AN ASSESSMENT OF THE WATER QUALITY OF ARTIFICIAL AND NATURAL WATERCOURSES OF THE VYSHNEVOLOTSKY WETLAND COMPLEX

ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ВОД ИСКУССТВЕННЫХ И ЕСТЕСТВЕННЫХ ВОДОТОКОВ ВЫШНЕВОЛОЦКОГО ВОДНО-БОЛОТНОГО КОМПЛЕКСА

Научная статья

Каурова З.Г.^1, *, Перепелкин В.В.²

¹ ORCID: 0000-0002-3387-3540;

² ORCID: 0000-0002-5414-6836;

^{1, 2} Санкт-Петербургский государственный университет ветеринарной медицины, Санкт-Петербург, Россия

* Корреспондирующий автор (6zlata[at]mail.ru)

Аннотация

С целью определения качества воды по гидрохимическим показателям было проведено рекогносцировочное обследование некоторых искусственных и естественных водотоков (Старотверецкий канал, Серебряный ручей, река Тверца) Вышневолоцкого водно-болотного комплекса Тверской области. Были изучены такие химические и физико-химические показатели как водородный показатель (рН), концентрация растворенного кислорода, катионов аммония, нитритов, нитратов, общего железа, меди, свинца, фосфатов. Было определено значение биологического потребления кислорода (БПК₅). Выявлено превышение предельно допустимой концентрации (ПДК) по ряду показателей (фосфаты, железо, нитриты), установлен класс качества воды в водотоках по индексу загрязнения воды (ИЗВ).

Ключевые слова: гидрохимия, водоток, водно-болотный комплекс, качество вод, Тверская область.

AN ASSESSMENT OF THE WATER QUALITY OF ARTIFICIAL AND NATURAL WATERCOURSES OF THE VYSHNEVOLOTSKY WETLAND COMPLEX

Research article

Kaurova Z.G.^1, *, Perepelkin V.V.²

¹ ORCID: 0000-0002-3387-3540;

² ORCID: 0000-0002-5414-6836;

^{1, 2} Saint Petersburg State University of Veterinary Medicine, Saint Petersburg, Russia

* Corresponding author (6zlata[at]mail.ru)

Abstract

In order to determine the water quality by hydrochemical indicators, the authors conduct a reconnaissance survey of some artificial and natural watercourses (Starotveretsky Canal, Silver Creek, Tvertsa River) of the Vyshnevolotsky wetland complex of Tver Oblast. The article examines such chemical and physico-chemical parameters as the hydrogen index (pH), the concentration of dissolved oxygen, ammonium cations, nitrites, nitrates, total iron, copper, lead, phosphates. The value of biochemical oxygen demand (BOD ₅) was also determined. The study identifies values that exceed the level of maximum permissible concentration (MPC) for a number of indicators (phosphates, iron, nitrites), the grade of water quality in watercourses was established according to the water pollution index (WPI).

Keywords: hydrochemistry, watercourse, wetland complex, water quality, Tver Oblast.

Введение

Генеральная Ассамблея ООН провозгласила 2021–2030 годы десятилетием восстановления экосистем с целью активизации международных усилий по масштабному восстановлению нарушенных природных комплексов в качестве эффективной меры поддержания биоразнообразия, обеспечения продовольственной безопасности и борьбы с изменением климата [1]. В этой связи необходимо сосредоточить внимание не только на малоизмененных природных экосистемах, но и на экосистемах, полностью или частично находящихся в промзонах или на селитебных территориях.

Примером такой экосистемы является старейшая в России искусственная Вышневолоцкая водная система [2]. Еще в 18 веке она связала водным путем Санкт-Петербург с центральными областями Российской империи [6], [10]. Ее узлом является Вышний Волочек.

В границах города и на прилегающей территории возведен во многом уникальный гидротехнический комплекс, приобретший с годами не только историко-мемориальную, но и экологическую значимость [7].

