точкам Воронежского водохранилища), мг/дм3 (ПДКХ„=0,3 мг/дм3, ПДКР.Х.=0,1 мг/дм3).

по санитарно-химическим показателям, составил на коммунальных водопроводах -13,1%; по микробиологическим показателями - 2,3% (рис. 5).

Установлено, что из 32 контролируемых в питьевой воде веществ превышения гигиенических нормативов в разводящей сети по данным за 2003-2007гг. отмечены по содержанию железа (27,7% анализов; превышение ПДК - в 4 раза), марганца (33,7%; превышение ПДК - в 2,4 раза), нитратов (0,6%, максимальное превышение ПДК - в 1,7 раза), бора (29,4%; превышение ПДК - в 3,2 раза).

Расчеты экологических рисков показали: канцерогенный риск от присутствия в питьевой воде галогенсодержащих веществ соответствует допустимому, а неканцерогенный риск выше допустимого - по концентрациям нитратов и бора для пригородных поселков.

Неудовлетворительное качество воды водохранилища существенно ограничивает использование его как источника питьевого водоснабжения и в рекреационных целях. Качество воды в водохранилище сказывается на качестве воды подземных водоисточников неоген-четвертичного водоносного горизонта, используемых в системе хозяйственно-питьевого водоснабжения г. Воронежа, поскольку большинство водоподъемных станций расположено вблизи водохранилища (см. рис.4.).

Несмотря на наличие в городе водохранилища, существует проблема дефицита питьевой воды. Причинами этого являются невозможность использова-

ния для питьевых целей воды водохранилища без достаточной степени водо-подготовки, нерациональность использования питьевой воды из подземных источников, недостаточная мощность существующих водозаборов.

Рис. 4. Схема расположения водоподъемных станций системы хозяйственно - питьевого водоснабжения г. Воронежа

□ по санитарно-химическим, % Ппо микробиологическим, %

Рис. 5. Удельный вес проб воды разводящей сети коммунального водопровода, не отвечающих гигиеническим нормативам по санитарно-химическим и микробиологическим показателям, %

Система мер по рационализации водопользования и улучшению геоэкологической ситуации в зоне влияния водохранилища на среду

обитания на основе координации водопользования и водоохраны, осуществления комплексного геоэкологического мониторинга качества воды, повышения надежности и безопасности хозяйственно-питьевого водопользования.

Разработана система мероприятий, направленная на рационализацию водопользования и поэтапное улучшение геоэкологической ситуации в зоне влияния водохранилища на среду обитания на основе координации водопользования и водоохраны, осуществления комплексного геоэкологического мониторинга качества воды, повышения надежности и безопасности хозяйственно-питьевого водопользования. Составлена модель комплексного геоэкологического мониторинга качества воды как ведущего блока системы повышения эколого-гидрологической безопасности водопользования, включающая 4 блока: информационный, оценочный, управленческий, контролирующий (рис. 6).

Среди приоритетных мер по обеспечению экологической безопасности и улучшению состояния водохранилища нами предлагаются водоохранные меры по предупреждению заиления, «цветения» воды и биологические методы защиты. В частности, к мероприятиям по предотвращению заиления водохранилища можно отнести следующие: 1) пропуск водохранилищем нерегулируемой части стока (особенно в паводок при высоких мутностях потока) при пониженных

уровнях воды; 2) осуществление сосредоточенных попусков из водохранилища;

3) механическая расчистка ложа водохранилища от отложений наносов; 4) периодические промывки; 5) создание водоохранных лесных полос.

Одним из методов борьбы с вторичным загрязнением является изъятие избытка биогенов в виде первичной продукции фитопланктона. Метод механического сбора водорослевой массы основывается на направленном воздействии человека на процессы саморегуляции экосистем и включении последнего в качестве потребителя создаваемой первичной биологической продукции.

Своевременная и систематическая уборка сине-зеленых водорослей и высшей растительности позволяет добиться улучшения качества воды в водохранилище, не нарушая экологической саморегуляции и не снижая рыбопродуктивность. А использование биомассы водорослей в сельском хозяйстве в виде кормов и удобрений позволит частично компенсировать затраты на очистку водохранилища. Эти мероприятия повысят степень естественной самоочистки водоема и позволят добиться значительного улучшения качества воды водохранилища

В целом мероприятия по оптимизации водопользования можно классифицировать на 6 основных групп: 1) санитарно-технические и технологические; 2) ландшафтно-планировочные и гидрологические; 3) биоэкологические;

4) административно-управленческие; 5) организационно-экономические; 6) эколого-гигиенические.

