CC BY
61
УДК 504.45:620.26
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ЛИКВИДИРУЕМЫХ ШАХТ ВОСТОЧНОГО ДОНБАССА НА ГИДРОХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ МАЛЫХ РЕК БАССЕЙНА СЕВЕРСКОГО ДОНЦА
© 2010 г. В.Е. Закруткин1, В.М. Иваник2, Е.В. Гибков1, В.В. Скляров1
1Южный федеральный университет, ул. Зорге, 40, г. Ростов-на-Дону, 344090, [email protected]
2Гидрохимический институт, пр. Стачки, 1986, г. Ростов-на-Дону, 344090, [email protected]
1Southern Federal University, Zorge St., 40, Rostov-on-Don, 344090, [email protected]
2Hydrochemical Institute, Stachki Ave, 198, Rostov-on-Don, 344090, [email protected]
На основе результатов комплексных исследований дана оценка состояния малых рек Восточного Донбасса. Установлено, что основной вклад в изменение химического состава речных вод бассейна Северского Донца вносят техногенные воды ликвидируемых шахт.
Ключевые слова: малые реки, гидрохимический состав, оценка влияния.
On the basis of results of complex researches the estimation of a condition of the small rivers of East Donbass is given. It is established that the basic contribution to change of a chemical compound of river waters of pool of Seversky Donets is brought by technogenic waters of liquidated mines.
Keywords: small rivers, hydrochemical compound, influence assessment.
Длительная разработка угольных месторождений Восточного Донбасса и последующая их массовая ликвидация привели к резкому обострению экологической ситуации на территории Ростовской области. Особенно заметно это проявляется в загрязнении природных поверхностных и подземных вод.
На территории Ростовской области неблагоприятная экологическая ситуация прослеживается в бассейне Северского Донца, многие реки которого под влиянием массовой ликвидации шахт теряют свою природную ценность. Это приводит к тому, что население Восточного Донбасса испытывает острый дефицит в пригодной питьевой воде (от 30 до 70 тыс. м3/сут) в связи с сильной изношенностью существующих водопроводных сетей и сооружений, устаревшими технологиями обработки воды и существенным ухудшением ее качества.
Северский Донец является основной водной артерией Донбасса. В 30-е гг. ХХ в. воды этой реки на всем ее протяжении были пресными, гидрокарбонат-но-кальциевого типа с минерализацией 0,5-0,7 г/л. Их
использовали в основном для хозяйственно-питьевого водоснабжения. Сегодня только в его верховье и притоках речные воды остаются пресными. При этом надо отметить, что на химический состав и водность притоков Северского Донца значительное влияние оказывает сброс промстоков и недостаточно очищенных техногенно измененных (далее шахтных) вод.
В пределах бассейна р. Северский Донец сосредоточено огромное количество техногенных объектов, связанных с угольной промышленностью: действующие шахты - 10, ликвидированные шахты - 49, пруды-отстойники - 29, породные отвалы (конические горелые) - 118, места выхода шахтных вод - 26, также функционируют 14 нефтебаз, более 100 несанкционированных свалок. Ориентировочная оценка баланса поступления загрязняющих веществ в бассейн р. Северский Донец [1] на территории Ростовской области приведена в табл. 1.
Помимо непосредственного поступления загрязняющих веществ существуют дополнительные факторы формирования химического состава речных вод.
Здесь, прежде всего, следует обратить внимание на аэрогенный поток на поверхности бассейна, который привносит около 630,7 т в год соединений тяжелых металлов. Другим значимым источником является поверхностный сток с сельхозугодий, который несет вы-
сокоминерализованные, с большим содержанием железа воды, поступающие в объеме около 80 млн м3/год. Однако основным загрязнителем воды малых рек являются шахтные воды. Объем загрязняющих веществ, поступающих с ними, равен 42 128 т в год (табл. 2).
Таблица 1
Поступление загрязняющих веществ в бассейн р. Северский Донец из различных источников
Ингредиент Источник поступления, т/г
Сточные воды предприятий и ЖКХ Ливневый сток городов Поверхностный сток с сельхозугодий Утечки из нефтехранилищ Итого
Нефтепродукты 130 150 - 230 510
Сульфаты 99■103 68' 103 322'103 - 739-103
Хлориды 43- 103 46 ' 103 158'103 - 307-103
Фосфаты 170 - 370 - 540
N общ 1350 450 1720 - 3520
Си 1 4 4 - 9
Zn 0,9 8,1 9 - 18,3
БПК 5 2350 580 2100 - 5030
Итого 146-103 115,2 ' 103 494'103 230 1056-103
Результатом поступления шахтных вод от объектов (действующих и ликвидированных) угледобывающей промышленности в поверхностные водные объекты является значительное повышение минерализации воды, в том числе за счет увеличения концентрации сульфатов, хлоридов, натрия и других макрокомпонентов, в десятки и даже сотни раз содержания тяжелых металлов.
Эти изменения особенно характерны для рек с малой и средней водностью (низкой разбавляющей способностью), химический состав воды которых формируется в значительной степени под влиянием шахтных вод [2].
