Исследование динамики химического загрязнения р.Миасс в ретроспективе ведения наблюдений ФГБУ «Челябинский ЦГМС» (за период 2001-2005 гг.).

Исследование динамики химического загрязнения р.Миасс  в ретроспективе ведения наблюдений ФГБУ «Челябинский ЦГМС» (за период 2001-2005 гг.).

Река Миасс - одна из крупнейших водных артерий Челябинской области. Она берет начало из ключа на восточном  склоне хребта Нурали в Учалинском районе республики Башкортостан, протекает  по территориям Челябинской и  Курганской областей и впадает в  р.Исеть с правого берега на 218 км от устья. Длина реки 658 км, площадь  водосбора 21800 км². В пределах Челябинской  области протяженность реки составляет 384 км, площадь водосбора 6830 км²; естественный сток реки зарегулирован водохранилищами  и прудами.

На территории области  река подвержена влиянию сточных  вод городов: Миасса, Карабаша, Челябинска.

Наблюдения за состоянием качества р.Миасс по гидрохимическим  показателям ФГБУ «Челябинский ЦГМС»  ведет с 1967 года – открытия пункта наблюдений – г.Миасс; в 1968 году был  открыт пункт наблюдений – г.Челябинск, с 1970 года наблюдения проводятся на Аргазинском  водохранилище в районе г.Карабаша, а с 1978 года – в районе Аргазинского гидроузла (д.Байрамгулова); на Шершневском  водохранилище открыт створ наблюдений в 1973 году, с 1989 года наблюдения проводятся в районе п.Полетаево, а в 1997 г. открыт приграничный контрольный створ  на границе с Курганской областью (д.Пятково).

В настоящее время на р.Миасс  от верховья реки до д.Сычево (23 км ниже г.Челябинска) организовано 10 контрольных  створов, входящих в систему наблюдений и контроля качества водоемов и водотоков  на сети Росгидромета в рамках Общегосударственной  службы наблюдений за загрязнением природной  среды и 1 створ – на границе  с Курганской областью, входящий в  территориальную сеть наблюдений, созданную  по заказу Правительства Челябинской  области с целью контроля качества трансграничных рек.

Наблюдения за качеством  р.Миасс проводятся ежемесячно; в  воде производится определение основных ионов, газового состава, биогенных  и органических соединений, тяжелых  металлов, специфических загрязнителей, всего – 38 химических компонентов. Химический анализ воды производится по методикам, аттестованным Гидрохимическим  институтом Росгидромета, входящим в  Федеральный перечень методик выполнения измерений, допущенных к применению при выполнении работ в области  мониторинга загрязнения окружающей природной среды, утвержденный Росгидрометом  и Госстандартом. При отборе проб воды производится замер гидрологических  параметров - скорости течения и  расхода воды в реке.

Химический анализ воды проводит лаборатория мониторинга поверхностных  вод (ЛМПВ), аккредитованная на техническую  компетентность и независимость  и зарегистрированная в Государственном  реестре под № РОСС RU.001.512473 от 03.11.2003 г. Оценка степени загрязнения  воды в реке проводится с использованием в качестве критерия предельно допустимых концентраций (ПДК) рыбохозяйственного водопользования.

От верховьев до границы  с Курганской областью р.Миасс испытывает различной степени антропогенную  нагрузку.

До г.Миасса организованные стоки в р.Миасс отсутствуют. Вода реки загрязняется поверхностным стоком, а также поступление загрязняющих веществ происходит опосредованно, в частности: через р.Уштарганку, приток р.Миасса, в которую производится сброс хозяйственно бытовых сточных  вод «ЛПДС Ленинск» Челябинского нефтепроводного управления. В состав сточных вод входят азот- и фосфорсодержащие компоненты, органические соединения, сульфаты, хлориды, нефтепродукты, взвешенные вещества.

В верховье реки до г.Миасса качество воды по основным гидрохимическим  показателям удовлетворяет требованиям  рыбохозяйственных нормативов. За период 2001-2005 гг. среднегодовые концентрации азот- и фосфорсодержащих компонентов, легкоокисляемых органических соединений (БПК₅) не превышали ПДК. Кислородный режим реки на этом участке удовлетворительный: содержание растворенного в воде кислорода варьировало от 9,5 до 10,1 мг/л (норма >6,0 мг/л), насыщение воды кислородом соответствовало 77-84%. Минерализация воды реки средняя – 522-573 мг/л.

