Романенко Основы гидроэкологии. Р69 Основы гидроэкологии Учебн для студентов высших учебных заведений. К генеза, 2004. 664 с 1
 Скачать 7.62 Mb.
|
|
на экосистемы малых рек Если лес и луга играют положительную роль в формировании водности речных систем и поддержании качества воды, то пашня, наоборот, может рассматриваться как потенциальный их загрязнитель. Пашня — это земельная площадь, систематически обрабатываемая и используемая для выращивания сельскохозяйственных культур, в том числе и многолетних. Различают пашню орошаемую, осушаемую, эрозийно опасную и др. Влияние пашни на формирование водности малых рек определяется состоянием воды в почвах, а также их инфильтрационной способностью и возможностью сноса дождевыми потоками, что приводит к заилению русел. Поступление органических и минеральных веществ с пашни в реки может существенным образом ухудшать качество воды, вызывая эвтрофикацию речных экосистем. При этом вынос химических веществ с водосборной площади может происходить за счет как поверхностного, таки подземного стока Раздел VI. Моря и внутренние воды Содержание воды в почвах и их инфильтрационная способность зависят от структуры почвы, соотношения в ней твердых частиц разных размеров, наличия органических веществ и коллоидов, химических свойств почвенного раствора и его реакции (рН). Вода в почвах вкраплена в поры разных размеров и форм. Различают три основных вида грунтовых вод гравитационную, капиллярную и связанную. Гравитационная вода заполняет наиболее широкие промежутки между твердыми частицами почвы и характеризуется способностью просачиваться под действием силы тяжести глубоко вплоть до уровня грунтовых вод. Именно гравитационные воды больше всего влияют на водность и качество воды малых рек Капиллярная вода заполняющая тончайшие промежутки между твердыми частицами почвы, наоборот, под действием капиллярных сил поднимается ближе к поверхности почвы, создавая восходящий поток влаги Связанная вода удерживается на поверхности почвы адсорбционными силами почвенных частиц. Обладая достаточно большой массой, она играет определенную роль в растворении солей и их выносе в реки. Кроме жидкой воды, в почве всегда содержится парообразная влага. В зависимости от соотношения крупных по размеру песчаных частиц и более мелких глинистых различают песчаные, супесчаные и глинистые почвы. При этом почвы с преобладанием песка характеризуются высокой инфильтрационной активностью по отношению к дождевыми талым снеговым водам, которые быстро проходят вглубь почвы и пополняют запасы грунтовых вод. Наоборот, глинистые почвы более водоудерживающие. Для них характерен достаточно интенсивный восходящий капиллярный поток. В удержании воды и растворенных в ней биогенных элементов важная роль принадлежит почвенным коллоидам, которые, обладая чрезвычайно большой суммарной поверхностью, обеспечивают физико-химическую адсорбцию воды и других веществ. В условиях интенсификации сельскохозяйственного производства, связанной с применением минеральных и органических удобрений и химических средств защиты растений, почвы всегда представляют потенциальную угрозу для экосистем водоемов. Вынос этих веществ в реки может происходить с поверхностным стоком, через загрязнение грунтовых водили путем ветровой эрозии. Особенно велика опасность загрязнения вод при распахивании долин рек, резком уменьшении площади лугов и размещении частных огородов непосредственно в прибрежных зонах малых рек. Хотя в последние годы темпы расширения площадей пашни падают, все же они остаются достаточно высокими. Поддержание нормального функционирования пойменных ландшафтов возможно лишь при условии аграрных преобразова- 575 Основы гидроэкологии ний на площади, не превышающей 40 % площади общего земельного фонда страны. Сюда относятся не только пахотные земли, но и другие антропогенно измененные территории (карьеры, рекреационные зоны, города, села). В зависимости от технологии обработки пашни может существенным образом изменяться накопление влаги в почвах. При глубокой пахоте большее количество осадков накапливается в обработанной почве, а поверхностный сток, наоборот, резко