ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ВОДЫ РЕКРЕАЦИОННЫХ ВОДОЕМОВ УРБАНИЗИРОВАННЫХ И ХОЗЯЙСТВЕННО-ПРЕОБРАЗОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ САМАР-СКОЙ ОБЛАСТИ ПО ПОКАЗАТЕЛЯМ САПРОБНОСТИ

 Шабанов В.А.¹, Шабанова А.В.²

¹Кандидат технических наук; ²ORCID: 0000-0002-8841-4456, Кандидат химических наук, Самарский государственный архитектурно-строительный университет

ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ВОДЫ РЕКРЕАЦИОННЫХ ВОДОЕМОВ УРБАНИЗИРОВАННЫХ И ХОЗЯЙСТВЕННО-ПРЕОБРАЗОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ САМАРСКОЙ ОБЛАСТИ ПО ПОКАЗАТЕЛЯМ САПРОБНОСТИ

Аннотация

Сохранение и рациональное использование водоемов рекреационного назначения во многом определяется качеством воды. Было оценен уровень сапробного загрязнения воды по ГОСТ 17.1.2-04.77 «Охрана природы. Гидросфера. Показатели состояния и правила таксации рыбохозяйственных водных объектов» восемнадцати прудов и двух водохранилищ Самарской области, которые являются объектами неорганизованной рекреации. Показано, что во всех случаях уровень сапробного загрязнения оценивался от «сильного сапробного загрязнения» до «неочищенных сточных вод». С целью разработки типизированных подходов к обеспечению нормативного качества воды объектов неорганизованной рекреации водоемы были классифицированы методами кластерного анализа по величине биохимического потребления кислорода и перманганатной окисляемости. Показано, что на формирование уровня сапробного загрязнения существенное влияние оказывают морфометрические характеристики водоема, развитость высшей водной растительности и мероприятия по предотвращению вторичного загрязнения воды (удаление донных отложений).

Ключевые слова: водоем, качество воды, сапробное загрязнение, неорганизованная рекреация.

Shabanov V.A.¹, Shabanova A.V.²

¹PhD in Engineering, ²PhD in Chemistry, Samara State University of Architecture and Civil Engineering

WATER SAFETY ASSESSMENT OF URBAN AND SUBURBAN RESERVOIRES IN SAMARA REGION IN TERMS OF SABROPITY CONTAMINATION LEVEL

Abstract

Conservation and management of recreational water BODIES is largely determined by water quality. It has been estimated the level of saprobity according to GOST 17.1.2-04.77 "The Nature Conservancy. Hydrosphere. Status Indicators and taxation rules of water bodies "eighteen ponds and two reservoirs of Samara Region, which are objects of unorganized recreation. It is shown that in all cases saprobity contamination level estimated as "high saprobity contamination" to "raw sewage". In order to develop standartized approaches to ensure standard quality of water recreation facilities unorganized the reservoirs were classified by cluster analysis on values of BOD and permanganate oxidation. It is shown that the formation of the level of saprobity contamination is significantly affected by morphometric characteristics of the reservoir, development of higher aquatic vegetation and measures to prevent secondary pollution of water (removal of the bottom-proposals) as well.

Keywords: pond, water quality, saprobity contamination, non-organized recreation.

На территории Самарской области насчитывается более 1500 прудов и 87 малых водохранилищ. По данным [1], 56% прудов используются для водоснабжения, 24% относятся к временным водоемам, 13% обслуживают мельницы и сельские электростанции, 5% имеют рыбохозяйственное значение, а для орошения - всего 2%. В настоящее время для малых водоемов большое значение приобретает рекреационная функция. Она реализуется практически для всех водоемов – и водохранилищ, и прудов. В областной целевой программе «Развитие водохозяйственного комплекса Самарской области в 2013 – 2020 годах» отмечается, что качество воды поверхностных водных объектов в Самарской области не отвечает санитарным требованиям по химическому потреблению кислорода, а также по содержанию фенолов, взвешенных веществ, соединениям цинка, марганца, меди, железа. Поэтому оценка качества воды водоемов, являющихся центрами неорганизованной рекреации, а также обоснование очередности и состава мероприятий по обеспечению их экологической безопасности, представляет собой важную задачу практическую задачу.

Объектами исследования были 16 прудов и два водохранилища, расположенные на урбанизированных и хозяйственно-преобразованных территориях Самарской области. Для характеристики уровня загрязненности воды органическими веществами использовались величины БПК₅ и перманганатной окисляемости. Измерения выполнялись в летнюю межень. Отбор проб производился согласно требованиям [2]. БПК₅ определялось по [3], перманганатная окисляемость согласно [4]. Для оценки уровня сапробного загрязнения был использован индекс сапробности и шкала, приводимые в [5]. Результаты измерений и расчетов даны в таблице.

