Оценка пространственно-временной динамики качества вод (Балтийский Федеральный Университет)
|
Проведен анализ реки Русской Калининградской области за 2023-2024 годы.
ВВЕДЕНИЕ 3
1.ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЯ 5
1.1.Бассейн реки Анграпы 5
1.1.1. Гидрологические особенности 6
1.1.2. Климат 7
1.1.3. Рельеф 8
1.1.4. Почвы, растительность, ландшафты 10
1.2.Бассейн реки Русской 14
2.ВИДЫ ХОЗЯЙСТВЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ КАК ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ИСТОЧНИКИ АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА Р. РУССКУЮ 17
2.1 Сельское хозяйство…………………………………17
2.1.1. Растениеводство 18
2.1.2Животноводство 22
2.2 Промышленность 25
2.3 Население………………………………………………………………….26
3.ДИНАМИКА ХИМИЧЕСКОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ И КАЧЕСТВА ВОД Р. РУССКОЙ 29
3.1.Система мониторинга 29
3.2.Динамика химических параметров 31
3.3. Динамика качества вод………45
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 48
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 50
ВВЕДЕНИЕ 3
1.ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЯ 5
1.1.Бассейн реки Анграпы 5
1.1.1. Гидрологические особенности 6
1.1.2. Климат 7
1.1.3. Рельеф 8
1.1.4. Почвы, растительность, ландшафты 10
1.2.Бассейн реки Русской 14
2.ВИДЫ ХОЗЯЙСТВЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ КАК ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ИСТОЧНИКИ АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА Р. РУССКУЮ 17
2.1 Сельское хозяйство…………………………………17
2.1.1. Растениеводство 18
2.1.2Животноводство 22
2.2 Промышленность 25
2.3 Население………………………………………………………………….26
3.ДИНАМИКА ХИМИЧЕСКОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ И КАЧЕСТВА ВОД Р. РУССКОЙ 29
3.1.Система мониторинга 29
3.2.Динамика химических параметров 31
3.3. Динамика качества вод………45
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 48
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 50
В Калининградской области в последние десятилетия наблюдается интенсивное развитие сельского хозяйства как приоритетного направления экономического развития. Увеличение объемов производства, использование удобрений и пестицидов, а также сброс отходов животноводства в водные объекты приводят к загрязнению, и в частности, к эвтрофикации водоемов. Это процесс, при котором избыточное количество питательных веществ, таких как азот и фосфор, вызывает бурный рост водорослей, что, в свою очередь, приводит к дефициту кислорода. Такие изменения в водных экосистемах имеют долгосрочные последствия, включая снижение биоразнообразия и ухудшение качества воды.
Особую значимость имеет изучение малоизученных рек, к которым относится р. Русская, входящая в состав трансграничного бассейна р. Анграпы. Исток р. Русской расположен в пределах крупного лесного массива, который имеет статус особо охраняемой природной территории – национальный парк «Виштинецкий». Это подчеркивает важность сохранения экологической целостности данной территории, так как любые изменения в верхнем течении реки могут иметь долгосрочные последствия для всей экосистемы бассейна. Лесные массивы играют ключевую роль в регулировании водного баланса, фильтрации загрязняющих веществ и поддержании биоразнообразия. Река Русская относится к водотокам первой категории рыбохозяйственного назначения, что указывает на ее высокую экологическую ценность. Это также подчеркивает ее уязвимость к внешним воздействиям, как природным, так и антропогенным и требует особого подхода к мониторингу и управлению качеством воды.
Цель выпускной квалификационной работы: оценка пространственно-временной динамики химических параметров и качества вод р. Русской в 2023-2024 гидрологическом году.
Для достижения цели решались следующие задачи:
1. Охарактеризовать природные условия бассейна р. Анграпы и её притока – р. Русской.
2. Описать виды хозяйственной деятельности в районе исследования и источники антропогенного воздействия на р. Русскую.
3. Выявить пространственную дифференциацию и временную динамику химического загрязнения вод р. Русской в разрезе сезонов 2023-2024 гидрологического года.
4. Определить основные источники загрязнения р. Русской
5. Оценить и ранжировать качество воды р. Русской
Объект исследования - река Русская, входящая в состав трансграничного бассейна р. Анграпы.
Предмет исследования - пространственно-временная динамика химических параметров и качества вод р. Русской.