Входящие в водную систему реки Тверца и Мста являются мелководными, из-за чего в транспортных целях система всегда работала в периодическом режиме [5]. За счет выпуска воды из водораздельных водохранилищ, в том числе Вышневолоцкого, поднимался уровень воды в реке Тверце, затем начинался сброс воды из Мстинского водохранилища и вспомогательных резервуаров, повышая уровень воды в Мсте. Вследствие этого гидротехнические сооружения закрывались, и начиналось накопление воды. Таким образом, уровень воды в реках Тверце и Мсте определялся расходом из нерегулируемых притоков.

С утратой системой транспортного значения в начале 20 века была осуществлена ее реконструкция, в результате которой появился Новотверецкий канал, соединивший Вышневолоцкое водохранилище с рекой Тверцой. Функционирование гидротехнических сооружений и обслуживание части каналов в пределах Вышнего Волочка сократилось до минимума или вовсе прекратилось. Большую часть года искусственные водотоки остаются непроточными, и только весной на непродолжительное время проточность восстанавливается.

Без надлежащего внимания каналы стали зарастать, а система постепенно утрачивать рекреационную привлекательность [8].

В настоящий момент городская Вышневолоцкая водная система представляет собой часть сложного водно-болотного комплекса, на состояние которого оказывают влияние разнообразные антропогенные факторы [7].

Старотверецкий канал, Серебряный ручей и современный исток реки Тверцы – ключевые звенья искусственной водной системы в пределах Вышнего Волочка. Определение качества воды является неотъемлемой частью исследований, направленных на определение современного состояния водотоков. Полученные данные могут быть использованы для подготовки проектов по восстановлению и экологической рекультивации водной системы.

В настоящий момент целью исследования является рекогносцировочное обследование Старотверецкого канала, Серебряного ручья и участка реки Тверцы для определения качества вод по гидрохимическим показателям.

Работа выполнялась на базе национального парка «Валдайский».

Методы и принципы исследования

Отбор производился в период открытой воды на 9 станциях по всей акватории Старотверецкого канала в течение трех сезонов (весна, лета, осень), 3 станциях на различных участках Серебряного ручья и 3 станциях на прилегающем к городу Вышнему Волочку участке реки Тверцы у современного ее истока в течение осени. Гидрохимический анализ воды производился при помощи стандартных методик, отраженных в РД 52.18.595-96. Определялась концентрация ионов аммония, железа, свинца, меди, нитратов, нитритов, фосфатов, а так же концентрация растворенного кислорода в воде, водородный показатель (рН) и биологическое потребление кислорода (БПК₅). Оценка проводилась на основании нормативов, закрепленных в приказе Минсельхоза России от 13.12.2016 N 552. Для установления класса качества воды на основании полученных данных был произведен расчет индекса загрязненности воды (ИЗВ) [9].

Расположение станций на каждом водотоке представлено на рисунках 1 – 3.  

Рис. 1 – Расположение точек отбора проб на Старотверецком канале

 

Рис. 2 – Расположение точек отбора проб на различных участках Серебряного ручья

Рис. 3 – Расположение точек отбора проб на реке Тверце

 

Результаты и обсуждение

На основании полученных результатов были построены гистограммы значений основных химических показателей в водах трех исследуемых водотоков в долях ПДК (рис. 4 – 8).

Рис. 4 – Значение концентрации загрязняющих веществ в долях ПДК, Старотверецкий канал, весна 2021

Рис. 5 – Значение концентрации загрязняющих веществ в долях ПДК, Старотверецкий канал, лето 2021

Рис. 6 – Значение концентрации загрязняющих веществ в долях ПДК, Старотверецкий канал, осень 2021

Рис. 7 – Значение концентрации загрязняющих веществ в долях ПДК, Серебряный ручей, осень 2021

Рис. 8 – Значение концентрации загрязняющих веществ в долях ПДК, река Тверца, осень 2021

 

Исследования показали, что концентрация ионов аммония, нитратов и нитритов в пробах из Старотверецкого канала и Серебряного ручья не выходила за пределы действующих нормативов и не превышала 0,5 мг/дм³, 40 мг/дм³ и 0,08 мг/дм³ соответственно. В двух пробах воды из реки Тверцы, взятых у шлюза, соединяющего Старотверецкий канал с Тверцой, и у линий электропередачи концентрация нитритов составила 1,25 ПДК.