С учетом сложившейся на сегодняшний день ситуации, с целью улучшения показателей качества воды необходимо решение целого ряда задач:

- стабилизация эколого-эпидемиологического и гидрохимического состояния водоема;

- защита водохранилища от поступающих недостаточно очищенных сточных вод города, в том числе неорганизованных выпусков ливневых коммунальных стоков, путем реконструкции общегородских очистных сооружений и отдельных частей городской канализационной системы, систем ливневой канализации;

- обеспечение безопасной для водохранилища градостроительной деятельности с учетом действующего Положения о водоохранной зоне водохранилища и его границах;

- дальнейшее проведение методов защиты (в том числе биологических) акватории водохранилища и его ложа от загрязнений.

Программа мероприятий по обеспечению эколого-гигиенической безопасности Воронежского водохранилища и р. Воронеж должна включать 4 основных направления, каждое из которых нацелено на решение определенной проблемы:

- «Качество воды» предусматривает проведение мероприятий по улучшению качества поверхностных и подземных вод в рассматриваемом бассейне;

- «Санитарно-гигиеническое, экологическое, техническое состояния и режим эксплуатации» объединяет мероприятия, связанные с безопасной

ИнсЬоомаииоиный блок

Мониторинг качества воды источников

поверхностных

Водохранилище

•запах •мутность •цве1Н0С1ь •ак!ивная реакцш •железо •марганец

У:

иермашанагная окисляем, БПК ноли.

Растворенный кислород

аммиак

•НИ1рИГЫ •ни фаты •ХПК

•нефтепродукты •фенолы •формальде1 ид •медь •цинк •свинец •кадмий •хром •СПАВ

•термоюлеран! ные коли-формные бактерии э Н1 еро-рота вирусы

подземных

Мониторинг почв водосборных территорий

Питьевая вода

ж:

•запах •мутное 1Ь •цветность •жес1кос!ь •нерман! анашая окисляемоегь •железо •мар1анец •бор

•аммиак •нитраты •нитриты •нефтепродукты •хлороформ •акриламид •свинец •кадмий •литий •хром 6+ •никель ГЛАВ

•никель

• медь

• цинк •мар1анеи •хром •свинец •бор •литий •ртуть

•нефтенродук-

Оценочный блок

Оценка уровня техногенной нагрузки на водоисточники и их охраны

Разработка оптимальной схемы водоподготовки

Оценка качества питьевой воды, подаваемой потребителю

Оценка надежности лаб. контроля

Прогноз условий водопользования

Л

Блок управленческих решений

Снижение техногенной нагрузки на водоисточники и обеспечение их охраны

Выбор альтернативных водоисточников

Совершенствование систем водоподготовки и транспортировки

у

Контроль реализации мероприятий и оценка их эффективности

Рис. 6. Модель экогидрохимического мониторинга водохранилища

эксплуатацией гидротехнических сооружений, состоянием ложа и берегов водохранилища, эффективным использованием водоохранной зоны и прибрежной защитной полосы;

- «Научно-техническое обеспечение» направлено на изучение экологических проблем и обоснование пути их решения;

- «Нормативно-правовое и информационное обеспечение» направлено на создание нормативной базы для регулирования и рационального использования рассматриваемого природного комплекса; обеспечение информацией о складывающейся экологической обстановке.

Этими разработками определены основные положения концепции градостроительного освоения территории водоохранной зоны водохранилища с одновременной корректировкой проекта установления ее границ для введения более строгого и эффективного режима эксплуатации данной территории, особенно в прибрежных защитных зонах, включая проведение инвентаризации всех объектов, расположенных в прибрежной зоне водохранилища, с перечнем необходимых мероприятий для соответствия статусу и режиму использования рассматриваемой территории.

В водоохранной зоне устанавливается специальный режим использования, где запрещается: размещение и применение ядохимикатов, минеральных удобрений и горюче-смазочных материалов; мест захоронения, складирования отходов и мусора; вырубка деревьев (кроме рубок ухода); стоянка, заправка топливом, мойка, техническое обслуживание и ремонт автомобилей; проведение без согласований со специально уполномоченными контролирующими органами строительства новых и реконструкция существующих объектов различного назначения.

