Помощь студентам в учебе
Оценка гидрохимического состояния воды и химического состояния донных отложений Красноярского водохранилища
|
Введение 3
1 Водохранилища и их влияние на состояние окружающей природной среды... 7
2 Общая характеристика глубоководного Красноярского водохранилища 14
2.1 Краткая история изучения водного объекта 14
2.2 Географическое положение и основные характеристики водохранилища 17
2.3 Гидрологический режим 22
2.4 Гидротермический режим 23
2.5 Гидрохимический режим 25
2.6 Гидробиологический режим 26
3 Основные источники загрязнения Красноярского водохранилища 32
4 Материалы и методика исследований водного объекта 36
4.1 Основные положения программы мониторинга Красноярского водохранилища. 36
4.2 Характеристика сети наблюдений и перечень контролируемых показателей.. 37
4.3 Методы и материалы исследований 40
5. Результаты исследований состояния воды и донных отложений
Красноярского водохранилища 45
5.1 Исследование гидрохимического состояния воды 45
5.2 Анализ химического состояния донных отложений водоема 60
6 Оценка качества поверхностных вод и донных отложений Красноярского
водохранилища 69
6.1 Оценка качества поверхностных вод 69
6.2 Качественный анализ донных отложений водного объекта 73
Выводы 76
Список сокращений 77
Список литературных источников 79
Приложения А-Д
1 Водохранилища и их влияние на состояние окружающей природной среды... 7
2 Общая характеристика глубоководного Красноярского водохранилища 14
2.1 Краткая история изучения водного объекта 14
2.2 Географическое положение и основные характеристики водохранилища 17
2.3 Гидрологический режим 22
2.4 Гидротермический режим 23
2.5 Гидрохимический режим 25
2.6 Гидробиологический режим 26
3 Основные источники загрязнения Красноярского водохранилища 32
4 Материалы и методика исследований водного объекта 36
4.1 Основные положения программы мониторинга Красноярского водохранилища. 36
4.2 Характеристика сети наблюдений и перечень контролируемых показателей.. 37
4.3 Методы и материалы исследований 40
5. Результаты исследований состояния воды и донных отложений
Красноярского водохранилища 45
5.1 Исследование гидрохимического состояния воды 45
5.2 Анализ химического состояния донных отложений водоема 60
6 Оценка качества поверхностных вод и донных отложений Красноярского
водохранилища 69
6.1 Оценка качества поверхностных вод 69
6.2 Качественный анализ донных отложений водного объекта 73
Выводы 76
Список сокращений 77
Список литературных источников 79
Приложения А-Д
Реки России являются основой для развития гидроэнергетики. При строительстве ГЭС одновременно создаются и водохранилища гидроэлектростанций, в которых аккумулируется значительные запасы пресной воды. Водохранилища ГЭС представляют собой искусственные водные объекты, комплексное использование которых позволяет решать многообразные социально-экономические и водохозяйственные задачи. Их основным назначением является выравнивание стока речных вод, его регулирование для обеспечения целесообразной работы гидроэлектростанций. Они также используются для орошения, обводнения земель, водоснабжения населенных пунктов и предприятий, улучшения судоходства, предотвращения наводнений, для рыбного хозяйства и рекреации.
Вместе с тем водохранилища вносят в природу и хозяйство территорий, на которых они созданы, ряд побочных нежелательных изменений, часто перерастающих в экологические проблемы. Как следствие активной хозяйственной деятельности в водохранилищах могут происходить изменения их абиотической и биотической составляющих. Известно, что водохранилища значительно меняют режим стока рек, уменьшают перемещение водных масс, замедляют процесс водообмена. В момент заполнения чаши водохранилища водой затапливаются огромные участки ценных сельскохозяйственных угодий, лесные массивы и другие площади, что, в свою очередь, прекращает их дальнейшее использование. При создании водохранилищ на месте затопления прилегающей территории почвы, остатки естественной растительности превращаются в органические питательные вещества, в результате чего создаются условия для активного развития синезеленых водорослей, постепенно изменяется гидрохимический состав воды. Периодические колебания уровня воды в водохранилищах вызывают размывы и обрушение берегов, что приводит к расширению площади, занимаемой данными водными объектами. Строительство ГЭС, как правило, влечет за собой промышленное развитие региона, что предполагает строительство новых заводов и городских агломераций, а это, как правило, ведет к загрязнению вод, аккумуляции загрязняющих веществ в водохранилищах.