Основным негативным последствием влияния техногенных вод на речные воды бассейна р. Северский Донец является их засоление, которое вызвано минерализацией речной воды и концентрацией солеобра-зующих компонентов: сульфатов, ионов натрия и магния.
Таблица 2
Сведения о суммарном количестве компонентов, поступающих с шахтными водами в бассейн р. Северский Донец
Река Сумма всех компонентов, т/г Приоритетные компоненты
Калитва 4835 SO4, Na+K, Mg, Mn, Fe
Быстрая 4634 SO4, Na+K, Mg, Mn,
Лихая 31304 SO4, Na+K, Mg, Mn, Fe
Кундрючья 1805 SO4, Na+K, Mg,
В целом по бассейну 42128 SO4, Na+K, Mg, Mn, Fe
Минерализация шахтных вод, впадающих в бассейн р. Северский Донец, изменяется в пределах 1,23 - 2,93 г/л. Концентрация сульфатов изменяется в интервале 0,348 - 1,476 г/л (3,5 - 14,8 ПДК), ионов натрия - 0,22 -0,75 г/л, ионов магния - 0,08 - 0,26 г/л (табл. 3).
Таблица 3
Обобщенные характеристики загрязненности воды рек бассейна Северского Донца макрокомпонентами
Ингредиент (показатель качества воды) ПДК, мг/л Среднегодовое значение Пределы крайних значений
мг/л Кратность превышения ПДК мг/л Кратность превышения ПДК
Ыа+ 120 151-522 1,2-4,35 222-755 1,85-6,29
Са2+ 180 70-292 0,38-1,6 144-328 0,8-1,8
Мд2+ 40 45-160 1,1-4 80-267 2-6,6
С1- 300 63-417 0,2-1,4 84-517 0,28-1,7
Б042- 100 353-1476 3,5-14,7 436-1871 4,36-18,7
2и 1000 1230-2200 1,23-2,2 1400-2930 1,4-2,93
Отмечается значительный уровень загрязненности речных вод широким спектром соединений металлов, из которых наибольшую опасность (повторяемость превышения ПДК 7-100 %) представляют Feобщ, Al, Mn, Си, Sr, загрязнение которыми носит устойчивый характер, а уровень загрязненности - высокий и экс-
тремально высокий (табл. 4). Содержание этих металлов изменяется в широком диапазоне и нередко достигает высокого и экстремально высокого уровней загрязнения. Также характерными загрязняющими веществами являются соединения Zn. Однако уровень загрязненности воды рек этими соединениями значи-
тельно ниже уровня загрязнения металлами вышеназванной группы.
Загрязнение воды рек соединениями других металлов (№, Li, Be, Pb, Со) неустойчивое и незначительное. Их средние концентрации за редким исключением не превышают 1 ПДК, а максимальные - 2 - 3 ПДК.
Особое внимание среди соединений металлов, по которым наблюдалось нестабильное загрязнение, следует обратить на соединения Cd (ПДК 0,001 мг/л).
Это загрязняющее вещество относится ко второму классу опасности и уже при 3 ПДК характеризует высокий уровень загрязнения, а более 5 ПДК - экстремально высокий. Наибольшие значения были отмечены в воде р. Северский Донец - 4,7 ПДК. В то же время в единичных случаях на участках некоторых рек эпизодически были зафиксированы случаи высокого и экстремально высокого загрязнения: реки Быстрая и Малая Каменка - 3,4 ПДК.
Таблица 4
Загрязненность воды рек бассейна Восточного Донбасса соединениями металлов в контрольных створах
Ингредиент (показатель качества воды) ПДК, мг/л Кратность превышения ПДК, значения Повторяемость превышений ПДК, %
Средние Крайние
Fe 0,1 1,9-14,7 1,0-74,0 90-100
М 0,4 1,3-22 <1-98 47-100
Mn 0,01 10,2-218 <1,0-481,0 90-100
Си 0,001 5,1-12 1,0-23,0 7-100
Бг 0,4 3,9-10,3 1,2-13,3 100
Zn 0,01 1,2-3 <1,0-16,2 23,3-60,0
Источником загрязнения поверхностных вод соединениями кадмия в данном регионе наряду с шахтными водами может быть диффузный сток с сельскохозяйственных полей, на которых имеет место широкое применение химикатов, содержащих Cd. Поскольку высокие уровни загрязнения кадмием обнаруживались в воде некоторых рек в теплый (вегетационный) период, можно предполагать, что источником Cd в данном регионе в отдельных ситуациях могли быть сельскохозяйственные стоки (возможны и другие источники).
Обобщая в целом состояние загрязненности воды исследуемых рек соединениями металлов, надо отметить, что наибольшую опасность для данного региона представляют соединения Feобщ, Al, Мп, Си и Sr, загрязнение которыми чаще носит устойчивый характер, а уровень загрязнения - высокий и экстремально высокий. Загрязнение соединениями Zn в воде одних рек неустойчивое, в других - характерное, при этом уровень загрязнения низкий или средний. По соединениям металлов Be, Li и Pb загрязнение в воде разных рек либо единичное, либо неустойчивое; уровень загрязнения низкий.
