донныЕ отложениЯ на участках водной и прибрежной рекреации реки Воронеж

Реки Воронежской области равнинные, характеризующиеся наличием меандров и затяжных извилин, образовавшихся в результате длительного руслового процесса. В периоды высокого и длительного подъема воды водные ландшафты обогащаются элементами питания, минеральными фракциями и техногенным мусором. В результате сложных русловых процессов, а также механического перемещения, донный грунт осуществляет движение по течению водотока, перемещая донные отложения, а вместе с ними резерв питательных и загрязняющих веществ. Для проточных водоемов подобная миграция это возможность за счет разбавления и увеличения общей нагрузки на водоток нивелировать вред локальных аварийных ситуаций.

Среди загрязняющих веществ особое место занимают микроэлементы и тяжелые металлы, которые оказывают наибольшее токсическое воздействие на водоем и живые организмы. Ряд исследований выделяют особый вид донных отложений – техногенные илы, формирующиеся исключительно в водных объектах промышленно-урбанизированных территорий

Данная работа обобщает результаты многолетних наблюдений за техногенными илами участка реки Воронеж в пределах Воронежского водохранилища

Оценка содержание тяжелых металлов проведено расчетным методом по показателю суммарного загрязнения (Zc), составлены диаграммы изменения показателей

В границах области река Воронеж протекает по территории Воронежского гидрологического района. Водоток является объектом федерального надзора и на территории области преимущественно используется для рекреационного водопользования.

Формирование поверхностных водных ресурсов водохранилища зависит от природных факторов. Атмосферные осадки (зимние и летние), температура воздуха, испарение оказывают наибольшее влияние на процессы речного стока

За пятидесятилетний период существования водохранилища произошли существенные изменения в межгодовом ходе температур: среднегодовая температура в городе выросла на 0,6 С°/50 лет. Существенное повышение наблюдается не только в зимний период, но и в летнее время

В геологическом отношении водохранилище относится к девонской системе. Здесь получили широкое распространение молодые отложения фаменского яруса, представленные известняками, доломитами, прослойками мергелей общей мощностью от 100 до 250 м.

Рельеф бассейна водохранилища разнообразен и включает крупные орографические элементы: Окско-Донскую равнину и восточную часть Среднерусской возвышенности (занимает небольшую часть бассейна с максимальной высотой 260 м).

Долина реки Воронеж имеет четко выраженное ассиметричное строение с крутыми правобережными склонами и террасированным левобережьем и имеет все признаки типичной равнинной реки.

Растительный покров бассейна водохранилища типичный лесостепной зоны и представлен дубравами (Воронежская нагорная дубрава), осинами, ивами, сосной, липой, березой и клёном (Усманский бор).

В пойме водохранилища сформирован слоистый урбанозем с мозаичными включениями чернозема суглинистого различной мощности, дерново-лесных, песчаных и супесчаных почв, незатронутыми антропогенной деятельностью

В качестве объекта исследования были определены ключевые участки водной и прибрежной рекреации реки Воронеж на территории Воронежской агломерации в границах Воронежского водохранилища. На всем протяжении было намечено 9 контрольных участков и произведен отбор проб донного грунта (рис. 1). Участки отбора включали в себя верхнюю, среднюю и нижнюю зоны водохранилища.

Отбор проб проводился преимущественно в теплое время года с использованием ковшового дночерпателя Петерсена и щуп донного ГР-69 в соответствие с 17.1.5.01-80 «Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к отбору проб донных отложений водных объектов для анализа на загрязненность». В образцах определялось валовое содержание тяжелых металлов (свинец, кадмий, медь, цинк).

Экологическая оценка уровней содержания тяжелых металлов в природных средах осуществляется в соответствии с нормативами качества. Для донных отложений не существует утвержденных предельно допустимых концентраций (ПДК). Характеристики микроэлементов и тяжелых металлов был использован кларк концентрации (Кк), рассчитанный как отношение содержания химического элемента к кларкам почвы составленных А.П. Виноградовым в 1962 году.

 Суммарный показатель загрязнения донных отложений элементами (Zc) рассчитан: Zc = ∑Кк – (n–1), где n – число элементов с Кк > 1.