снижается. Установлено, что в верхнем сантиметровом слое почвы при глубинной пахоте (до 30 см) он уменьшается до 3,5 мм на один сантиметр углубления. То есть на поле, вспаханном до глубины см, поверхностный сток воды может снижаться на 20—70 мм. Интенсификация сельскохозяйственного производства связана с применением органических и минеральных удобрений, а также химических средств защиты растений — пестицидов. Их высокие концентрации могут привести к нарушению естественных условий и загрязнению грунтовых и поверхностных вод. Отрицательное влияние этих препаратов на водные источники зависит не только от количества внесенных химических веществ, но и от технологии их применения в севооборотах. Так, чрезмерное внесение азотных удобрений при несбалансированном обеспечении фосфором и калием приводит к нитратному загрязнению окружающей среды, к накоплению нитратов, нитритов и N-нитрозаминов в сельскохозяйственных культурах. Такие последствия характерны и для водных экосистем, которые находятся в зоне влияния поверхностных и грунтовых вод, стекаемых с полей. Неиспользованные сельскохозяйственными культурами питательные вещества вымываются из почвы и становятся источником загрязнения грунтовых и поверхностных вод суши. Наблюдения за вымыванием химических веществ из разных почв Полесья показали, что привнесении в течение шести лет кг/га азота его потери вследствие вымывания из сыпучей песчаной почвы составили а из плотнопесчаной — 83 кг/га. Если проследить пути распространения вымытого из почвы азота, то он обнаруживается не только в реках, но ив питьевой воде. Азотсодержащие соединения в повышенных концентрациях являются опасными токсикантами для людей и животных. Фосфор, который вносится в составе минеральных удобрений, в большинстве почв имеет тенденцию к быстрому связыванию в форме труднорастворимых апатитов (в обогащенных известью почвах) или в форме фосфата железа или алюминия (на менее заизвесткованных землях). В Украине в зонах нормативного применения фосфорных удобрений в результате поступления фосфора в реки и озера его общая концентрация вводе может повыситься до мг/дм 3 . При Раздел VI. Моря и внутренние воды дозировке минеральных удобрений вводные источники поступает не только фосфор, но и другие химические вещества, являющиеся постоянными компонентами удобрений. Не менее опасны для речных систем калийные удобрения, в состав которых входит хлор. Растениями усваивается из почвы его общего содержания в этих удобрениях. Остальная часть выносится с дренажными водами в естественные водные источники. Взаимодействуя с натрием, кальцием, магнием, никелем, хлор образует сними растворимые соли, которые легко вымываются из почвы и поступают с инфильтрационными водами в подземные и поверхностные источники водоснабжения. Тоже относится и к микроэлементам Zn, В, Мо, Мп, которые в составе минеральных удобрений вносятся в почву, а затем переходят в инфильтрационные воды. Для удобрения пашни часто применяют такие отходы промышленного производства, как осадок сточных вод, фосфогипс, сапропели и другие вещества. В состав большинства из них входят тяжелые металлы и другие токсические вещества. Например огарки, используемые как медные примеси, содержат % железа, 1-2 % серы, 0,47 % меди % цинка % свинца и другие металлы. Широко применяемый в сельском хозяйстве фосфогипс содержит 70—75 % сульфата кальция фосфора, 2,5 % железа и алюминия. Даже такие природные удобрения, как сапропели, добываемые из заболоченных мест, могут привести к загрязнению почвы и грунтовых вод кадмием и другими тяжелыми металлами. Вокруг больших городов и населенных пунктов на значительных площадях пашни применяют осадок сточных вод. В его состав входит около 77 % органических веществ, 1,1 % фосфора % кадмия и другие химические элементы. Расчеты показывают, что привнесении на поля 25 т/га (норма) осадка сточных вод с ним поступает экологически опасное количество кадмия, равное мг/кг почвы. Для борьбы с сельскохозяйственными вредителями применяют разные по своему составу хлорорганические и фосфорорганические, медьсодержащие и другие ядохимикаты. Все они ин- фильтруются обрабатываемыми землями и