Таблица 1 - Характеристики загрязнения воды объектов исследования органическими веществами

№ п/п	Водоем	БПК5, мг/л	Перманганатная окисляемость, мг/л	Индекс сапробности	Загрязняющее органическое вещество [2]
1	Пруд №1 в 12 микрорайоне	6,2	12,8	0,48	Неочищенные сточные воды
2	Пруд №2 в 12 микрорайоне	9,4	16,2	0,58	Неочищенные сточные воды
3	Пруд в 13 микрорайоне	5,3	10,7	0,49	Неочищенные сточные воды
4	Пруд Планового института	3,2	4,2	0,77	Неочищенные сточные воды
5	Пруд на ул. Аэродромная	3,8	6,8	0,56	Неочищенные сточные воды
6	Пруд у Ипподрома	5,1	7,1	0,72	Неочищенные сточные воды
7	Пруд ул. Нововокзальная/ Карла Маркса	7,1	12,8	0,55	Неочищенные сточные воды
8	Пруд у Пирамиды длинный	5,2	6,0	0,87	Неочищенные сточные воды
9	Пруд у Пирамиды круглый	5,8	6,6	0,88	Неочищенные сточные воды
10	Жигулевск, пруд в парке им. 40-летия ВЛКСМ	3,0	7,8	0,38	Сильное сапробное загрязнение
11	Чапаевск, пруд №1	3,4	7,8	0,44	Неочищенные сточные воды
12	Чапаевск, пруд №2	2,6	6,0	0,43	Неочищенные сточные воды
13	Чапаевск, пруд №3	4,7	10,6	0,45	Неочищенные сточные воды
14	Ветлянское водохранилище	2,0	7,4	0,27	Сильное сапробное загрязнение
15	Черновское водохранилище	4,3	6,8	0,63	Неочищенные сточные воды
16	Пруд Большой, с. Верхнесъезжее	2,7	8,3	0,32	Сильное сапробное загрязнение
17	Пруд у санатория «Фрунзенец»	2,6	8,3	0,31	Сильное сапробное загрязнение
18	Пруд у санатория «Приволжье»	3,1	7,4	0,42	Неочищенные сточные воды

 

Местоположение объектов исследования различается не столько почвенно-климатическими условиями, сколько величиной и характером антропогенной нагрузки как на сам водоем, так и на его водосборные площади (рис. 1).

Рис. 1 – Классификация водоемов – центров неорганизованной рекреации по их местоположению

 

По нашим данным [6], большинство самарских прудов было создано в конце XIX - начале XX века для целей орошения и рыбного хозяйства. Более молодыми являются три пруда расположенных на территории садоводческих товариществ г. Чапаевска (60-70-е годы XX в.), один – в парке им. 40-летия ВЛКСМ в г. Жигулевск (1960 г.), один – в с. Верхнесъезжее Нефтегорского района (1962-1963 г.г.). Практически все городские пруды могут быть отнесены к рекреационно малозначимым водным объектам: согласно [7], это водные объекты внутри плотной жилой застройки, требующие обеспечения нормативного водообмена и выполнения других инженерных мероприятий для поддержания нормативного качества воды, имеющие рекреационное назначение и выполняющие роль «экологического коридора» для местных жителей.

Ветлянское водохранилище располагается в Нефтегорском районе. По данным [8] оно предназначено для полива сельскохозяйственных угодий Ветлянской оросительной системы, водопоя домашних сельскохозяйственных животных, а сейчас также используется для рекреации (отдых, рыбалка). Черновское водохранилище находится в 20 км от Самары. Водохранилище используется населением для купания и рыбной ловли, а также входит в состав Черновской оросительной системы.

Характер загрязнения водоемов тоже различен, мы выделили два основных источника поступления загрязняющих веществ в эти водоемы – автотранспорт с объектами транспортной инфраструктуры (гаражи, стоянки и пр.) и хозяйственная деятельность (рис. 2).

Рис. 2 - Классификация водоемов – центров неорганизованной рекреации по источникам поступления загрязненного поверхностного стока

В первой группе отмечается высокое (до 14-17 ПДК) содержание СПАВ и нефтепродуктов (3-4 ПДК). Загрязнение хозяйственными стоками, кроме того, проявляется в высоких (до 5-6 ПДК) концентрация азота аммонийного и фосфатов.