Рисунок 1 - Расположение участков отбора проб на реке Воронеж и в водохранилище:

1 - ниже с. Чертовицы (правый берег р. Воронеж); 2 - мост трассы М-4 «Дон» (левый берег водохранилища); 3 - выше ж/д моста в районе ул. Красина; 4 - смотровая площадка Северного моста (левый берег водохранилища); 5 - пристань Чернавского моста (левый берег водохранилища); 6 - пляж ВОГРЭСовского моста (левый берег водохранилища); 7 - сброс воды с очистных сооружений; 8 - в районе сквера Гидроузел (левый берег водохранилища); 9 - пляж в районе СНТ «Гигиенист» (левый берег р. Воронеж)

DOI:10.23670/IRJ.2023.127.100.1

Толщи донных грунтов Воронежского водохранилища различаются по цвету горизонтов. Выделяются темно-серые, сизые и черные цвета донных отложений, что является признаком оглеения и наличием восстановительных условий, что важно при оценке подвижности ряда тяжелых металлов.

В пределах Воронежского водохранилища установлено преобладание в донном грунте песчаных фракций с размером зерен от 0,25 мм. При этом содержание по массе тонкозернистых песчаных (0,1-0,05 мм), алевритовых и глинистых частиц не превышает 2% от общей массы во всех образцах.

Обычно, в проточной части водотоках русловые осадки формируются в основном из песчаных и глинистых частиц, а донные грунты водохранилищ формируются из илов различного происхождения, включая гумусовый горизонт затопленной почвы. Для Воронежского водохранилища нужно сделать исключение из этого наблюдения, т.к. при обустройстве левого берега искусственного водоема не были изъяты отходы строительства и демонтажа ветхих конструкций послевоенной постройки. Таким образом, несмотря на техногенные включения, образцы донного грунта из водохранилища, согласно классификации смешанных пород, следует отнести к чистым «пескам»

Несмотря на преобладание минеральной составляющей в донном грунте многолетними исследованиями выявлено устойчивое увеличение концентраций металлов в водохранилище. Высокие содержания элементов характерны для всего участка реки в границах Воронежской городской агломерации (рис. 2).

По актуальным исследованиям 2022 г содержание элементов возросло практически во всех точках исследования по сравнению с предыдущими периодами и достигает максимально высоких значений в месте сброса сточных вод

Главным источником поступления тяжелых металлов можно считать участок левобережной части города в месте сбора воды с очистных сооружений (точка 7). Коэффициенты концентрации химических элементов в донном грунте остаются неизменными на протяжении всех периодов наблюдения и расположены в убывающем порядке: KCd> KPb> KCu>KZn.

Рисунок 2 - Динамика изменений показателя суммарного загрязнения Воронежского водохранилища:

синий - KCd; фиолетовый - KPb; красный - KCu; зелёный - KZn

DOI:10.23670/IRJ.2023.127.100.2

По состоянию на 2022 год крайние контролируемые точки водохранилища (точка 1 и 9), а также участки, на которые поступают природные подземные воды (точка 3 – утраченный географический объект река Инютинка) и сброс ТЭЦ (точка 6) имеют сходные ряды ранжирования элементов: KCd > KZn > KPb > KCu.

Подобное расположение характеризует общую геохимическую обстановку региона и близко к норме. 

Весомый вклад в загрязнение вносят железнодорожный и автомобильные мосты соединяющие правый и левый берег города-миллионера (точка 2, 4, 5). Поток транспорта обеспечивает постоянное поступление загрязнителей: KCd > KPb > KZn > KCu.

Во всех контрольных точках наблюдается превышение коэффициента концентрации по кадмию. Он вносит весомый вклад в величину показателя Zc. В целом расчетные показатели для Воронежского водохранилища отличаются мозаичностью. Наиболее высокая нагрузка установлена на участке от ВОГРЭСовского моста до плотины водохранилища (район сквера Гидроузел), т.е. выше и ниже сброса с городских очистных сооружений левого берега.

Актуальные значения превышений допустимого уровня суммарного показателя загрязнения (Zc) приведены в таблице 1. 

По сравнению с расчетами 2020 года ситуация стабильна и пока не имеет видимых условий для улучшения.

В настоящее время на территории Воронежской области состояние водоемов повсеместно требует пристального внимания. Все водоемы региона находятся под антропогенной нагрузкой.

Эффективное использование природных источников воды невозможно без знания их современного состояния и качества воды. Водоемы природного и техногенного происхождения нуждаются в пристальном общественном внимании и государственном контроле. 

Для р. Воронеж наиболее проблемным остается участок сброса воды с левобережных очистных сооружений. Выявленное загрязнение донных отложений полностью исключает использование водоема для отдыха горожан.