Концентрация фосфатов в пробах из Старотверецкого канала за весь период наблюдений составила от 1,6 до 3,3 ПДК; из Серебряного ручья – от 2,3 до 3,3 ПДК; из верховий р. Тверцы на двух точках отбора проб – 2,5 ПДК.

Превышение ПДК фосфатами на большинстве точек Старотверецкого канала связано с загрязнением его акватории хозяйственно-бытовыми стоками, поступающими неочищенными непосредственно в канал с селитебных территорий. Серебряный ручей, проходящий через зону малоэтажной застройки, в данном случае, можно рассматривать как дополнительный источник фосфатов, поступающих в воду Старотверецкого канала. Поскольку воды р. Тверцы большую часть года пополняются только водами из нерегулируемых притоков, превышение ПДК в верховьях р. Тверцы связано с поступлением загрязнений через притоки и с водосбора.

Кратность превышения ПДК ионов железа в пробах воды из Старотверецкого канала изменялась в диапазоне от 2,5 до 18; из Серебряного ручья – от 3,5 до 8; из реки Тверцы – от 3,5 до 5. Наибольшее превышение концентрации железа в Старотверецком канале было отмечено в пробах воды, взятых в заводи у шлюза, отделяющего канал от реки Тверцы, наименьшее – в начале Старотверецкого канала, у входа в реку Цну.

Резкое возрастание концентрации железа в пробах из заводи у шлюза (до 18 ПДК в осенний период) может быть связано с поступлением болотных вод из многочисленных протоков, водами Серебряного ручья, в котором превышение ПДК железа отмечалось на всей акватории, отсутствием проточности на данном участке канала большую часть года.

Стоит отметить, что значительное превышение ПДК общего железа является характерной чертой химического состава большинства водоемов Тверской области [3], [10]. Основным фактором подобных свойств являются природные особенности региона Верхней Волги. Так среднегодовые значения общего железа для Вышневолоцкого водохранилища достигали 4 ПДК [4]. Вследствие высокой степени заболоченности водосборов региона Верхней Волги, болотные воды играют значительную роль в питании водоемов и водотоков и определяют повышенные концентрации железа в водных объектах.

Подобная особенность региона обуславливает необходимость принятия мер по восстановлению и сохранению водно-болотных комплексов как источников питания основных водоемов и водотоков Тверской области.

Ионы тяжелых металлов за исключением железа в воде системы на всех исследуемых участках, обнаруживались на уровне чувствительности метода.

Концентрация растворенного кислорода на акватории всех исследуемых водотоков не опускалась ниже 6 мг.О₂/л, таким образом кислородный режим водоема в период открытой воды можно считать удовлетворительным для развития гидробионтов. Значение биологического потребления кислорода (БПК₅) для вод Старотверецкого канала составило 2,2 мг. О₂/л., для вод Серебряного ручья – 3 мг. О₂/л., для вод Тверцы – 2,1 мг. О₂/л.

Водородный показатель (pН) для всех водотоков изменялся от 6,7 до 7,6, что не превышало действующих нормативов. Однако снижение рН на отдельных участках Старотверецкого канала и участке реки Тверцы ниже шлюза может указывать на начало процесса дистрофикации, протекающего в водотоках.

При исследовании пробы воды, взятой в точке слияния Тверцы с Новотверецким каналом, превышения показателей ПДК по всем исследуемым компонентам выявлено не было. Это объясняется притоком чистых вод, которые приносит Новотверецкий канал непосредственно из Вышневолоцкого водохранилища.

На основании данных, полученных при исследовании проб, был рассчитан индекс загрязненности воды для Старотверецкого канала, Серебряного ручья и верховий реки Тверцы.

Индекс загрязненности воды для Старотверецкого канала составил 1,4; для Серебряного ручья – 1,8; для участка реки Тверцы, прилегающего к городу Вышнему Волочку, включая современный исток водотока – 1,2. Для всех исследуемых водотоков класс качества воды определяется как III – умеренно загрязненные воды.

Обобщая поученные данные, можно отметить увеличение концентрации биогенных элементов по направлению от Вышневолоцкого водохранилища к реке Тверце. Это приводит к проявлению и усилению процессов эвтрофикации на нижних участках Старотверецкого канала и его активному зарастанию.

