CC BY
20
УДК 556.531.4
ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПРИУСТЬЕВОГО УЧАСТКА
РЕКИ ТЕРЕК
© 2008 г. М.А. Каспарова, А.Ш. Рамазанов, С.А. Ахмедов
Results of an estimation of a degree of pollution of the waters, the weighed substances and ground adjournment near mouth of the river Terek are resulted by heavy metals and organic substances. It is established, that during high waters the class waters with hydrocarbonat on sulphatic varies and water becomes unsuitable for economic application.
Введение
Дагестанский участок реки Терек с системой пойменных водоемов и Аграханским заливом играет ключевую роль в воспроизводстве ценных видов рыб. Существует мнение [1], что на данном участке реки во взвешенных веществах (ВВ) и донных отложениях (ДО) депонировано значительное количество тяжелых металлов (ТМ), нефтепродуктов (НП) и других токсичных веществ. Основными поставщиками загрязняющих веществ (ЗВ) в реку Терек являются горнорудное производство республик Кабардино-Балкария и Северная Осетия—Алания, нефтяное — Чеченской республики. Вопрос о формах нахождения и распределения ЗВ в абиотической среде реки Терек до сих пор остается наименее изученным. Отсутствуют количественные оценки антропогенных и природных факторов, определяющих поступление ЗВ в речную сеть, влияния физико-химических показателей на межфазное распределение ЗВ в системе вода—ВВ и их аккумуляции в ДО, вероятности вторичного загрязнения водной среды при ремобилизации ЗВ из ДО.
Целью работы являлась экологическая оценка современного состояния абиотической системы приустьевого участка реки Терек.
Методика анализов
Анализу подвергали представительные пробы вод, ВВ и ДО, отобранных у моста Бабаюрт-Киз-ляр через реку Терек.
Главные ионы в воде определяли по общепринятым в гидрохимии методикам анализа пресных вод [2].
Для определения ТМ в терской воде на уровне ПДК использован прием концентрирования со-осаждением на коллекторах Mg(OH)2 и СаС03, используя содержащиеся в анализируемой воде ионы магния, кальция и гидрокарбоната [3].
Для получения пробы ВВ определенный объем терской воды отбирали батометром из органического стекла и фильтровали на месте через бумажный фильтр «синяя лента». Пробу ДО отбирали с поверхностного слоя (0—3 см) дночерпателем. В стационарных условиях пробы ВВ и ДО высушивали при температуре 105 °С. Одну часть твер-
дой фазы использовали для определения валового содержания TM, другую подвергали воздействию ряда селективных вытяжек, извлекающих различные формы TM [4].
Концентрации TM во всех пробах определяли на атомно-абсорбционном спектрофотометре с пламенным атомизатором (AAS—30, Carl Zeiss, Iena).
Элементный состав поверхностей BB и ДО определяли с помощью системы энергодисперсионного рентгеновского микроанализатора INKA Energy, дополнительно оборудованного электронным микроскопом LEO 1450 (Германия).
Содержание ОB в воде определяли методами перманганатной и дихроматной окисляемости по усовершенствованной нами методике. Дифференциацию ОB на легко-, средне- и трудноокисля-емые производили использованием электрохимического анализатора качества воды (AKBЭЛ— 05). Содержание ОB в ДО и BB оценивали определением потерь при прокаливании (ППП) и ХПК [5].
Результаты и обсуждение
B результате изучения общего химического состава проб воды, отобранных 14—15 июля 1999 г. на семи участках (р. Баксан выше г. Тырныауз на 1000 м; р. Баксан ниже сброса Тырныаузского горнообогатительного комбината; устье р. Бак-сан у г. Прохладный; р. Maлкa после впадания в нее р. Баксан; р. Терек у с. Хамидия; р. Терек у ст. Александровское; р. Терек у моста Бабаюрт-Кизляр) реки Терек протяженностью 550 км, установлено, что концентрация главных ионов в воде от верховьев реки Баксан до устья Терека возрастает в пределах (мг/дм3): HCO 3 56,1 — 159,8; SO 2- 6,3-100,2; Cl- 6,3-21,7; Na+ 4,328,3; K+ 2,5-9,8; Mg2+ 7,1-16,3; Ca2+ 7,6-50,1; рН 7,3+0,1. Исходя из этого, терскую воду можно отнести к гидрокарбонатному классу группы кальция второго типа [6].
