ВНУТРИГОДОВОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИЙ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ВОДЕ РЕК БАССЕЙНА Р. ТЕРЕК
ВНУТРИГОДОВОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИЙ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ВОДЕ РЕК БАССЕЙНА Р. ТЕРЕК
Аннотация
Исследованию уровня содержания металлов Cr, Ni, Mo, Mn, Zn, Pb, Ag, V, Cd и Cu в воде рек бассейна р. Терек: Баксан, Малка, Чегем, Урух уделяется достаточное внимание. Однако внутригодовое распределение их в воде указанных рек не изучалось. Поэтому основной целью работы является анализ внутригодового распределения соединений Cr, Ni, Mo, Mn, Zn, Pb, Ag, V, Cd и Cu в воде рек Терек, Баксан, Малка, Чегем, Урух бассейна р.Терек. Полученные результаты показывают, что для исследуемых рек бассейна Терека средние концентрации молибдена, марганца и меди превышают единые общефедеральные нормативы качества воды (ПДКрх). При рассмотрении изменчивости концентраций по фазам водного режима не везде наблюдается превышение ПДКрх, например, в пик половодья, концентрации марганца в реках Терек, Баксан, Урух и концентрации молибдена в реках Малка, Урух, Чегем не превышают ПДКрх. Поэтому имеет значение не только определение средних значений концентраций загрязняющих веществ, но и их внутригодовое распределение для повышения эффективности водоохранных мероприятий.
1. Введение
Единые общефедеральные предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в поверхностных водных объектах в настоящее время для всей территории России являются едиными. Территория России характеризуется большим разнообразием ландшафтов, что определяет разнообразие физико-географических условий водосборов и, соответственно, условий формирования химического состава поверхностных вод . То есть природные, физико-географические особенности территорий водосборов приводят к формированию такого химического состава воды, где концентрации некоторых загрязняющих веществ не соответствуют принятым ПДК. Истоки исследуемых нами рек (Малка, Баксан, Терек, Чегем, Урух) сосредоточены в высокогорной зоне и берут начало с ледников Главного Кавказского и Бокового хребтов Большого Кавказа. Горные условия обусловливают высокую интенсивность эрозионных процессов на водосборах, в связи с чем уровень содержания соединений тяжелых металлов в значительной мере определяется степенью взаимодействия воды с дренируемой горной породой . Большинство ионов тяжелых металлов относятся к I-II классу опасности, они отличаются канцерогенными, мутагенными свойствами и обладают кумулятивным эффектом. Для тяжелых металлов не существует надежных механизмов самоочищения. Тяжелые металлы лишь перераспределяются из одного природного источника в другой, взаимодействуя с различными живыми организмами и повсюду оставляя видимые нежелательные последствия этого взаимодействия. Тяжелые металлы накапливаются микpооpганизмами водных объектов, почвы и растениями, попадают затем в корм домашних животных, и по естественной пищевой цепочке в организм человека , , , , .
Для водосборов исследуемых ледниковых рек характерной является ситуация, когда условно фоновая концентрация отдельных соединений тяжелых металлов (вещества двойного генезиса) обусловленная природными факторами, превышает единые общефедеральные нормативы качества воды (ПДК) . Поэтому оценка состояния водных экосистем с учетом геологических особенностей и природных условий является одной из важнейших задач гидроэкологии , . Изучению уровня содержания металлов Cr, Ni, Mo, Mn, Zn, Pb, Ag, V, Cd и Cu в воде рек бассейна р. Терек: Баксан, Малка, Чегем, Урух уделяется достаточное внимание , . Однако внутригодовое распределение их в воде указанных рек не анализировалось. Целью работы является представление результатов анализов по внутригодовому распределению соединений Cr, Ni, Mo, Mn, Zn, Pb, Ag, V, Cd и Cu в поверхностных водах бассейна р. Терек, с учетом природных особенностей водосборов рек.