поступают в грунтовые воды. Особенно опасно для водоемов и водотоков нарушение технологических процессов их применения. Неединичны случаи массового отравления рыбы в водоемах, расположенных за десятки километров от мест складирования химических удобрений и ядохимикатов в неприспособленных помещениях или просто под открытым небом вне защищенных от атмосферных осадков местах. Отрицательные последствия во всех случаях обусловлены поступлением растворенных химических веществ с подземным Основы гидроэкологии или поверхностным стоком в водотоки - малые, средние и даже большие реки. Именно антропогенная эвтрофикация и химизация пашни отрицательно влияют наречные системы. В отличие от водохранилищ и озер, эвтрофикация малых рек не всегда вызывает цветение воды, но сопровождается зарастанием их русел и плесов высшей водной растительностью. В реках, даже при замедлении их стока, сохраняется определенная скорость течения, не позволяющая развиваться синезеленым водорослями поэтому весь биогенный сток захватывается погруженными и погруженными водными растениями. В русловых прудах на малых реках, несмотря на лентический характер их экосистем, интенсивного цветения также не наблюдается вследствие развития макрофитов как вдоль русла основной реки, таки по берегам, хотя в составе фитопланктона некоторые виды синезеленых водорослей могут даже доминировать. Отрицательно влияет на качество воды в малых реках выпас скота и зимнее стойловое содержание его на животноводческих фермах. Большие массы навоза, которые вывозятся на поля и огороды, загрязняют не только грунтовые, но и поверхностные воды. Особенно угрожающие масштабы загрязнение приобретает в районах размещения крупных животноводческих комплексов. Технология бесподстилочного выращивания животных на этих специализированных предприятих предусматривает смывание навоза с мест их содержания. Большие массы воды, загрязненной высококонцентрированными органическими веществами, выносятся на поля орошения. Именно они являются источником пополнения водой низкого качества подземных горизонтов и рек, расположенных вблизи животноводческих комплексов. Влияние промышленных предприятий и городских конгломератов на состояние малых рек Наибольшее загрязнение малых рек связано с работой жи- лищно-коммунальных и промышленных предприятий. Город с миллионным населением потребляет в среднем за сутки около тыс. т воды, 2 тыс. т продуктов питания, 9,5 тыс. т горючего. При этом в окружающую среду выбрасывается без надлежащей очистки и обработки до 500 тыс. т жидких, 2 тыс. т твердых и т газообразных отходов, которые загрязняют ее. Наибольшее отрицательное влияние испытают речные системы, расположенные вблизи больших городов, из которых поступают загрязненные стоки. Их объем часто превышает объем речного стока. Рост населения крупных городов происходит с такой скоростью, что коммунальное хозяйство не успевает обеспечить строительство очистных сооружений необходимой мощности Раздел VI. Моря и внутренние воды Не достигла достаточных масштабов и переработка твердых отходов путем высоко- или низкотемпературного нагревания (пиролиза) без доступа кислорода, а также методом компостирования. Поэтому характерной чертой пейзажей пригородных зон являются мусорные свалки. Вовремя дождей или таяния снега с них стекают потоки грязных вод, попадающие в реки или ин- фильтрующиеся в грунтовые воды. Одним из основных источников загрязнения окружающей среды является топливно-энергетический комплекс, в состав которого входят предприятия угольной, нефтеперерабатывающей и электроэнергетической промышленности, по добыче и транспортировке нефти и газа. Достаточно лишь вспомнить, что при добыче угля в Донецкой и Луганской областях на поверхность выносятся миллионы тонн пустой породы. Одновременно откачиваются большие объемы высокоминерализованных шахтных вод, загрязняющих поверхностные и грунтовые воды разными солями. Серьезную обеспокоенность вызывает эта проблема на предприятиях по добыче железной руды около Кривого Рога. Шахтные воды, степень минерализации которых враз выше, чем морских, попадая с поверхностными грунтовым стоком в реки, даже изменяют класс