В соответствии с Водным Кодексом Российской Федерации водохранилища ГЭС относятся к федеральной собственности, так как, являются государственным стратегическим запасом пресной воды России. Отсюда возникает необходимость в более полном изучении экологического состояния воды, как одного из важных компонентов общей экологической ситуации данных водных объектов. Исследования качества воды и донных отложений водохранилищ проводится в рамках системы режимных долгосрочных наблюдений (мониторинга), которая предусматривают контроль их состояния, оценку и прогноз изменений, происходящих под влиянием антропогенной деятельности.
Как показывает опыт мониторинговых наблюдений, в результате активной хозяйственной деятельности в водохранилищах могут происходить изменения, неизменно влекущие за собой процессы эвтрофирования, ацидофикации, загрязнения и ухудшения качества воды и донных отложений. В последние десятилетия накоплен обширный материал по изучению становления экологического режима водохранилищ, развитию и изменению их абиотической и биотической составляющих. Формирование качества воды и донных отложений в условиях водохранилищ представляет собой сложный процесс, зависящий от особенностей стока и взаимодействия большого числа факторов, изучение которого более чем актуально для разработки методов управления им, как в водной системе в целом, так и на отдельных ее участках.
Мониторинг водохранилищ направлен на получение объективной информации об изменениях, происходящих в водохранилищах, необходимой для своевременного определения и прогнозирования процессов загрязнения, ухудшающих качество воды, а так же разработки и реализации мер по предотвращению поступления загрязняющих веществ в водоемы для предотвращения полного истощения его вод. В зависимости от вида водного объекта и характера решаемых задач системы мониторинга строятся по- разному, однако, во всех случаях в эту систему включаются следующие обязательные блоки: мониторинг источников загрязнения, гидрологический мониторинг, гидрохимический мониторинг и гидробиологические наблюдения.
Цель - оценить гидрохимическое состояние воды и химическое состояние донных отложений глубоководного Красноярского водохранилища.
Задачи:
1. Рассмотреть особенности влияния водохранилищ на состояние окружающей природной среды;
2. Дать общую характеристику глубоководного Красноярского водохранилища, включая краткую историю изучения, основные характеристики и типы режимов;
3. Провести анализ гидрохимического состояния вод и донных отложений исследуемого водного объекта на основе показателей, полученных в рамках мониторинга;
4. Осуществить оценку качества поверхностных вод и донных отложений Красноярского водохранилища.
Объектом исследований является уникальный водоем Сибири - Красноярское водохранилище.
Предмет исследования - гидрохимические показатели воды и донных отложений как индикаторов экологического состояния водохранилища.
Методы исследования: теоретический, статистический,аналитический. В процессе работы автором были выполнены натурные обследования, отбор проб для определения содержания загрязняющих веществ в воде и донных отложениях водохранилища, математическая обработка полученного материала с помощью автоматизированной информационной системы государственного мониторинга водных объектов Российской Федерации «АИС ГМВО», графическое оформление данных, количественный и качественный анализ гидрохимических показателей воды и донных отложений водохранилища, и оценка степени загрязненности водного объекта.
Актуальность исследования. Водохранилища являются водными объектами, которые находятся под многофакторным антропогенным воздействием, влияющим на их гидрологический, гидрохимический и гидробиологический режимы. Красноярское водохранилище представляет собой крупнейшим водоемом Сибири и имеет важное экологическое и хозяйственное значение для региона. Это уникальный водный объект, который по сочетанию физических, химических и биологических характеристик, не имеет аналогов. Водохранилище включает несколько участков, находящихся в разных ландшафтных зонах и имеющих антропогенную нагрузку разного уровня, в связи с этим особое значение при существующем режиме эксплуатации водных ресурсов водоема приобретает разработка вопросов его оптимального использования в целях интересов рыбного хозяйства и сохранения высокого качества воды как источника питьевого водоснабжения. Недостаточная изученность гидрохимического состояния поверхностных вод и донных отложений водохранилища определяют актуальность проведения мониторинговых исследований и необходимость отслеживания негативных процессов, происходящих в водном объекте, с целью предотвращения полного истощения его вод.