Характерное для Уральского региона повышенное содержание металлов в породе сказывается и на содержании их в воде рек. Так, в верховье р.Миасс, в условиях отсутствия организованных сбросов, концентрации меди и цинка  в воде традиционно превышают  рыбохозяйственные нормативы в 2-3 раза, марганца – в 12-16 раз; содержание последнего в подледный период –  период наименьшего расхода воды в реке - увеличивается до 22-28 ПДК, а порой достигает уровня высокого загрязнения (>30 ПДК). Концентрации в  воде никеля – ниже ПДК, железа общего колеблются от 0,8 до 1,2 ПДК.

В районе г.Миасса на качество воды реки оказывают отрицательное  воздействие промышленные и хозяйственно бытовые сточные воды предприятий  города: ОАО «УралАЗ-Энерго», ОАО  «Тургоякское рудоуправление», ФГУП «Миасский  машиностроительный завод», ОАО «НПО Электромеханика», ООО «Завод КПД», ОАО «Миасский комплекс водоснабжения». В состав сточных вод входят взвешенные вещества, нефтепродукты, минеральные  соли, биогенные и органические соединения, металлы, фтор. В результате сброса в реку неочищенных и недостаточно очищенных сточных вод в воде повышается уровень содержания вредных  химических веществ.

Так, в воде р.Миасс ниже г.Миасса (в створе д.Новотагилки) среднегодовые  концентрации азота аммония находились на уровне 2-3,5 ПДК, азота нитритов – 2-8 ПДК, фосфора фосфатов – 1,7-3,4 ПДК. Во внутригодовой динамике прослеживается закономерность: максимальные концентрации азота аммония (до 4-8 ПДК) и фосфатов (до 4 ПДК) обнаруживались в период ледостава, а азота нитритов – в летнюю межень. При этом концентрации нитритов достигали уровня высокого загрязнения (>10 ПДК) и соответствовали 12-16 ПДК, а в 2004 г. возрастали до максимальных – 27-36,5 ПДК. Наибольшее количество случаев  высокого загрязнения азотом нитритов было зафиксировано в 2005 году (рисунок 1).

Ниже г.Миасса содержание в воде легкоокисляемых органических соединений (БПК₅) возрастает, по сравнению с верховьем реки, в среднем в 3 раза, а нефтепродуктов увеличивается вдвое: за период 2001-2005 гг. среднегодовые концентрации БПК₅ превышали ПДК в 1,4-2,2 раза, нефтепродуктов – в 1,3-4 раза, максимальные концентрации фиксировались на уровне 8-9 ПДК.

Концентрации меди и цинка  изменялись от 2 до 7 ПДК, марганца –  от 6 до 20 ПДК, железа общего – от 1 до 4 ПДК.

Ниже по течению р.Миасс  в районе г.Карабаша перед Аргазинским  водохранилищем в реку впадает р.Сак-Элга, являющаяся проводником загрязняющих веществ.

Река Сак-Элга перед впадением  в р.Миасс представляет собой  коллектор загрязненных сточных  вод промышленных предприятий г.Карабаша. В настоящее время река полностью  утратила рыбохозяйственное значение. Источниками загрязнения р.Сак-Элги являются кислые водоемы, образованные на месте отработанной шахты «Южная», «Рыжий ручей», собирающий ливневые стоки  с территории города и горы Золотой, пиритные отложения в речной пойме, дренаж шламонакопителей и хозяйственно бытовые сточные воды города. Загрязнению  Сак-Элги способствует и местный  ландшафт: ложе Соймановской долины, на которой расположен г.Карабаш, имеет  уклон в сторону долины р.Сак-Элги.

Вода в реке ниже впадения Рыжего ручья до устья стабильно  загрязнена ионами тяжелых металлов: содержание в воде никеля - 16 ПДК  находится на уровне высокого загрязнения, меди - 1130 ПДК, цинка - 587 ПДК и марганца - 352 ПДК – на уровне экстремально высокого загрязнения (>50 ПДК).