По соединениям Сd в воде большинства рек наблюдался неустойчивый характер загрязнения при низком, как правило, уровне; в воде отдельных рек в единичных случаях наблюдался высокий и экстремально высокий уровень загрязнения. Концентрации соединений Со и Ог, по имеющейся информации, в воде всех рек изменяются в естественных пределах и не представляют угрозу для качества речной воды.
В распределении по территории наиболее высокий и устойчивый уровень загрязненности воды соединениями металлов наблюдается, как правило, на участках рек концентрированного влияния действующих и ликвидируемых шахт.
Качество речных вод и их загрязненность оценены с использованием комплексных оценок по методике [3], официально принятой в Росгидромете для оценки
состояния поверхностных вод суши РФ. Оценка характера и степени изменения загрязненности воды рек под влиянием техногенных вод ликвидируемых шахт выполнялась путем сравнения состояния речной воды в контрольных створах, расположенных ниже «куста» ликвидируемых шахт, с состоянием воды в створах тех же рек, но выше зоны влияния данного источника загрязнения (условный фон).
Загрязненность воды рек бассейна Северского Донца по результатам комплексной оценки варьирует в пределах от 4-го класса разряда «г» - «очень грязная», реже «б» - «грязная», до 5-го класса - «экстремально грязная». Из 19 определяемых нормируемых показателей в воде большинства створов 9-12 являются характерными загрязняющими веществами, из них критическими - 4-8. В их состав входят прежде всего соединения металлов (Реобщ, Al, Мп, Си, Sr), из макрокомпонентов: сульфаты - в воде всех створов, ионы №+ и Mg2+ - в большинстве створов.
В бассейне Северского Донца в контрольных створах значение УКИЗВ заметно выше, чем в верхних створах рек. Особенно это характерно для рек Лихая, Кундрючья и Большая Гнилуша, где значения УКИЗВ в контрольных створах выше, чем в фоновых, соответственно на 20,8, 19,8 и 17,4 %. В целом по бассейну ухудшение качества речной воды под влиянием техногенных шахтных вод произошло примерно на 12 % (табл. 5).
Необходим также отметить, что в контрольных створах наблюдаются максимальные для всей исследуемой территории экстремально высокие концентрации алюминия (272 ПДК - р. Лихая, 90 ПДК - р. Большая Каменка), железа общего (рр. Лихая и Кунд-рючья) и цинка (р. Быстрая).
Таким образом, результаты комплексной оценки состояния водных объектов в местах ликвидации шахт свидетельствуют о критически высоком уровне загрязненности их воды большим комплексом загрязняющих веществ.
Таблица 5
Показатели изменения загрязнения речной воды в бассейне р. Северский Донец
Значение УКИЗВ в створах
Река Выше «куста» лик- Ниже «куста» лик-
видируемых шахт видируемых шахт
Большая Каменка 5,88 6,68 (+13,6)*
Малая Каменка 5,53 6,06 (+9,6)
Калитва 5,38 5,42 (+0,7)
Лихая 5,81 7,02 (+20,8)
Быстрая 4,95 5,27 (+6,5)
Кундрючья 6,16 7,38 (+19,8)
Большая Гнилуша 6,04 7,09 (+17,4)
Среднее значение УКИЗВ 5,75 6,42 (+11,7)
* - цифры в скобках - увеличение (уменьшение) УКИЗВ, %.
Влияние угледобывающей промышленности в течение многих десятилетий практически на всей территории бассейна р. Северский Донец обусловило высокий уровень загрязненности воды типоморфными для шахтных вод компонентами. Определение в «чистом» виде доли техногенной нагрузки за счет негативного влияния ликвидируемых шахт в ряде случаев оказалось
Поступила в редакцию_
чрезвычайно сложным, что объясняется достаточно высоким уровнем хронического загрязнения воды на всем протяжении рек бассейна, в том числе и на участках выше фиксированного сброса техногенных вод ликвидируемых шахт.
Полученные результаты оценки степени загрязненности речных вод бассейна Северского Донца свидетельствуют об угрожающем экологическом состоянии рек и требуют неотложной разработки и реализации соответствующих мероприятий, направленных на минимизацию негативного влияния на природную среду.
Литература
1. Охрана и рациональное использование вод бассейна
Северского Донца в приграничных областях России и Украины / Н.Ф. Глазовский [и др.]. // Трансграничные проблемы стран СНГ. М., 2003. С. 10-21.
2. Закруткин В.Е., Иваник В.М. Состояние загрязненности
воды рек Ростовской области в районах техногенного влияния ликвидируемых шахт Восточного Донбасса. Ростов н/Д, 2009. С. 88-91.
3. РД 52.24.643-2002. Методические указания. Метод ком-
плексной оценки и степени загрязненности поверхностных вод по гидрохимическим показателям. СПб., 2002. 49 с.
8 февраля 2010 г.