Прибрежная полоса, как правило, должна быть занята древесно-кустарниковой растительностью или залужена, чтобы предотвратить смыв почвогрунтов поверхностными водами и заиление водохранилища.

В «Схеме функционального зонирования территории водоохранной зоны Воронежского водохранилища» нами рассматривается возможность градостроительного использования прибрежной зоны и акватории водохранилища. Однако, эксплуатация водоема с точки зрения создания искусственных каналов, проведение сплошной засыпки ряда участков, гидронамыв строительных площадей, коридоров коммуникаций и др. в сложившихся сложных экологических условиях требуют осторожного подхода, так как экологический потенциал водоема почти исчерпан.

Наряду с выполнением дорогостоящих проектов необходимо также проводить систематическую планомерную работу, направленную на поддержание благополучного состояния водоема, включающую благоустройство прибрежной полосы водохранилища, уборку мусора и водной растительности, удаление затонувших предметов, ликвидацию мелководий и участков с замедленным водообменом, борьбу с зарастанием, «цветением» и вторичным загрязнением, а также укреплением берегов.

Организация намывных территорий позволит вернуть городу обширные территории природного ландшафта в виде открытых озелененных пространств, создать благоприятные условия для организации зон рекреации. При этом уменьшится площадь зарастания водоема, здесь будет происходить более интенсивный водообмен и, соответственно, процессы самоочищения и разбавления, которые помогут решить проблему качества воды. В результате проведения гидромеханизированных работ площадь мелководий уменьшится с 19,7 км2 до 9,0 км2 (с 33% до 15% от общей площади зеркала), при этом город получит дополнительно около 500 га земель.

Таким образом, внутригородское Воронежское водохранилище имеет высокие потенциальные возможности его использования в рекреационных целях, что требует планомерной санитарной очистки территории, ликвидации объектов экологического риска и обеспечения нормативного качества воды по санитарно-химическим и бактериологическим показателям. Разработанная система мониторинга качества воды, включающая четыре взаимосвязанных блока (информационный; оценочный; управленческий; контролирующий) является составной частью общей системы оптимизационных мероприятий. Комплекс предлагаемых мероприятий ориентирован на благоустройство водоохраной зоны и расширение зон рекреации, комплексный мониторинг качества воды и снижение уровней антропогенных нагрузок на водоем, что позволит обеспечить поэтапное улучшение геоэкологической обстановки, рационализацию и экологическую безопасность водопользования.

ВЫВОДЫ

1. Комплексные геоэкологические исследования состояния внутригородского Воронежского водохранилища показали, что его использование в условиях интенсивного техногенного воздействия на среду обитания нерационально и не обеспечивает экологически безопасное хозяйственно-питьевое и культурно-рекреационное водопользование. За 35 лет эксплуатации водоем превратился в объект повышенного экологического риска, а качество воды не соответствует необходимым экологическим критериям.

2. Условия формирования водного ресурса водохранилища (расположение внутри городской агломерации, мелководье, тесная гидравлическая связь с подземными горизонтами и др.) предопределяют напряженность геоэкологической ситуации. Длительный период эксплуатации водоема в черте города привел к образованию техногенных типов вод (гидрокарбонатно-хлоридного, каль-циево-натриевого, хлоридно-гидрокарбонатного натриево-кальциевого) и росту концентраций многих химических ингредиентов. Основными источниками загрязнения акватории водохранилища являются: сброс недостаточно очищенных вод с Левобережных очистных сооружений (мощность - 305 тыс.м3/сутки); ливневые и талые воды, поступающие с территории города (без очистки); пылега-зовые выбросы; привнос загрязняющих веществ с территории водосбора.

3. Антропогенное воздействие на водохранилище проявляется в виде ухудшения химического состава воды (превышение общей минерализации до 2 раз за счет преимущественного увеличения хлоридов, железа, марганца, аммонийного азота, общей жесткости и нефтепродуктов), высокого микробиологического загрязнения (превышение допустимого уровня коли-индекса в 500 и более раз и обнаружение в воде патогенных микроорганизмов). Крупнейшими потребителями и загрязнителями воды являются промышленные предприятия левобережной части города (ОАО «Воронежшина» - 3,85 млн.м3 сточных вод; ОАО «Воронежсинтезкаучук» - 195 тыс.м3 сточных вод; ТЭЦ-1; Левобережные очистные сооружения). Донные отложения загрязнены высокими концентрациями металлов (свинца, кадмия и марганца в десятки раз выше ПДК). Накопление загрязнений в воде водохранилища и донных отложениях оказывает негативное влияние на качество воды подземных инфильтрационных водозаборов, а некоторые загрязнители (нитраты, бор, хром, свинец, кадмий, следы хло-рорганических соединений и др.) опасны для здоровья населения города.