Загрязнение, вносимое р.Сак-Элгой  формирует качественный состав Аргазинского водохранилища, в верхнем бьефе  которого (в районе г.Карабаша) отмечается напряженная ситуация по содержанию в воде тяжелых металлов. Среднегодовая  концентрация меди возросла с 12 ПДК  в 2001 г. до 33 ПДК в 2005 г, цинка –  с 5,4 ПДК до 17,4 ПДК соответственно (уровень высокого загрязнения медью >30 ПДК, цинком >10 ПДК). Среднегодовое  содержание марганца в 2005 г. приблизилось к уровню высокого загрязнения (ВЗ >30 ПДК) и составило 24,6 ПДК. Кроме того, отмечается увеличение количества случаев  высокого и экстремально высокого загрязнения  воды Аргазинского водохранилища тяжелыми металлами с 3 (медь, марганец) в 2001г. до 8 (медь, цинк, марганец) в 2005 г.

В приплотинной части Аргазинского водохранилища, благодаря высокой  самоочищающей способности, наблюдается  снижение содержания металлов до уровня природного фона: меди и цинка –  до 2-3 ПДК, марганца – до 6-7 ПДК.

Качество воды Аргазинского водохранилища неоднородно по акватории  и по содержанию биогенных и органических соединений. В верхнем бъефе водохранилища  под влиянием загрязненного притока  – р.Сак-Элги среднегодовые концентрации легкоокисляемых органических соединений (БПК₅) колебались в пределах 0,8-1,2 ПДК, азота аммония – 1-1,8 ПДК, азота нитритов – 1-1,4 ПДК, в то время как в нижнем бъефе водохранилища концентрации биогенных и органических соединений стабилизировались в рамках ПДК: величина БПК₅соответствовала 0,7-0,8 ПДК, азота аммония и азота нитритов – 0,5 и 0,3 ПДК соответственно.

Кислородный режим Аргазинского водохранилища за период 2001-2005 гг. был  хорошим: содержание растворенного  в воде кислорода составляло, в  среднем, 9,8-11,5 мг/л, насыщение воды кислородом соответствовало 83-102%.

Ниже по течению р.Миасс  до г.Челябинска содержание в воде ионов  металлов было на уровне гидрохимического фона: меди и цинка – 2,5 ПДК, марганца – 6,5 ПДК, железа общего – 0,5 ПДК (по усредненным  данным за период 2001-2005 гг.).

На участке реки от Аргазинского водохранилища до Шершневского водохранилища  организованного сброса сточных  вод в р.Миасс нет, поступление  в реку загрязняющих веществ происходит с поверхностным стоком. По усредненным  данным за период 2001-2005 гг. качество воды р.Миасс на данном участке по основным гидрохимическим показателям соответствовало  требованиям рыбохозяйственных  нормативов. Кислородный режим был  хорошим: содержание растворенного  в воде кислорода составляло 9,8-10,7 мг/л, насыщение воды кислородом было стабильно в норме – 81-86% (норма >80%). Минерализация воды в реке средняя, изменялась от 295 до 316 мг/л. Концентрации азот– и фосфорсодержащих компонентов и легкоокисляемых органических соединений (БПК₅) не превышали предельно допустимых. Повышение содержания биогенных компонентов в воде наблюдалось лишь в период весеннего половодья: в большинстве случаев – в рамках ПДК, редко – до 1,3-1,5 ПДК - азота аммония (2001-2002 гг.), до 1,2 ПДК – азота нитритов (2004 г.), железа – до 4,5 и 5,7 ПДК (2001 г. и 2003 г. соответственно). За исследуемый период дважды, в 2002 г. и в 2003 г., во время весеннего половодья, были зафиксированы максимальные концентрации марганца в воде: 21,8 ПДК и 29 ПДК соответственно.

Для обеспечения промышленного  и хозяйственно питьевого водоснабжения  Челябинского промышленного узла на реке Миасс у пос.Шершни было построено  и в 1968 г. введено в эксплуатацию Шершневское водохранилище.