По итогам выявленных закономерностей внутригодового распределения возможно прогнозирование поведения загрязняющих веществ в водных объектах, подверженных антропогенному воздействию.
2. Методы и принципы исследования
Объектом исследований являются поверхностные воды рек бассейна р. Терек: Малка, Баксан, Урух, Терек, Чегем в нижнем течении. Истоки рек расположены в ледниках Главного Кавказского и Бокового хребтов (рис. 1).
Рисунок 1 - Карта-схема хребтов северного склона Центрального Кавказа
У истоков в летний период эти реки имеют ледниковое питание, вниз по течению тип питания рек меняется. Притоки р. Терек Малка, Баксан, Урух, Чегем рассекают хребты (рис. 1) поперечными долинами, которые в этих местах имеют вид узких ущелий. С 2020 года отбор проводится в постоянных створах 7 раз в год (в зимнюю межень, во время половодья — на подъеме, пике и спаде; во время летней межени — при наименьшем расходе и прохождении дождевого паводка и осенью).
В статье приведены результаты, полученные в нижнем течении рек. Пункты наблюдений приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Перечень створов на реках Малка, Баксан, Чегем, Урух, Терек в нижнем течении рек
Водный объект, (длина) | Расстояние от истока, км | с.ш., в.д. | Пункт отбора | Местоположение створа |
р. Малка (210 км)
| 190 | 43.735917 44.073036 | г. Прохладный | 4 км ниже города |
р. Баксан (169 км) | 169 | 43.728386 44.061449 | г. Прохладный | ж/д мост |
р. Чегем (102 км)
| 87 | 43.576162 43.586777 | г.Чегем-2 | Ниже города |
р. Урух (106 км)
| 105 | 43.472409 44.079697 | ст. Александровская | в лесу |
р. Терек (578 км)
| 230 | 43.681515 44.368029 | с. Хамидие | напротив села |
При отборе проб воды измеряли водородный показатель (рН), минерализацию и электропроводность с использованием кондуктометра рН-метр/кондуктометр HANNA HI 991300 , фиксировали также время и температуру воздуха. Для определения концентраций растворенных форм соединений металлов, пробы воды фильтровали через фильтры с диаметром пор 0,45 мкм. Полученный фильтрат консервировали азотной кислотой (HNO3) из расчета 0,1 мл на 100 мл пробы. Концентрацию измеряли атомно-абсорбционным спектрометром «МГА-915М» . Отборы проб воды и анализы проводятся сотрудниками испытательного лабораторного центра ФГБУ «Высокогорный геофизический институт» (аттестат аккредитации № RA.RU.21АИ34).
3. Основные результаты
Концентрации соединений хрома, никеля, серебра, ванадия, кадмия за многолетний период наблюдений не превышают уровни ПДКрх. Наиболее распространенными загрязняющими металлами, в воде всех исследуемых рек являются соединения марганца, молибдена и меди (табл. 2), по этим металлам в воде всех исследуемых рек наблюдаются превышение ПДКрх.