Заключение

В результате рекогносцировочных исследований водотоков Вышневолоцкой водной системы, одного искусственного (Старотверецкий канал) и двух естественных (Серебряный ручей и река Тверца), были определены концентрации основных химических показателей, выявлено превышение ПДК фосфатами и железом. Определен класс качества воды для каждого водотока (III). Предполагается дальнейшее исследование акватории Старотверецкого канала как части Вышневолоцкого водно-болотного комплекса для оценки его экологического состояния и разработки мероприятий по восстановлению системы.

Благодарности Авторы выражают благодарность Николаеву В.И, д.б.н., старшему сотруднику национального парка «Валдайский» за помощь в организации работы.	Acknowledgement The authors express their gratitude to Nikolay V.I., Doctor of Biological Sciences, senior employee of the Valdai National Park for assistance in organizing the work.
Конфликт интересов Не указан.	Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Десятилетие Организации Объединенных Наций по восстановлению экосистем (2021–2030 годы): резолюция Генер. Ассамблеи 73/284 от 1 марта 2019 г. A/RES/73/284 [Электронный ресурс]. – URL: https://undocs.org/ru/A/RES/73/284 (дата обращения: 18.10.2021).
2. Быков Л.С. По Петровскому указу – канал на древнем волоке / Л.С. Быков. – М.: Транспорт, 1994. – 219 с.
3. Государственный доклад о состоянии и об охране окружающей среды в Тверской области в 2017 году. – Тверь: 2018. – 156 с.
4. Григорьева И.Л. Особенности формирования и характеристика химического состава водоемов Тверской области / И.Л. Григорьева, А.Б. Комисаров // Вопросы географии. Сборник 133 (Географо-гидрологические исследования). М.: изд. дом «Кодекс», 2012. – С. 431 – 445.
5. Истомина Э.Г. Вышневолоцкая водная система (История водной системы от начала функционирования магистрального водного пути) / Э.Г. Истомина // Вышневолоцкий историко-краеведческий альманах. – 2003. – № 1. – С. 30-40.
6. Мартынов В.Л. Историческая география путей сообщения Северо-Запада России: «Эпоха каналов» (XVIII – первая половина XIX вв.) / В.Л. Мартынов, И.Е. Сазанова // Псковский регионологический журнал. – 2017. –№ 3. – C. 119 – 137.
7. Николаев В.И. Признаки экологической деградации Вышневолоцкого водно-болотного комплекса и её причины (Тверская область) / В.И. Николаев, В.С. Колодей // Трешниковские чтения – 2021: Современная географическая картина мира и технологии географического образования: мат-лы. Всерос. науч. – практ. конф. с межд. участ. (8 апреля 2021, г. Ульяновск) / под. ред. И.Н. Тимошиной, Е.Ю. Анисимовой, Е.А. Артемьевой и др. – Ульяновск: ФГБОУ ВО «УлГПУ им. И.Н. Ульянова», 2021. – С. 142 –143.
8. Природа и хозяйство Калининской области. – Калинин: изд-во КГПИ, 1960. – 665 с.
9. Сибагатуллина А. М. Измерение загрязнённости речной воды (на примере малой реки Малая Кокшага) / А.М. Сибагатуллина,П. М. Мазуркин. – М.: Академия Естествознания, 2009. – 71 с.
10. Широкова В. А. Вышневолоцкая водная система: ретроспектива и современность. Гидролого-экологическая обстановка и ландшафтные изменения в районе водного пути. Экспедиционные исследования: состояние, итоги, перспективы/ В. А. Широкова, Н. Л. Фролова,В. А. Низовцев и др. – М.: Куна, 2011. – 248 с.