B период летней межени (расход воды 220 м3/сек.), минерализация терской воды на исследуемых участках постепенно повышается от 91,8 до 386,4 мг/л и совпадает с картиной изменения величин общей жесткости (Ж), которая увеличивается с 0,97 от верховьев реки Баксан до
3,84 мг-экв/дм3 на приустьевом участке реки Терек.
Впервые установлено (табл. 1), что в период летних паводков, на которые приходится около 70% годового стока (расход воды — 1000 и более м3/сек), на приустьевом участке реки Терек происходит увеличение минерализации воды 2,8—2,9 раза. Содержание SO 4- увеличивается в
7.2—7,5 раза и становится выше ПДК для вод пи-тьевого(500 мг/дм3) и объектов рыбохозяйствен-ного (100 мг/дм3) назначения. При этом относительное содержание SO 2- в воде в период паводка увеличивается с 34 до 84 % (экв.), доля НС03 уменьшается с 50 до 13 % (экв.), а С1- уменьшается с 12 до 3 % (экв.).
Абсолютное содержание Са2+ увеличивается в
3.3—3,6 раза, при этом относительное содержание Са2+ увеличивается с 57 до 65 % (экв.). Абсолютное содержание Mg2+ также увеличивается в 3,1—3,2 раза, хотя относительное содержание
Mg2+ в терской воде в период паводка практически не изменяется — 19—20 % (экв.). Содержание №+ и К+ увеличивается в 1,8 и 2,4 раза соответственно, при этом относительное содержание №+ уменьшается с 21 и до 13 % (экв.), а К+ — с 2,4 до 1,8 % (экв.). Общая жесткость терской воды в период паводка увеличивается в 3,3—3,5 раза и достигает величин 10,6—11,2 мг-экв./дм3.
Таким образом, в период паводка меняется класс терской воды — гидрокарбонатный на сульфатный.
Многократное увеличение содержания ТМ по сравнению с 1999—2000 гг. [3] наблюдали в пробах вод, отобранных в июне-июле 2005 г. (табл. 2).
В порядке превышения ПДК в воде реки Терек в исследуемый период элементы располагаются в ряд: Си (360-560 ПДК) > Zn (20-100 ПДК) > N (15-50 ПДК) > Fe (36-41 ПДК) >Мп (8-22 ПДК) > Сг (7-18 ПДК) > Cd (24 ПДК) > РЬ (1-3 ПДК) > Мо (1-2 ПДК).
Таблица 1
Содержание главных ионов и некоторые показатели проб речных вод, отобранных у моста Бабаюрт—Кизляр в разное время
Ион, мг/дм3 мг-экв/дм3 Номер пробы
1 2 3 4
Cl- 17,4 0,49 11,5 0,32 13,4 0,38 18,4 0,52
Sür 69,6 1,45 503,2 10,48 519,5 10,82 128,7 2,68
NO- 11,2 0,18 6,4 0,10 7,8 0,13 4,0 0,06
HCO- 128,1 2,1 96,38 1,58 107,36 1,76 147,7 2,42
Na+ 20,5 0,89 37,4 1,63 37,9 1,66 32,5 1,42
K+ 3,8 0,10 8,7 0,22 9,2 0,24 6,2 0,16
Mg2+ 9,84 0,81 30,72 2,53 31,2 2,57 15,6 1,28
Ca2+ 48,5 2,42 162,3 8,10 172,7 8,62 56,51 2,82
Ж, мг-экв./дм3 3,23 10,63 11,19 4,1
пионов, мг/дм3 308,9 856,6 899,2 409,2
вв 1115,6 283,3 830,1 2281,6
pH 7,4 7,1 7,2 7,3
Примечание. * Здесь и далее в табл. 2 даты отбора проб: № 1 — 02.06.2005 г. перед паводком; № 2 — 12.06.2005 г. во время паводка; № 3 — 22.06.2005 г. во время продолжения паводка; № 4 — 02.07.2005 г. после паводка.