Таблица 2 - Среднегодовые уровни содержания металлов за 2021-2023 гг. в нижнем течении рек
Концентрация, мкг/дм3 | Нижнее течение | ПДКрх мкг/дм3 | ||
Хср | Х50 | Хмин-Хмах | ||
р. Терек, с. Хамидие | ||||
Mo | 3,18 | 3,0 | 0,1-9,68 | 1,0 |
Mn | 16,69 | 15,95 | 1,28-48,40 | 10,0 |
Cu | 3,11 | 2,91 | 0,63-5,73 | 1,0 |
р. Малка, г. Прохладный | ||||
Mo | 4,09 | 3,2 | 0,3-12,26 | 1,0 |
Mn | 12,34 | 11,2 | 3,23-25,6 | 10,0 |
Cu | 3,99 | 3,55 | 0,66-7,96 | 1,0 |
р. Баксан, г. Прохладный | ||||
Mo | 5,08 | 3,44 | 0,1-18,19 | 1,0 |
Mn | 15,79 | 9,35 | 3,73-72,80 | 10,0 |
Cu | 4,36 | 3,24 | 0,84-11,70 | 1,0 |
р. Чегем, г. Чегем-2 | ||||
Mo | 1,55 | 1,41 | 0,1-4,15 | 1,0 |
Mn | 11,04 | 8,25 | 3,29-43,6 | 10,0 |
Cu | 4,86 | 4,77 | 0,75- 8,85 | 1,0 |
р. Урух, ст. Александровская | ||||
Mo | 1,63 | 1,3 | 0,1-4,68 | 1,0 |
Mn | 15,24 | 14,85 | 1,77-33,95 | 10,0 |
Cu | 3,37 | 2,91 | 0,01-8,39 | 1,0 |
Поэтому внутригодовое распределение рассматривается по этим трем металлам. В нижнем течении рек средние концентрации по молибдену изменяются от 1,55 до 18,19; по марганцу от 11,04 до 16,69 и по меди от 3,11 до 4,86 мкг/дм3. По соединениям цинка, свинца наблюдаются единичные случаи превышения ПДКрх.
Максимальные значения молибдена (18,19 мкг/дм3) наблюдаются в р. Баксан. В Баксанском ущелье был расположен Тырныаузский горно-обогатительный комбинат, специализировавшийся на добыче и обогащении вольфрамо-молибденовых руд. Наследие Тырныаузского горно-обогатительного комбината в виде гигантского заброшенного хвостохранилища представляет собой большую экологическую угрозу для района, подверженного селям. Данные за апрель 2024 года (табл. 3) показывают, что концентрации молибдена в озере Гижгит и в дренажном ручье, вытекающем из-под хвостохранилища значительно, превышают нормативы как для водных объектов рыбохозяйственного назначения, так и для водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового (рекреационного) назначения. На повышенное содержание солей указывает также минерализация воды и электропроводность. Значение минерализации для воды дренажного ручья составляет 744 мг/дм3, электропроводность 1450 мкСм/см. В настоящее время экологическая угроза, связанная с хвостохранилищем сохраняется.
Таблица 3 - Концентрация молибдена
Место отбора | Концентрация Mo, мкг/дм3 | рН, ед. | Электропроводность, мкСм/см | Минерализация, мг/дм3 |
Озеро Гижгит | 326,0 | 8,2 | 600 | 313 |
Дренажный ручей | 14920,0 | 10,0 | 1450 | 744 |
Реки по водному режиму по классификации Б. Д. Зайкова относятся к классу рек с половодьем в теплую часть года – Тянь-Шаньский тип, где половодье связано с таянием ледников. Физико-географические и геологические характеристики бассейна значительно влияют на концентрацию веществ в воде рек и минерализацию. Во время максимального таяния ледников (пик половодья) увеличивается расход и за счет разбавления воды минерализация уменьшается в несколько раз .
Концентрация металлов по фазам водного режима рек изменяется значительно (табл. 4).
Таблица 4 - Медиана и диапазон изменчивости (в скобках) концентраций металлов, в пробах воды исследуемых рек по фазам водного режима в нижнем течении рек за период 2021-2023 гг.