Список литературы на английском языке/ References on English

1. Desjatiletie Organizacii Objedinennyh Nacij po vosstanovleniju jekosistem (2021–2030 gody) [United Nations Decade for Ecosystem Restoration (2021-2030): resolution Gener. Assembly 73/284 of 1 March 2019 A/RES/73/284] [Electronic resource]. – URL: https://undocs.org/ru/A/RES/73/284 (accessed: 10.2021). [in Russian]
2. Bykov L.S. Po Petrovskomu ukazu – kanal na drevnem voloke [By Peter's decree - the canal on the ancient drag] / S. Bykov. – M.: Transport, 1994. – 219 p. [in Russian]
3. Gosudarstvennyj doklad o sostojanii i ob ohrane okruzhajushhej sredy v Tverskoj oblasti v 2017 godu [State report on the state and environmental protection in the Tver Region in 2017] – Tver': 2018. – 156 p. [in Russian]
4. Grigor'eva I.L. Osobennosti formirovanija i harakteristika himicheskogo sostava vodoemov Tverskoj oblasti [Features of formation and characteristics of the chemical composition of reservoirs of the Tver region] / I.L. Grigor'eva, B. Komisarov // Voprosy geografii. Sbornik 133 (Geografo-gidrologicheskie issledovanija) [Questions of geography. Collection 133 (Geographical and hydrological research)]. M.: Kodeks, 2012. P. 431-445. [in Russian]
5. Istomina Je.G. Vyshnevolockaja vodnaja sistema (Istorija vodnoj sistemy ot nachala funkcionirovanija magistral'nogo vodnogo puti) [Vyshnevolotskaya water system (The history of the water system from the beginning of the functioning of the main waterway)] / Je.G. Istomina // Vyshnevolockij istoriko-kraevedcheskij al'manah [Vyshnevolotsky historical and local history Almanac]. – 2003. – № 1. – P. 30-40. [in Russian]
6. Martynov V.L. Istoricheskaja geografija putej soobshhenija Severo-Zapada Rossii: «Jepoha kanalov» (XVIII – pervaja polovina XIX vv.) [Historical geography of communication routes of the North-West of Russia: "The Age of Canals" (XVIII - the first half of the XIX centuries)] / V.L. Martynov, I.E. Sazanova // Pskovskij regionologicheskij zhurnal журнал [Pskov Regionological Journal]. – 2017. –№ 3. – P. 119 – 137. [in Russian]
7. Nikolaev V.I. Priznaki jekologicheskoj degradacii Vyshnevolockogo vodno-bolotnogo kompleksa i ejo prichiny (Tverskaja oblast') [Signs of ecological degradation of the Vyshnevolotsky wetland complex and its causes (Tver region)] / V.I. Nikolaev, V.S. Kolodej // Treshnikovskie chtenija – 2021: Sovremennaja geograficheskaja kartina mira i tehnologii geograficheskogo obrazovanija: mat-ly. Vseros. nauch. – prakt. konf. s mezhd. uchast. (8 aprelja 2021, g. Ul'janovsk) [Treshnikov Readings - 2021: Modern geographical picture of the world and technologies of geographical education: materials. Vsros. nauch. - prakt. conf. with inter. plot. (April 8, 2021, Ulyanovsk)] / edited by N. Timoshinoj, E.Ju. Anisimovoj, E.A. Artem'evoj and others. – Ul'janovsk: FGBOU VO «UlGPU im. I.N. Ul'janova», 2021. – P. 142-143. [in Russian]
8. Priroda i hozjajstvo Kalininskoj oblasti [Nature and economy of the Kalinin region]. Kalinin: Publishing house KGPI, 1960. 665 p. [in Russian]
9. Sibagatullina A. M. Izmerenie zagrjaznjonnosti rechnoj vody (na primere maloj reki Malaja Kokshaga) [Measurement of river water pollution (using the example of the small river Malaya Kokshaga)] / A.M. Sibagatullina, P. M. Mazurkin. – M.: Akademija Estestvoznanija, 2009. – 71 p. [in Russian]
10. Shirokova V. A. Vyshnevolockaja vodnaja sistema: retrospektiva i sovremennost'. Gidrologo-jekologicheskaja obstanovka i landshaftnye izmenenija v rajone vodnogo puti. Jekspedicionnye issledovanija: sostojanie, itogi, perspektivy [The Vyshnevolotsk water system: a retrospective and modernity. Hydrological and ecological situation and landscape changes in the waterway area. Expedition research: status, results, prospects] / V. A. Shirokova, N. L. Frolova, V. A. Nizovcev and others —M.: Kuna, 2011, 248 p. [in Russian]