Методы исследования: химические анализы проб воды на лаборатории химической экспертизы БФУ им. И. Канта, статистическая обработка данных на базе пакета Microsoft office, построение графического материала, картосхем на базе геоинформационной системы QGIS (Quantum GIS).
Личный вклад автора: участие в химических анализах проб воды по определению параметров её качества, составление графического материала, построение картосхем пространственно-временной динамики химического загрязнения р. Русской, интерпретация полученных результатов.
В качестве информационного обеспечения исследований, проведённых в рамках выпускной квалификационной работы, использованы результаты мониторинга загрязнения р. Русской, полученные под руководством аспиранта БФУ им. И. Канта по специальности геоэкология В.С. Таран.
Апробация результатов. Результаты исследования представлены и обсуждены в виде тезисов доклада «Оценка качества природных вод реки Русской в Калининградской области в период 2022-2024 гг.» на III Международной научно-практической конференции «Биологическое разнообразие природных и антропогенных ландшафтов: изучение и охрана» в ФГБОУ ВО «Астраханский государственный университет имени В.Н. Татищева» 25 апреля 2025 г. (секция «Антропогенные воздействия на ландшафты и их последствия»).
Структура работы. Выпускная квалификационная работа построена по традиционному плану и включает введение, три главы, заключение с выводами исследования, список использованной литературы и источников. Работа написана на 54 страницах, иллюстрирована и включает 3 таблицы и 41 рисунок.
Особую значимость имеет изучение малоизученных рек, к которым относится р. Русская, входящая в состав трансграничного бассейна р. Анграпы. Исток р. Русской расположен в пределах крупного лесного массива, который имеет статус особо охраняемой природной территории – национальный парк «Виштинецкий». Это подчеркивает важность сохранения экологической целостности данной территории, так как любые изменения в верхнем течении реки могут иметь долгосрочные последствия для всей экосистемы бассейна. Лесные массивы играют ключевую роль в регулировании водного баланса, фильтрации загрязняющих веществ и поддержании биоразнообразия. Река Русская относится к водотокам первой категории рыбохозяйственного назначения, что указывает на ее высокую экологическую ценность. Это также подчеркивает ее уязвимость к внешним воздействиям, как природным, так и антропогенным и требует особого подхода к мониторингу и управлению качеством воды.
Цель выпускной квалификационной работы: оценка пространственно-временной динамики химических параметров и качества вод р. Русской в 2023-2024 гидрологическом году.
Для достижения цели решались следующие задачи:
1. Охарактеризовать природные условия бассейна р. Анграпы и её притока – р. Русской.
2. Описать виды хозяйственной деятельности в районе исследования и источники антропогенного воздействия на р. Русскую.
3. Выявить пространственную дифференциацию и временную динамику химического загрязнения вод р. Русской в разрезе сезонов 2023-2024 гидрологического года.
4. Определить основные источники загрязнения р. Русской
5. Оценить и ранжировать качество воды р. Русской
Объект исследования - река Русская, входящая в состав трансграничного бассейна р. Анграпы.
Предмет исследования - пространственно-временная динамика химических параметров и качества вод р. Русской.
Методы исследования: химические анализы проб воды на лаборатории химической экспертизы БФУ им. И. Канта, статистическая обработка данных на базе пакета Microsoft office, построение графического материала, картосхем на базе геоинформационной системы QGIS (Quantum GIS).
Личный вклад автора: участие в химических анализах проб воды по определению параметров её качества, составление графического материала, построение картосхем пространственно-временной динамики химического загрязнения р. Русской, интерпретация полученных результатов.
В качестве информационного обеспечения исследований, проведённых в рамках выпускной квалификационной работы, использованы результаты мониторинга загрязнения р. Русской, полученные под руководством аспиранта БФУ им. И. Канта по специальности геоэкология В.С. Таран.
Апробация результатов. Результаты исследования представлены и обсуждены в виде тезисов доклада «Оценка качества природных вод реки Русской в Калининградской области в период 2022-2024 гг.» на III Международной научно-практической конференции «Биологическое разнообразие природных и антропогенных ландшафтов: изучение и охрана» в ФГБОУ ВО «Астраханский государственный университет имени В.Н. Татищева» 25 апреля 2025 г. (секция «Антропогенные воздействия на ландшафты и их последствия»).