Примечание. * ПДК для вод объектов рыбохозяйственного назначения.
Таблица 3
Элементный состав поверхности ВВ и ДО реки, % (по массе)
Таблица 2
Содержание ТМ в пробах вод, мг/дм3
Элемент Номер пробы ПДК*
1 2 3 4
Cr 0,35 0,14 0,22 0,14 0,02
Mn 0,14 0,13 0,22 0,08 0,01
Fe 3,66 3,56 4,13 3,67 0,1
Ni 0,50 0,15 0,46 0,40 0,01
Cu 0,56 0,36 0,40 0,36 0,001
Zn 0,50 0,20 0,22 1,0 0,01
Mo 0,8 0,9 1,0 0,6 0,5
Cd 0,020 0,014 0,012 0,012 0,005
Pb 0,28 0,10 0,22 0,26 0,1
Элемент Д0-2004 Д0-2005 BB-2004 BB-2005
C* 13,08 (12,18) 8,44 (7,13) 32,28 (31,85) 16,60 (16,01)
O 50,92 50,97 47,73 55,37
Na 0,56 0,59 0,40 0,61
Mg 0,95 1,03 0,55 0,79
Al 6,33 6,77 3,88 5,51
Si 17,88 19,38 9,95 14,24
Cl 0,11 0,12 0,13 0,23
K 2,10 2,25 1,03 1,48
Ca 3,00 3,23 1,43 1,96
Fe 7,36 7,22 3,88 3,21
Z 100,00 100,00 100,00 100,00
Примечание. * В скобках: С .
^ орг
Представленные данные свидетельствуют о высокой степени загрязненности воды приустьевого участка реки Терек ТМ в период летнего паводка (2005 г.).
Минералогический состав ВВ и ДО исследуемого участка реки Терек идентичен и представлен в основном кварцем, кальцитом и полевым шпатом [7].
В связи с тем, что основная масса ЗВ транспортируется водным потоком в адсорбированном виде на ВВ, которые могут депонироваться в ДО, определен элементный состав ВВ и ДО (см. табл. 3).
Из представленных результатов следует, что по содержанию в поверхностном слое твердой фазы элементы располагаются в следующие ряды:
ВВ—O>C>Si>Al>Fe>Ca>K>Mg>Na>Cl;
Д0-0>Si>C>Fe>Al>Ca>K>Mg>Na>a.
Среднегодовые пробы ВВ и ДО, отобранные в 2004 г., содержат примерно в 2 раза больше ОВ, чем пробы, отобранные в 2005 г.
Валовое содержание ТМ в ВВ колеблется в пределах, мг/кг: Cd 5,1-7,3; Си 176,5-193,0; Fe 17942-18825; Мп 385,1-742,5; № 112,5-154,1; РЬ 87,5-212,5; Zn 209,3-272,4. В исследованных пробах ВВ зарегистрировано превышение фоновых значений [8] примерно: Cd 15-20; Си 4-5; № 23; РЬ 3-8; Zn 2-3 раза. Содержание ТМ в ДО Терека меняется в пределах, мг/кг: Cd 4,3-6,1; Си 75,5-123,8; Fe 7054,4-9850,5; Мп 231,3-247,5; № 24,9-62,8; РЬ 50,6-125,0 Zn 78,1-114,6. В пробах ДО наблюдается превышение фоновых значений: Cd 12-17; Си 2-3; РЬ 2-4; № и Zn 1,1 раз. Содержание Fe и Мп в ВВ и ДО не превышает фоновых значений.