4. Состояние водных биогеоценозов в целом удовлетворительное с тенденцией к деградации, а на отдельных участках высокого техногенного загрязнения - кризисное. Экологические условия влияют на развитие фитопланктона: в верховье водоема доминируют диатомовые и хлорококковые виды, в среднем и нижнем течении - группировки сине-зеленых водорослей при сезонной смене различных комплексов водорослей. В целом характерно понижение величины биомассы в верхнем бьефе (суммарная биомасса зоопланктона в летний период - около 1,5 г/м3), а обильный фитопланктон - в нижнем бьефе (биомасса зоопланктона - до 6,7 г/м3 в приплотинном участке). В течение вегетационного периода водохранилище характеризуется как бета-мезосапробный (слабоза-грязненнный) водоём, однако, экологическая ёмкость водохранилища низка, а на участке «Чернавский мост - Песчанка» ситуация катастрофична и близка к полной деградации биоценозов. Наилучший биоиндикатор экологического состояния придонных биоценозов - моллюск Отззепа ро!утогрИа.

5. Эколого-гигиеническое состояние водоема в целом неудовлетворительное, а выполненные мониторинговые наблюдения свидетельствуют о нестабильности качества воды Воронежского водохранилища. Процессы естественного самоочищения воды в водохранилище, вследствие высокой антропогенной нагрузки, не обеспечивают сохранение природного качества воды. К приоритетным загрязнителям воды водохранилища по превышению ПДК относятся железо, марганец, нефтепродукты. С речным стоком в водохранилище поступает огромное количество наносов. Часть наносов образуется в водохранилище под воздействием волн и процессов переформирования берегов (около 30% длины береговой линии приходится на долю абразионно-оползневых берегов), а другая часть наносов попадает в водохранилище с ливневыми и талыми сточными водами и образует конусы выноса в местах осаждения.

6. Экологический риск для населения связан с имеющей место гидравлической связью между водами водохранилища и подземным

водоносным горизонтом. Поэтому изменения качества поверхностной воды неизбежно влекут за собой соответствующие изменения качества подземных вод. При оценке качества питьевой воды установлено, что в разводящей сети и источниках централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения имеют место частые превышения ПДК по содержанию железа и марганца, в отдельных источниках - нитратов, бора и показателя жесткости. Канцерогенный риск от присутствия в питьевой воде галогенсодержащих веществ соответствует допустимому, а неканцерогенный риск выше допустимого - по концентрациям нитратов и бора для пригородных поселков. Неудовлетворительное качество воды водохранилища существенно ограничивает использование его как источника питьевого водоснабжения и в рекреационных целях.

7. Обоснован комплексный геоэкологический мониторинг качества воды как ведущий блок системы повышения эколого-гидрологической безопасности водопользования при эксплуатации Воронежского водохранилища, включающий 4 блока: информационный, оценочный, управленческий, контролирующий.

8. Разработана система мероприятий, направленная на рационализацию водопользования и поэтапное улучшение геоэкологической ситуации в зоне влияния водохранилища на среду обитания на основе координации водопользования и водоохраны, осуществления комплексного геоэкологического мониторинга качества воды, повышения надежности и безопасности хозяйственно-питьевого водопользования. Комплекс предлагаемых мероприятий ориентирован на благоустройство водоохраной зоны и расширение зон рекреации, комплексный мониторинг качества воды и снижение уровней антропогенных нагрузок на водоем, предупреждение заиления, «цветения» воды, аэрацию и биологические методы защиты, ведение рационального и научно обоснованного рыбного хозяйства.

Список научных работ, опубликованных по теме диссертации

1. Сейдалиев Г.С. Проблемы рационального природопользования в бассейне Воронежского водохранилища / Г.С. Сейдалиев // Вестник Воронежского гос. ун-та. Серия географии и геоэкологии. - 2007. - №2. - С. 106 -110.