Структура работы. Выпускная квалификационная работа построена по традиционному плану и включает введение, три главы, заключение с выводами исследования, список использованной литературы и источников. Работа написана на 54 страницах, иллюстрирована и включает 3 таблицы и 41 рисунок.
В процессе проведённого исследования р. Русской за период 2023-2024 гидрологического года получены следующие основные результаты.
Определён комплекс антропогенных и природных факторов, влияющих на химический состав и качество вод р. Русской. Антропогенные факторы: стоки загрязняющих веществ с сельскохозяйственных угодий, территорий населённых пунктов, индивидуальных домохозяйств, рекреационная деятельность. Природные факторы: сезонная водность реки, подземные воды с высоким содержания железа, имеющие гидравлическую связь с рекой, природные циклы водной и береговой растительности.
Выявлены химические параметры, превышающие ПДК, и вносящие наибольший вклад в загрязнение вод. За исследуемый период отмечены превышения ПДК по кислородным показателям (растворенный в воде О2, БПК и ХПК). Наивысшие превышения характерны для концентраций железа и нефтепродуктов. Также в водотоке зафиксированы высокие концентрации фосфатов, повышенные концентрации аммония, нитритов, а также сульфатов и хлоридов.
Определены процент превышений ПДК от общего количества измерений и годовые интервалы кратностей превышений ПДК химических параметров в водах р. Русской. Концентрации железа превышают ПДК в 100.00% измерений, годовые интервалы кратностей превышений ПДК составляют 2.57 – 12.16. Концентрации нефтепродуктов превышают ПДК в 86.66% измерений, годовые интервалы кратностей превышений ПДК составляют 3.60 – 22.80. Концентрации химического потребления кислорода (ХПК) превышают ПДК в 93.33% измерений, годовые интервалы кратностей превышений ПДК составляют 1.19 – 6.82. Концентрации биохимического потребления кислорода (БПК) превышают ПДК в 60.00% измерений, годовые интервалы кратностей превышений ПДК составляют 1.05 – 5.19. Концентрации растворённого кислорода превышают ПДК в 80.00% измерений, годовые интервалы кратностей превышений ПДК составляют 4.09 – 117.65. Концентрации фосфатов, которые превышают ПДК в 53.33% измерений, годовые интервалы кратностей превышений ПДК составляют 2.00 – 8.26. Концентрации хлоридов превышают ПДК в 20.00% измерений, годовые интервалы кратностей превышений ПДК составляют 2.43 – 12.34. Концентрации сульфатов превышают ПДК в 20.00% измерений, годовые интервалы кратностей превышений ПДК составляют 1.25 – 1.48.
В бассейне реки Русской осреднённый показатель ИЗВ по четырём пунктам мониторинга осенью 2023 г. равен 10.78, что соответствует классу качества воды «чрезвычайно грязная», зимой 2024 г. равен 2.58, что соответствует классу качества воды «загрязненная», весной 2024 г. равен 6.7, что соответствует классу качества воды «очень грязная», летом 2024 г. равен 3,12, что соответствует классу качества воды «загрязненная». Осенняя межень 2023 года способствовала повышению индекса загрязнения воды (ИЗВ) и ухудшению качества воды в этот период. Зимой 2024 года отмечен паводок, что привело к резкому снижению ИЗВ. Уменьшение стока весной и летом 2024 года первоначально привело к росту загрязнения, а впоследствии к его снижению.
Наиболее высокий индекс загрязнения воды (ИЗВ) и неудовлетворительное качество воды отмечены в пункте Р1 – верховья реки, что связано с накопительным эффектом загрязнений (превышение ПДК по железу, нефтепродуктам, фосфатам и другим веществам), низким значениям растворённого кислорода. Одна из определяющих причин – застойность вод, низкий водообмен в верховьях реки. В пункте Р2, расположенным на границе леса и сельскохозяйственных угодий, качество воды резко улучшается в связи увеличением водности и отсутствием площадных источников загрязнения. В пункте Р3, находящемся на границе сельскохозяйственных угодий и населённого пункта, качество воды вновь ухудшается из-за антропогенных стоков. В устьевой части реки, где расположен пункт Р4, отмечен наинизший показатель ИЗВ, что связано с положительным эффектом от увеличения водности.
Осреднённый по сезонам гидрологического 2023-2024 года и четырём пунктам мониторинга индекс загрязнения воды (ИЗВ) р. Русской равен 5,81, что соответствует классу качества воды VI – очень грязная. Этот показатель можно рассматривать как индикатор неудовлетворительной геоэкологической ситуации в бассейне р. Русской.