На формирование уровня сапробного загрязнения воды влияет ряд факторов: поступление загрязняющих веществ в водоем и условия их окисления, которые характеризуются кислородным режимом и развитостью высшей водной растительности [9]. Как показали полученные результаты, во всех случаях сапробное загрязнение превышает естественный уровень (индекс сапробности до 0,2), что говорит о необходимости проведения мероприятий по повышению экологической безопасности водных объектов – центров неорганизованной реакреации. Классификация водоемов по уровню сапробного загрязнения более детальная, чем это изложено в [5], даст возможность выработать набор типизированных решений в зависимости от состояния водоема.

Кластерный анализ широко применяется для классификации объектов [10] по различным признакам – морфометрическим [11], гидрохимическим [12], рекреационным [13].

По данным таблицы был построен иерархический кластер с целью оценки сходства объектов исследования по величинам БПК₅ и перманганатной окисляемости. Объекты образуют 17 кластеров первого-четвертого порядка, позволяющие проанализировать сходство между ними по признаку сапробного загрязнения воды (рис. 3).

Рис. 3 - Иерархический кластер объектов исследования (нумерация объектов дана в таблице)

 

Самый высокий уровень сапробного загрязнения отмечен для объекта №2 (пруд №2 в 12 микрорайоне). К этому привело сочетание следующих факторов: малые глубины (максимальная – 1 м, средняя – 0,8 м [3]), загрязнение поверхностным стоком (гаражи и автомагистрали), избыток донных отложений как причина вторичного загрязнения воды.

Высокий уровень сходства можно отметить для объектов 1, 7, 3, 13. Причины же отмеченного уровня загрязненности воды различны: для объектов №№1 и 3 наибольшее значение имеют стоки от автотранспорта (первая группа по классификации рис. 2), в то время как для №№7 и 13 основной источник загрязнения это хозяйственно-бытовые стоки и водопой.

Все остальные объекты образуют довольно однородную по уровню загрязненности воды группу. Сюда вошли как малые водоемы, испытывающие незначительное загрязнение (№5), так и водохранилища. Несмотря на поступление значительных количеств загрязняющих веществ с поверхностным стоком от сельхозугодий (№14) и неочищенными коммунально-бытовыми стоками от дачных поселков (№15), уровень сапробного загрязнения здесь ниже, чем в городских прудах. Ветлянское и Черновское водохранилища имеют более благоприятные условия для разбавления загрязняющих веществ за счет большого объема водной массы и характеризуются высокой степенью зарастания – 27 и 32% [14] соответственно. Все это создает предпосылки для снижения уровня сапробного загрязнения воды за счет биосорбции, окисления, седиментации и т.д.

В настоящей работе выполнены оценки безопасности воды по показателям сапробного загрязнения восемнадцати водоемов Самарской области, используемых для целей неорганизованной рекреации. Среди них выделены водоемы, подвергающиеся загрязнению преимущественно стоками автотранспорта и хозяйственно-бытовыми стоками. Показано, что 78% из них соответствуют характеристике «неочищенные сточные воды». Как основа для выработки решений по повышению уровня безопасности была предложена классификация водоемов методами кластерного анализа.

Литература

1. Соловьева В.В. Эколого-экономические проблемы создания и использования искусственных водоемов Среднего Поволжья //Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2008. - Т.10. - №2. - С.590-601
2. ГОСТ Р 51592-2000 Вода. Общие требования к отбору проб
3. ПНД Ф 14.1;2;3;4.123-97 Количественный химический анализ вод. Методика выполнения измерений биохимической потребности в кислороде после n-дней инкубации (БПКполн.)
4. ПНД Ф 14.1:2:4.154-99 Количественный химический анализ вод. Методика выполнения измерений перманганатной окисляемости в пробах питьевых, природных и сточных вод титриметрическим методом
5. ГОСТ1.2-04.77 Охрана природы. Гидросфера. Показатели состояния и правила таксации рыбохозяйственных водных объектов
6. Shabanov V. A., Shabanovа V. The history of creation of recreation units in Samara //Life Science Journal 2014; 11(11s). P. 56-58.
7. Волшаник В.В., Суздалева А.А. Классификация городских водных объектов. М.: АСВ, 2008. - 112 с.
8. Шабанов В.А., Шабанова А.В. Исследование динамики загрязненности воды Ветлянского водохранилища (2000-2012 г.г.) //Вестник Тамбовского университета. 2014. Сер. Естественные и технические науки. №3. c.1737-1740.
9. Бреховских В.Ф. Биота в процессах массопереноса в водных объектах /В.Ф. Бреховских, В.Д. Казмирук, Г.Н. Вишневская; Ин-т вод.проблем РАН. – М.: Наука, 2008. – 315 с.
10. Сердюцкая Л.Ф. Системный анализ и математическое моделирование экологических процессов в водных экосистемах. М.: Либроком, 2009. 144 с.
11. Ахмедова Н.С. Классификация котловин карстовых озер мира по особенностям морфологического строения на основе кластерного анализа // Общество. Среда. Развитие (Terra Humana). 2011. №1. С.228-232
12. Шабанов В.А., Шабанова А.В. Применение методов кластерного анализа для выработки типизированных подходов к обеспечению экологической безопасности водоемов урбанизированных территорий /Труды Международной научной конференции «Интеграция, партнерство и инновации в строительной науке и образовании» Москва, МГСУ, 2015. – с.290-293.
13. Шабанов В.А., Шабанова А.В. Классификация городских водоемов методами кластерного анализа //Экологические системы и приборы. 2013. №1. С. 67-72.
14. Соловьева, В. В. Стратегия развития экосистем природно-технических водоемов Среднего Поволжья // Вестник ОГУ . 2008. №10. С.179-187.