2. Сейдалиев Г.С. Проблемы загрязнения водных объектов Верхнего Дона / Г.С. Сейдалиев, В.И. Ступин, В.Н. Жердев // Материалы четвертой Межд. науч.-практ. конф. - Воронеж: ВГПУ, 2000. - С. 226 - 230.

3. Жердев В.Н. Региональные особенности воздействия водохранилищ и прудов на ландшафты Воронежской области / В.Н. Жердев, В.И. Ступин, Г.С. Сейдалиев, В.Н. Сушков // Материалы четвертой Межд. науч.-практ. конф. - Воронеж: ВГПУ, 2000. - С. 206 - 209.

4. Бородкин А.И. Геоэкологические проблемы малых рек / А.И. Бородкин, В.Н. Жердев, Г.С. Сейдалиев, В.И. Ступин // Вестник Воронежского

отдела Русского географического общества. - Воронеж: ВГПУ, 2001. - Вып. 2. -Т. 2.-С. 87-88.

5. Ступин В.И. Особенности экологических проблем р. Дон / В.И. Сту-пин, Г.С. Сейдалиев, В.И. Ступин, В.Н. Жердев, И.В. Грибанова // Вестник Воронежского отдела Русского географического общества. - Воронеж: ВГПУ, 2001.-Вып. 2.-Т. 2.-С. 85-87.

6. Жердев В.Н. Внедрение и правильная эксплуатация водоохранных сооружений - решение проблем очистки сточных вод, сбрасываемых в Воронежское водохранилище / В.Н. Жердев, Г.С. Сейдалиев, В.И. Ступин // Экологические и правовые аспекты эксплуатации водохранилищ: Материалы 1 межд. науч.-практ. конф. (26 - 28 февраля 2003г., Воронеж) - Воронеж: ВГУ, 2003. - С. 69-74.

7. Сейдалиев Г.С. Геоэкологические аспекты оценки состояния антропогенных водных ресурсов Воронежской области / Г.С. Сейдалиев, В.И. Ступин.

- Воронеж: изд-во им. Е.А. Болховитинова, 2003. - 160с. (.монография)

8. Сейдалиев Г.С. Экологическая обстановка в бассейне рек - притоков Воронежского водохранилища и их влияние на гидрохимический режим водоема / Г.С. Сейдалиев, В.И. Ступин // Экологические и правовые аспекты эксплуатации водохранилищ: Материалы 1 межд. науч.-практ. конф. (26 - 28 февраля 2003г., Воронеж). - Воронеж: ВГУ, 2003. - С. 101-103.

9. Сейдалиев Г.С. Мониторинг водных ресурсов Воронежской области / Г.С. Сейдалиев, В.И. Ступин. - Воронеж: Изд.-во им. Е.А. Болховитинова, 2005. - 184с. (монография)

10. Ступин В.И. Доклад о государственном надзоре и контроле за использованием природных ресурсов и состоянием окружающей среды Воронежской области в 2004 году / В.И. Ступин, Л.Г. Калинина, Г.С. Сейдалиев [и др.].

- Воронеж: Воронежский государственный университет, 2005. - 142с.

11. Ступин В.И. Доклад о государственном надзоре и контроле за использованием природных ресурсов и состоянием окружающей среды Воронежской области в 2005 году / В.И. Ступин, Г.С. Сейдалиев [и др.]. - Воронеж: Изд-во им. Е.А. Болховитинова», 2006. - 112с.

12. Ступин В.И. Доклад о государственном надзоре и контроле за использованием природных ресурсов и состоянием окружающей среды Воронежской области в 2006 году / В.И. Ступин, Г.С. Сейдалиев [и др.]. - Воронеж: Изд-во им. Е.А. Болховитинова», 2007. - 140с.

13. Ступин В.И. Доклад о государственном надзоре и контроле за использованием природных ресурсов и состоянием окружающей среды Воронежской области в 2007 году / В.И. Ступин, Г.С. Сейдалиев [и др.]. - Воронеж: Изд-во им. Е.А. Болховитинова», 2008. - 255с.

Работа №1 опубликована в ведущем рецензируемом издании, соответствующем перечню ВАК РФ.

Подписано в печать 26 09 08. Формат 60*84 '/]6. Уел печ. л. 1,4. Тира/к 100 экз. Заказ 1788

Отпечатано с готового оригинала-макета в типографии Издательско-полиграфнческого центра Воронежского государственного университета. 394000, Воронеж, ул. Пушкинская, 3.