Научная новизна и теоретическая значимость данной исследовательской работы заключается в получении и обработке автором материалов, которые позволяют дать объективную оценку антропогенного влияния на важный водный объект Красноярского края, в том числе на его экологическое состояние. Результаты и выводы исследовательской работы расширяют знания о современном состоянии экосистемы Красноярского водохранилища.
Практическая значимость исследования определяется возможностью применения полученных результатов для оценки рисков возникновения загрязнения водной среды и донных отложений в условиях возрастающего антропогенного воздействия и нарушения экологического равновесия в водохранилищах. Данные по загрязнению воды и донных отложений могут служить в качестве рекомендаций водопользователям при проведении комплекса мероприятий, направленных на снижение экологической нагрузки (в виде загрязнения) на водные объекты Красноярского края и для выявления критических моментов с целью корректировки методики расчета вреда с учетом региональных особенностей.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на XX Международной научной школе-конференции студентов и молодых ученых «Экология Южной Сибири и сопредельных территорий» (г. Абакан, 2016 г.), Х Международной научно-практической конференции молодых ученых «Устойчивое развитие: Региональные аспекты» (г. Брест, 2018 г.), Х!У Международной научно-практической конференции «Eurasiascience» (г. Москва, 2018 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 работы.
Исходные материалы и личный вклад автора. Исходные материалы получены в результате экспедиционных съемок на Красноярском водохранилище в рамках Программы мониторинга на базе Енисейское БВУ и ФГУ «Енисейрегионводхоз» (система Росводресурсов) в период 2013-2017 гг. Работа выполнена на кафедре географии Института экологии и географии Сибирского федерального университета. Автор принимал непосредственное участие в отборе проб воды и данных отложений водохранилища, самостоятельно осуществил обработку и анализ большого объема исходных данных, и формирование базы данных по гидрохимическим показателям водного объекта с использованием современных методов обработки.
Вместе с тем водохранилища вносят в природу и хозяйство территорий, на которых они созданы, ряд побочных нежелательных изменений, часто перерастающих в экологические проблемы. Как следствие активной хозяйственной деятельности в водохранилищах могут происходить изменения их абиотической и биотической составляющих. Известно, что водохранилища значительно меняют режим стока рек, уменьшают перемещение водных масс, замедляют процесс водообмена. В момент заполнения чаши водохранилища водой затапливаются огромные участки ценных сельскохозяйственных угодий, лесные массивы и другие площади, что, в свою очередь, прекращает их дальнейшее использование. При создании водохранилищ на месте затопления прилегающей территории почвы, остатки естественной растительности превращаются в органические питательные вещества, в результате чего создаются условия для активного развития синезеленых водорослей, постепенно изменяется гидрохимический состав воды. Периодические колебания уровня воды в водохранилищах вызывают размывы и обрушение берегов, что приводит к расширению площади, занимаемой данными водными объектами. Строительство ГЭС, как правило, влечет за собой промышленное развитие региона, что предполагает строительство новых заводов и городских агломераций, а это, как правило, ведет к загрязнению вод, аккумуляции загрязняющих веществ в водохранилищах.
В соответствии с Водным Кодексом Российской Федерации водохранилища ГЭС относятся к федеральной собственности, так как, являются государственным стратегическим запасом пресной воды России. Отсюда возникает необходимость в более полном изучении экологического состояния воды, как одного из важных компонентов общей экологической ситуации данных водных объектов. Исследования качества воды и донных отложений водохранилищ проводится в рамках системы режимных долгосрочных наблюдений (мониторинга), которая предусматривают контроль их состояния, оценку и прогноз изменений, происходящих под влиянием антропогенной деятельности.
Как показывает опыт мониторинговых наблюдений, в результате активной хозяйственной деятельности в водохранилищах могут происходить изменения, неизменно влекущие за собой процессы эвтрофирования, ацидофикации, загрязнения и ухудшения качества воды и донных отложений. В последние десятилетия накоплен обширный материал по изучению становления экологического режима водохранилищ, развитию и изменению их абиотической и биотической составляющих. Формирование качества воды и донных отложений в условиях водохранилищ представляет собой сложный процесс, зависящий от особенностей стока и взаимодействия большого числа факторов, изучение которого более чем актуально для разработки методов управления им, как в водной системе в целом, так и на отдельных ее участках.