Шершневское водохранилище  является единственным источником хозяйственно-питьевого  водоснабжения г.Челябинска, городов-спутников (г.Копейск, г.Коркино, г.Еманжелинск) и  Сосновского района, в связи с  чем к качеству воды должны предъявляться  особые требования.

Вместе с тем, водохранилище, являясь открытым водоемом, испытывает негативное воздействие воздушных  выпадений, что является неизбежным в условиях развитого промышленного  центра. Прибрежная территория водохранилища  интенсивно используется в качестве зон отдыха (городские пляжи, дачи, коллективные сады), несущих определенную антропогенную нагрузку на водоем. На качество воды Шершневского водохранилища  негативное воздействие оказывает  опосредованный сброс сточных вод (через ручей Сарезак, впадающий  в Шершневское водохранилище) предприятий  ООО «Регионснабсбыт» и Челябинского завода железобетонных шпал – филиала  ОАО «РЖД». Сточные воды имеют  в своем составе биогенные  и органические соединения (БПК), минеральные  соли, нефтепродукты, взвешенные вещества, марганец.

Контрольный створ в рамках Общегосударственной службы наблюдений (ОГСН) установлен в поверхностном  горизонте, в середине водохранилища, 6,5 км выше Шершневского гидроузла.

Данные гидрохимического мониторинга за период 2001-2005 гг. показывают удовлетворительные результаты: концентрации металлов в воде не превышали природного геохимического фона; по усредненным  данным концентрации меди составили 2,6 ПДК, цинка – 1,9 ПДК, марганца – 5 ПДК.

Среднегодовые концентрации биогенных компонентов (азота аммония, азота нитритов, азота нитратов, фосфора фосфатов, фосфора общего, железа общего) не превышали предельно  допустимых. Среднегодовое содержание органических соединений по БПК₅ незначительно превышали ПДК в 2002 г. (1,2 ПДК), концентрации трудноокисляемых органических соединений (ХПК) находились на уровне 1,5-2 ПДК.

Кислородный режим в поверхностном  горизонте водохранилища удовлетворительный: содержание растворенного кислорода  составляло 10,1-11,8 мг/л, насыщение воды кислородом соответствовало 81-98%. Величина солесодержания в воде средняя – 216-315 мг/л.

Однако, в летние месяцы, в связи с высокими температурами  воздуха, благодаря быстрому прогреванию  водоема, вследствие небольшой его  глубины, происходит массовое размножение  водорослей, что в последние несколько  лет приобретает масштабы настоящего бедствия. Кроме этого, случаи массовой гибели рыбы в водоеме в летнее время послужили поводом для  более детального обследования Шершневского водохранилища с целью установления причин этих явлений. Наряду с другими  специальными исследованиями, летом 2004 года были проведены, а в 2005 году продолжены наблюдения за качеством воды водохранилища  по гидрохимическим показателям  по расширенной схеме: отбор проб производился в четырех контрольных  створах, расположенных по всей акватории Шершневского водохранилища, в поверхностном и придонном горизонтах.

Результаты обследования показали различную степень загрязненности воды в поверхностном и придонном  слоях водоема. Результаты анализа  поверхностных проб воды, отобранных в период наибольшего прогрева и  цветения воды, показывали увеличение содержания в воде органических соединений (БПК₅) – до 3,5 ПДК, снижение концентрации растворенного в воде кислорода до порогового значения – 6 мг/л, насыщение воды кислородом при этом снижалось до 70% (норма >80%); концентрации азотистых соединений увеличивались, оставаясь при этом в рамках нормативных значений.

В придонном горизонте  отмечалось резкое ухудшение качества воды: наблюдался острый дефицит растворенного  в воде кислорода (<2,0 мг/л), концентрации его понижались до 1,08-0,70 мг/л, появление  сероводорода - до 0,28 мг/л (норма 0,00001 мг/л). Возникшие анаэробные условия повлекли выщелачивание биогенных элементов  из илов: концентрации БПК₅ повышались до 4 ПДК, азота аммония – до 2,7 ПДК, фосфора фосфатов – до 1,5 ПДК.