Определён комплекс антропогенных и природных факторов, влияющих на химический состав и качество вод р. Русской. Антропогенные факторы: стоки загрязняющих веществ с сельскохозяйственных угодий, территорий населённых пунктов, индивидуальных домохозяйств, рекреационная деятельность. Природные факторы: сезонная водность реки, подземные воды с высоким содержания железа, имеющие гидравлическую связь с рекой, природные циклы водной и береговой растительности.
Выявлены химические параметры, превышающие ПДК, и вносящие наибольший вклад в загрязнение вод. За исследуемый период отмечены превышения ПДК по кислородным показателям (растворенный в воде О2, БПК и ХПК). Наивысшие превышения характерны для концентраций железа и нефтепродуктов. Также в водотоке зафиксированы высокие концентрации фосфатов, повышенные концентрации аммония, нитритов, а также сульфатов и хлоридов.
Определены процент превышений ПДК от общего количества измерений и годовые интервалы кратностей превышений ПДК химических параметров в водах р. Русской. Концентрации железа превышают ПДК в 100.00% измерений, годовые интервалы кратностей превышений ПДК составляют 2.57 – 12.16. Концентрации нефтепродуктов превышают ПДК в 86.66% измерений, годовые интервалы кратностей превышений ПДК составляют 3.60 – 22.80. Концентрации химического потребления кислорода (ХПК) превышают ПДК в 93.33% измерений, годовые интервалы кратностей превышений ПДК составляют 1.19 – 6.82. Концентрации биохимического потребления кислорода (БПК) превышают ПДК в 60.00% измерений, годовые интервалы кратностей превышений ПДК составляют 1.05 – 5.19. Концентрации растворённого кислорода превышают ПДК в 80.00% измерений, годовые интервалы кратностей превышений ПДК составляют 4.09 – 117.65. Концентрации фосфатов, которые превышают ПДК в 53.33% измерений, годовые интервалы кратностей превышений ПДК составляют 2.00 – 8.26. Концентрации хлоридов превышают ПДК в 20.00% измерений, годовые интервалы кратностей превышений ПДК составляют 2.43 – 12.34. Концентрации сульфатов превышают ПДК в 20.00% измерений, годовые интервалы кратностей превышений ПДК составляют 1.25 – 1.48.
В бассейне реки Русской осреднённый показатель ИЗВ по четырём пунктам мониторинга осенью 2023 г. равен 10.78, что соответствует классу качества воды «чрезвычайно грязная», зимой 2024 г. равен 2.58, что соответствует классу качества воды «загрязненная», весной 2024 г. равен 6.7, что соответствует классу качества воды «очень грязная», летом 2024 г. равен 3,12, что соответствует классу качества воды «загрязненная». Осенняя межень 2023 года способствовала повышению индекса загрязнения воды (ИЗВ) и ухудшению качества воды в этот период. Зимой 2024 года отмечен паводок, что привело к резкому снижению ИЗВ. Уменьшение стока весной и летом 2024 года первоначально привело к росту загрязнения, а впоследствии к его снижению.
Наиболее высокий индекс загрязнения воды (ИЗВ) и неудовлетворительное качество воды отмечены в пункте Р1 – верховья реки, что связано с накопительным эффектом загрязнений (превышение ПДК по железу, нефтепродуктам, фосфатам и другим веществам), низким значениям растворённого кислорода. Одна из определяющих причин – застойность вод, низкий водообмен в верховьях реки. В пункте Р2, расположенным на границе леса и сельскохозяйственных угодий, качество воды резко улучшается в связи увеличением водности и отсутствием площадных источников загрязнения. В пункте Р3, находящемся на границе сельскохозяйственных угодий и населённого пункта, качество воды вновь ухудшается из-за антропогенных стоков. В устьевой части реки, где расположен пункт Р4, отмечен наинизший показатель ИЗВ, что связано с положительным эффектом от увеличения водности.
Осреднённый по сезонам гидрологического 2023-2024 года и четырём пунктам мониторинга индекс загрязнения воды (ИЗВ) р. Русской равен 5,81, что соответствует классу качества воды VI – очень грязная. Этот показатель можно рассматривать как индикатор неудовлетворительной геоэкологической ситуации в бассейне р. Русской.