Основная масса Cd во всех пробах ВВ и ДО находится в виде оксидных (56-72%) и карбонатных (19-29%) форм. Доля Cd в твердой фазе в обменной форме составляет 8-9 % его валового содержания. Формы нахождения Си отличаются большим разнообразием. Среди подвижных форм Си преобладают кислоторастворимые (33,0 %) и обменные (13,1 %) формы. Содержание Си в
Таблица 4
Результаты определения ОВ в пробах вод приустьевого участка реки Терек
Показатель Дата отбора пробы
15.07.1999 28.03.2005 25.04.2005 20.05.2005
1.ХПК, мг 02/дм3:
-перманганатная 3,2 3,85 3,94 3,89
-дихроматная 10,5 42,2 49,7 40,1
2. Сорг., мг/дм3:
-лекгоокисляемый 0,4 0,50 0,51 0,47
-среднеокисляемый 0,8 0,96 0,99 1,02
-трудноокисляемый 2,8 14,36 17,12 13,54
-общее содержание 3,9 15,82 18,62 15,033
3. Общее содержание ОВ, мг/дм3 7,8 31,64 37,24 30,06
органической форме не превышает 12,5 % его валового содержания. Железо представлено в ДО и ВВ во всех субстратах. Однако доля обменной и органической форм Fe составляет 0,2—0,4 и 0,6—0,9 % соответственно. Доля кислоторастворимых форм Fe составляет 70,8—98,0 % его валового содержания. Марганец содержится в ДО и ВВ в виде обменной (7,0-11,0 %), органической (15,8-23,0 %) и кислоторастворимой (42,1-60,0 %) формах. Приблизительно равномерно N распределен между железомарганцевыми оксидами (38,0 %) и карбонатными (34,5-39,0 %) формами. Суммарное содержание N в обменных и органических формах редко достигает 17 % его валового содержания. Распределение РЬ между субстратами ВВ и ДО реки Терек неравномерное. Железомарганце-вые оксиды и гидроксиды доминируют в связывании этого металла 55,7-58,0 %. Второй по значимости для РЬ субстрат— органические соединения 30,8-32,0 %. Содержание РЬ в обменных формах не превышает 8,3 %, а в виде соединений, связанных с карбонатами, РЬ содержится в следовых количествах. Во всех пробах ВВ и ДО Zn находится в основном в виде оксидной (88,0 %), частично органической (8 %) и обменной (4 %) формах.
Эти данные свидетельствуют о том, что ВВ и ДО реки Терек подвергаются значительному антропогенному воздействию, и при изменении физико-химических и гидродинамических условий водной среды вероятность повторного поступления многих ТМ из ВВ и ДО реки Терек достаточно велика.
Мониторинг органических загрязнений необходим для общей оценки экологического и токсикологического состояния водоемов, он позволяет определить наличие и содержание важнейших ЗВ, а также установить их источники.
Из табл. 4 видно, что относительно 1999 г. в 2005 г. содержание трудноокисляемого Сорг увеличивается в 5-6 раз. От общего количества растворенных ОВ доля легко- и среднеокисляемых уменьшилось с 30 (1999 г.) до 8-10 % (2005 г.), что свидетельствует об увеличении в воде содержания ОВ антропогенного происхождения.
Исследованные воды по дихроматной окис-ляемости относятся к сильно загрязненным. Общее содержание Сог в водах, отобранных в период с марта по май 2005 г., более чем в 1,5 раза превышает результаты многолетних наблюдений среднемесячных концентраций Сорг (9,1-10,9 мг/дм3) в терской воде [9].
Таблица 5
Результаты определения ОВ в ВВ и ДО реки Терек
Исследуемый объект Показатель
ППП, % ХПК, мгО2/г Сорг.,Мг/г ОВ, мг/г
ВВ, 2005 г. 10,8 18,5 6,9 13,9
ДО, 2005 г. 6,8 8,9 3,3 6,7
Из результатов следует, что содержание ОВ в ВВ в 1,5-2 раза больше, чем в ДО (см. табл. 5).