Металл | Терек, мкг/дм3 | Баксан, мкг/дм3 | Малка, мкг/дм3 | Урух, мкг/дм3 | Чегем, мкг/дм3 |
Mo | |||||
Зимняя межень | 0,99 (0,59-4,30) | 4,37 (4,37-18,6) | 1,18 (0,1-5,95) | 0,82 (0,1-2,61) | 2,32 (0,23-3,33) |
Подъем половодья | 1,35(0,1-4,7) | 7,8(3,73-16,0) | 1,9 (0,1-2,95) | 0,89(0,1-4,09) | 0,53(0,1-1,5) |
Пик половодья | 3,58(0,22-4,30) | 7,07(3,52-8,18) | 0,15(0,1-2,69) | 0,2(0,1-0,86) | 0,77(0,1-1,39) |
Осенняя межень
| 2,8(1,41-3,76) | 7,6(5,94-15,97) | 2,8(1,08-3,75) | 0,85(0,72-2,81) | 2,3(1,41-4,13) |
Mn | |||||
Зимняя межень | 17,97(5,44-40,65) | 5,96(4,32-15,55) | 16,2(9,42-17,5) | 9,21(1,1-17,2) | 6,4 (4,38-11,68) |
Подъем половодья | 21,7 (10,61-38,0) | 19,1(6,96-35,15) | 22,5(6,2-33,4) | 20,5(11,7-35,5) | 18,8(4,40-36,95) |
Пик половодья | 5,02(2,01-5,6) | 7,49(3,86-8,67) | 12,11 (10,51-13,45) | 9,45 (9,19-10,06) | 12,2(9,96-15,9) |
Осенняя межень
| 16,1(9,27-35,6) | 8,1(3,64-17,1) | 11,5(7,2-50,13) | 6,05(5,62-23,65) | 7,7(4,19-17,8) |
Cu | |||||
Зимняя межень | 1,86 (1,2-6,3) | 1,79 (1,43-4,78) | 2,3 (1,4-3,1) | 4,42(0,95-6,08) | 3,98(3,14-4,83) |
Подъем половодья | 2,53(1,52-6,43) | 3,3(3,8-7,1) | 3,8(3,44-6,24) | 3,05(2,82-6,8) | 5,45(5,32-5,69) |
Пик половодья | 4,2 (1,0-7,52) | 3,2(1,27-5,3) | 3,8(2,49-7,95) | 6,3(1,11-11,6) | 5,04(3,4-5,44) |
Осенняя межень
| 4,5(2,52-8,95) | 3,6(0,72-4,95) | 4,52(1,09-7,2) | 5,45(1,41-5,67) | 2,1(0,89-3,5) |
Максимальные уровни молибдена (рис. 2) наблюдаются во время подъема половодья (май, июнь), в р. Баксан. В эти месяцы на территории водосборов выпадает наибольшее количество осадков , вероятно склоновыми процессами в воду рек попадает большое количество выветриваемых горных пород, содержащих молибден. Минимальные концентрации отмечаются во время пика половодья в реках Малка, Урух, Чегем, что связано с разбавлением воды рек во время интенсивного таяния ледников. В воде рек Терек и Баксан минимальные концентрации фиксируются в зимнюю межень во время перехода рек на грунтовое питание.
Максимальные концентрации марганца во всех исследуемых реках наблюдаются во время подъема половодья (рис. 3), достигая в среднем 20 мкг/дм3. Минимальные отмечены в пик половодья и осеннюю межень.
Рисунок 2 - Внутригодовое распределение молибдена в воде рек Терек, Малка, Баксан, Урух, Чегем в нижнем течении
Рисунок 3 - Внутригодовое распределение марганца в воде рек Терек, Малка, Баксан, Урух, Чегем в нижнем течении
Рисунок 4 - Внутригодовое распределение меди в воде рек Терек, Малка, Баксан, Урух, Чегем в нижнем течении
4. Заключение
Определены средние значения концентраций молибдена, марганца и меди в нижнем течении рек Малка, Баксан, Урух, Терек, Чегем, диапазоны их изменчивости, и внутригодовое распределение. Установлено, что концентрации указанных металлов в исследуемых реках постоянно превышают значения ПДКрх. Полученные результаты указывают на особенности химического состава природных вод данного водосборного бассейна, по соединениям молибдена, марганца и меди, которые необходимо учитывать при нормировании предельно допустимого вредного воздействия (ПДВВ) на поверхностные водные объекты.
Значительная изменчивость концентраций молибдена, марганца и меди, постоянно превышающие значения ПДКрх в исследованных реках, очевидно, объясняется водным режимом рек и попаданием в воду склоновыми процессами выветриваемых горных пород, содержащих указанные металлы.