воды. Сточные воды промышленных предприятий, переполняющие пруды-отстойники, представляют постоянную угрозу загрязнения грунтовых вод тяжелыми металлами и радионуклидами. На основании сказанного можно сделать выводы, что водосборная площадь речных систем постоянно испытывает влияние жидких, газообразных и твердых отходов. Промышленные предприятия, сосредоточенные в крупных городах, наряду с коммунально- бытовыми, определяют степень нагрузки городских конгломератов на водотоки. Практически в каждом большом городе Украины протекает одна малая река, а то и больше. Так, в Киеве это Лыбедь, Сырец, Вита, Нивка, в Чернигове — Стрежень, в Харькове — Лопань, во Львове — Полтва. На примере р. Полтвы рассмотрим влияние большого города на экосистему малой реки. Для Львова, по территории которого протекает Полтва, характерен концентрический тип застройки. С ростом города изменялись не только его социальные, экономические и климатические условия, но и размеры и состояние водосборной площади. Город, в котором сейчас проживает свыше тыс. жителей (6500 человек на 1 км площади, основан в г. на правом берегу Полтвы. В конце XI в. его площадь составляла га, из которых 98,7 % приходилось на долю зеленых насаждений. Кг. площадь города возросла враз, ион полностью занимал территорию естественного водосбора реки, рав- 579 Основы гидроэкологии 2200 га. Дальнейший рост города привел к тому, что водосборная площадь превратилась в сборник промышленных, комму- нально-бытовых и просто городских (вследствие смыва с улиц) отбросов. К 1990 г. площадь Львова достигла 10 572 га. На этой территории формировался водный сток не только Полтвы, но и рек Ве- Маруньки, Зубры и Малечковичи. Вследствие коллекторной переброски сточных вод с водосборной площади этих рек общая площадь водосбора возросла в 4,8 раза, а Полтва стала в раза полноводнее. Ее русло местами спрямлено и проходит в искусственных водоводах. Берега защищены земляными валами высотой дом. На всем протяжении реки — от истоков и до впадения в Западный Буг (60 км) — фактически отсутствует типичная речная растительность. Река больше напоминает сточный канал, чем естественный водоток. Ее ширина в верховье составляет от 3 дома с приближением к устью русло расширяется дом (местами до 20 м). Уровень воды в реке зависит как от выпадения атмосферных осадков, таки от сброса коммунально-бытовых и промышленных стоков. При средней глубине от 0,3 дом (ближе к устью 1-2 м) во время весеннего паводка он может возрастать на 1,5-2,0 м. Отмечаются и высокие летние паводки, связанные с атмосферными осадками. Вовремя летних дождей уровень воды в реке иногда поднимается дом. Именно этим обусловлена необходимость строительства дамб как средства предупреждения разливов реки и затопления грязной водой пригородных территорий. О загрязнении может свидетельствовать даже цвет воды, меняющийся от землисто-серого до коричневато-черного. При этом мутность колеблется в пределах Качество воды в р. Полтве определяется не внутриводоемны- ми процессами самозагрязнения и самоочищения, как это происходит в естественных водотоках с умеренным антропогенным загрязнением, а исключительно количественными ным составом сточных вод, поступающих в реку. Их объем значительно превышает водность реки. И сейчас следует говорить не о разбавлении сточных вод в природных, а наоборот, о разбавлении природных вод в сточных. По своим гидрохимическим показателям вода относится к классу гидрокарбонатных вод группы кальция. По большинству показателей она не только превышает экологические нормативы качества природных водно и неудов- летворяет требованиям, предъявляемым к техническому водо- снабжению. В воде значительно повышено содержание сульфатов (182— 355 мг/дм 3 ), гидрокарбонатов, аммония, нитритов. Общая концентрация железа при средней жесткости воды ммоль/дм 3 Раздел VI. Моря и внутренние воды часто возрастает до 15,0 а содержание растворенных органических и минеральных веществ колеблется от 220 до мг/дм 3 . В тоже время уровень кислорода вводе настолько снижен, что для его определения необходимо применение достаточно чувствительных приборов. Поданным гидробиологических