References

1. Solov'eva V.V. Jekologo-jekonomicheskie problemy sozdanija i ispol'zovanija iskusstvennyh vodoemov Srednego Povolzh'ja //Izvestija Samarskogo nauchnogo centra Rossijskoj akademii nauk. 2008. - T.10. - №2. - S.590-601
2. GOST R 51592-2000 Voda. Obshhie trebovanija k otboru prob
3. PND F 14.1;2;3;4.123-97 Kolichestvennyj himicheskij analiz vod. Metodika vypolnenija izmerenij biohimicheskoj potrebnosti v kislorode posle n-dnej inkubacii (BPKpoln.)
4. PND F 14.1:2:4.154-99 Kolichestvennyj himicheskij analiz vod. Metodika vypolnenija izmerenij permanganatnoj okisljaemosti v probah pit'evyh, prirodnyh i stochnyh vod titrimetricheskim metodom
5. GOST 17.1.2-04.77 Ohrana prirody. Gidrosfera. Pokazateli sostojanija i pravila taksacii rybohozjajstvennyh vodnyh ob#ektov
6. Shabanov V. A., Shabanova A. V. The history of creation of recreation units in Samara //Life Science Journal 2014; 11(11s). P. 56-58.
7. Volshanik V.V., Suzdaleva A.A. Klassifikacija gorodskih vodnyh ob#ektov. M.: ASV, 2008. - 112 s.
8. Shabanov V.A., Shabanova A.V. Issledovanie dinamiki zagrjaz-nennosti vody Vetljanskogo vodohranilishha (2000-2012 g.g.) //Vestnik Tambovskogo universiteta. 2014. Ser. Estestvennye i tehnicheskie nauki. №3. c.1737-1740.
9. Brehovskih V.F. Biota v processah massoperenosa v vodnyh ob#ektah /V.F. Brehovskih, V.D. Kazmiruk, G.N. Vishnevskaja; In-t vod.problem RAN. – M.: Nauka, 2008. – 315 s.
10. Serdjuckaja L.F. Sistemnyj analiz i matematicheskoe modelirovanie jekologicheskih processov v vodnyh jekosistemah. M.: Librokom, 2009. 144 s.
11. Ahmedova N.S. Klassifikacija kotlovin karstovyh ozer mira po osobennostjam morfologicheskogo stroenija na osnove klasternogo analiza // Obshhestvo. Sreda. Razvitie (Terra Humana). 2011. №1. S.228-232
12. Shabanov V.A., Shabanova A.V. Primenenie metodov klasternogo analiza dlja vyrabotki tipizirovannyh podhodov k obespecheniju jekologicheskoj bezopasnosti vodoemov urbanizirovannyh territorij /Trudy Mezhdunarodnoj nauchnoj konferencii «Integracija, partnerstvo i innovacii v stroitel'noj nauke i obrazovanii» Moskva, MGSU, 2015. – s.290-293.
13. Shabanov V.A., Shabanova A.V. Klassifikacija gorodskih vodoemov metodami klasternogo analiza //Jekologicheskie sistemy i pribory. 2013. №1. S. 67-72.
14. Solov'eva, V. V. Strategija razvitija jekosistem prirodno-tehnicheskih vodoemov Srednego Povolzh'ja // Vestnik OGU . 2008. №10. S.179-187.