То, что значение ППП почти на порядок больше, чем содержание окисляемых ОВ подтверждает факт наличия в ВВ и ДО реки Терек высоких концентраций малорастворимых в воде углеводородов и некоторых азотсодержащих гетероциклических соединений, которые не окисляются дихроматом калия. Концентрации окисляемых ОВ в ВВ и ДО Терека в исследуемый период (март-май 2005 г.) также очень высокие и по Сорг равны 6,9 и 3,3 мг/г соответственно. Так, например, для сравнения, средняя концентрация Сорг в ДО Дуная составляет 2,2 мг/г [10], а концентрация НП в ДО дельты Волги колеблется в пределах 0,03-1,5 мг/г [11]. Эти данные свидетельствуют о постоянном поступлении в Терек высоких концентраций органических загрязнений.
Выводы
В период межени по содержанию главных ионов терская вода относится к гидрокарбонатному классу группы кальция второго типа, соответствует требованиям ПДК для вод водоемов питьевого и рыбохозяйственного назначения.
Установлено, что во время летних паводков увеличивается загрязнение воды ТМ и ОВ, значительно увеличивается минерализация и жесткость воды, при этом меняется класс гидрокарбонатный на сульфатный и терская вода становится не пригодной для питьевого и рыбохозяйственного применения.
Обнаружен относительно высокий процент содержания органического углерода в поверхностных слоях ВВ и ДО.
Выявлена вероятность повторного поступления ТМ из твердой фазы в водную среду при изменении физико-химических условий.
Таким образом, полученные в последние годы результаты свидетельствуют о высокой загрязненности абиотической системы реки Терек ЗВ антропогенного происхождения.
Литература
1. Бутаев А. М. Комплексная оценка современного состояния природной среды бассейна
реки Терек и приустьевого взморья в связи с нефтегенным загрязнением: отчет/ПИБР Даг. НЦ РАН.- 2001.
2. Унифицированные методы исследования качества вод.- 1983.- Т. 2, ч. 1.
3. Рамазанова М. А. , Ахмедов С. А. , Рамазанов А. Ш. Контроль содержания тяжелых металлов в водах Терека // Проблемы аналитической химии //III Черкесовские чтения: сб. науч. ст.-Саратов: Изд.-во «Слово», 2002.— С. 128-129.
4. Сезонные изменения форм нахождения тяжелых металлов в водах и донных отложениях Куйбышевского водохранилища /А.Г. Кочарян, Е.В. Веницианов, Н.С. Сафонов, Е.П. Серенькая // Вод. ресурсы.- 2003.- Т. 30, №4.- С. 443-451.
5. Каспарова М. А. , Ахмедов С. А. , Рамазанов А. Ш. Определение содержания органических веществ в абиотической системе реки Терек // Вестник Московского государственного областного университета. Сер. Естественные науки. Выпуск «Химия и химическая экология».- М.: Изд-во МГОУ, 2006. -№ 3.- С. 71-75.
6. Алекин О. А., Семенов А. Д., Скопинцев Б. А. Руководство по химическому анализу вод суши.-1973.- 269 с.
7. Исследование минералогического состава взвешенных веществ и донных отложений приустьевого участка реки Терек /М.А. Каспарова, А.Ш. Рамазанов, В.И. Черкашин, К.Д. Джабраи-лова //Вестник Дагестанского научного центра.-2005. -№ 22.- С. 35-37.
8. F о stner U. Metal Concentration in Freshwater Sediments— Natural Background and Cultural Effects //Interaction Between Sediments and Fresh Water. Proc. Int. Conf.- Amsterdam: The Hague, 1977.-Р. 94-103.
9. Леонов А. В. , Назаров Н. А. Поступление биогенных веществ в Каспийское море с водным стоком рек // Водные ресурсы.- 2001.- Т. 28, № 6.- С. 718-728.
10. Белоконь В. Н. , Басс Я. И. Содержание тяжелых металлов, органических веществ и соединений биогенных элементов в донных отложениях Дуная //Вод. ресурсы.- 1993.- Т. 20, №4.- С. 469-478.
11. Никаноров А. М. , Страдомская А. Г. Нефтепродукты в донных отложениях пресноводных объектов // Водные ресурсы.- 2003.- Т. 30, №1.-С. 106- 110.
Дагестанский государственный университет, г. Махачкала 5 июня 2008 г.