исследований, проведенных сотрудниками Львовского национального университета им. И. Франко, концентрация кислорода изменялась на протяжении летнего сезона от 0,17 до 2,94 мг/дм 8 , а в информационных отчетах Львовского государственного управления охраны окружающей среды отмечается, что он не всегда даже обнаруживается. Очень низкий уровень кислорода вводе вследствие недостаточного количества фотосинтезирующих организмов еще больше усугубляет неблагополучную экологическую обстановку в этой городской реке. Не способствует улучшению экологической ситуации и структура естественных ландшафтов на загородных участках реки. Большая часть земель ее бассейна распахана, а остальная занята болотами (8 %) и озерами (1 % ) По степени загрязнения органическими веществами и по другим показателям Полтва относится к водоемам. Напомним, что полисапробными считаются водоемы, в которых почти полностью отсутствует свободный кислород, вводе содержатся неразложившиеся белки, значительное количество сероводорода, диоксида углерода, а биохимические процессы носят восстановительный характер. При этом биохимическое потребление кислорода достигает 40 мг Всем этим показателям отвечает качество воды в р. Полтве. Для оценки состояния загрязненных водоемов применяется предложенная Гуднайтом и Уитли [126] биологическая индикация по бентосным организмам. В соответствии с этой методикой, река находится в хорошем состоянии, если олигохет меньше 60 общего количества всех бентонтов, в удовлетворительном состоянии, если их 60-80 %, а в сильно загрязненном, если олигохет больше 80 Согласно результатам биологической индикации Полтва относится к сильно загрязненным рекам, так как количество олигохет в верховье достигает 99,9 %, а в устье - 94,5 % общего количества бентосных организмов. Такое же качество воды реки установлено и методом биотестирования донных отложений с использованием в качестве тест-объекта Острая токсичность вытяжек из донных отложений характерна практически для всей акватории реки от очистных сооружений до устья. При пребывании рачков в такой среде в течение 96 ч в живых оставалось лишь 57-70 %, а при более длительном - они почти все погибали. Как свидетельствуют гидробиологические исследования, на Основы гидроэкологии всех участках реки состав зоопланктона немногочислен. Лишь вместе впадения реки в Западный Буг обнаруживаются ко- ловратки, численность которых достигает 8,6 тыс. экз./м 3 . Такой низкий уровень численности зоопланктона можно объяснить высокой степенью загрязнения воды, наличием в ней токсических вещество чем свидетельствуют результаты биотестирования. Среди беспозвоночных преобладали бентосные организмы. Высокое содержание в донных грунтах органических веществ не является лимитирующим фактором для их массового развития. Так, численность достигает 230 тыс. экз./м 2 , а их биомасса — 350 гм. На участке реки вблизи ее впадения в Западный Буг, где преобладают глинистые и песчаные грунты, численность тубифицид и других видов олигохет составляет около экз./м 2 , а биомасса - лишь 0,93 гм Проблема сохранения природного состояния Полтвы, как и других рек, протекающих по территории городов, сегодня беспокоит общественность и соответствующие городские органы административного управления. Среди мероприятий, которые могут положительно повлиять на ее решение, первоочередное значение имеют экономное расходование пресных вод на всех этапах производственных и коммунально-бытовых технологических процессов, внедрение менее водоемких и энергоемких производства также применение эффективных методов очистки воды. Выход Украины на европейский и мировой рынки предусматривает ориентацию на современные стандарты зеленых технологий и экологического менеджмента. Речь идет, прежде всего, о необходимости проведения экологической инвентаризации или проверки (аудита) каждого отраслевого предприятия, каждого водопользователя и стем, чтобы определить приоритеты во внедрении водоохранных мероприятий. Экологический аудит может выполнить роль многоцелевого управленческого мероприятия, обеспечивающего не только выбор эффективных методов очистки, но и экономию инвестиционных средств. |