Мониторинг водохранилищ направлен на получение объективной информации об изменениях, происходящих в водохранилищах, необходимой для своевременного определения и прогнозирования процессов загрязнения, ухудшающих качество воды, а так же разработки и реализации мер по предотвращению поступления загрязняющих веществ в водоемы для предотвращения полного истощения его вод. В зависимости от вида водного объекта и характера решаемых задач системы мониторинга строятся по- разному, однако, во всех случаях в эту систему включаются следующие обязательные блоки: мониторинг источников загрязнения, гидрологический мониторинг, гидрохимический мониторинг и гидробиологические наблюдения.
Цель - оценить гидрохимическое состояние воды и химическое состояние донных отложений глубоководного Красноярского водохранилища.
Задачи:
1. Рассмотреть особенности влияния водохранилищ на состояние окружающей природной среды;
2. Дать общую характеристику глубоководного Красноярского водохранилища, включая краткую историю изучения, основные характеристики и типы режимов;
3. Провести анализ гидрохимического состояния вод и донных отложений исследуемого водного объекта на основе показателей, полученных в рамках мониторинга;
4. Осуществить оценку качества поверхностных вод и донных отложений Красноярского водохранилища.
Объектом исследований является уникальный водоем Сибири - Красноярское водохранилище.
Предмет исследования - гидрохимические показатели воды и донных отложений как индикаторов экологического состояния водохранилища.
Методы исследования: теоретический, статистический,аналитический. В процессе работы автором были выполнены натурные обследования, отбор проб для определения содержания загрязняющих веществ в воде и донных отложениях водохранилища, математическая обработка полученного материала с помощью автоматизированной информационной системы государственного мониторинга водных объектов Российской Федерации «АИС ГМВО», графическое оформление данных, количественный и качественный анализ гидрохимических показателей воды и донных отложений водохранилища, и оценка степени загрязненности водного объекта.
Актуальность исследования. Водохранилища являются водными объектами, которые находятся под многофакторным антропогенным воздействием, влияющим на их гидрологический, гидрохимический и гидробиологический режимы. Красноярское водохранилище представляет собой крупнейшим водоемом Сибири и имеет важное экологическое и хозяйственное значение для региона. Это уникальный водный объект, который по сочетанию физических, химических и биологических характеристик, не имеет аналогов. Водохранилище включает несколько участков, находящихся в разных ландшафтных зонах и имеющих антропогенную нагрузку разного уровня, в связи с этим особое значение при существующем режиме эксплуатации водных ресурсов водоема приобретает разработка вопросов его оптимального использования в целях интересов рыбного хозяйства и сохранения высокого качества воды как источника питьевого водоснабжения. Недостаточная изученность гидрохимического состояния поверхностных вод и донных отложений водохранилища определяют актуальность проведения мониторинговых исследований и необходимость отслеживания негативных процессов, происходящих в водном объекте, с целью предотвращения полного истощения его вод.
Научная новизна и теоретическая значимость данной исследовательской работы заключается в получении и обработке автором материалов, которые позволяют дать объективную оценку антропогенного влияния на важный водный объект Красноярского края, в том числе на его экологическое состояние. Результаты и выводы исследовательской работы расширяют знания о современном состоянии экосистемы Красноярского водохранилища.
Практическая значимость исследования определяется возможностью применения полученных результатов для оценки рисков возникновения загрязнения водной среды и донных отложений в условиях возрастающего антропогенного воздействия и нарушения экологического равновесия в водохранилищах. Данные по загрязнению воды и донных отложений могут служить в качестве рекомендаций водопользователям при проведении комплекса мероприятий, направленных на снижение экологической нагрузки (в виде загрязнения) на водные объекты Красноярского края и для выявления критических моментов с целью корректировки методики расчета вреда с учетом региональных особенностей.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на XX Международной научной школе-конференции студентов и молодых ученых «Экология Южной Сибири и сопредельных территорий» (г. Абакан, 2016 г.), Х Международной научно-практической конференции молодых ученых «Устойчивое развитие: Региональные аспекты» (г. Брест, 2018 г.), Х!У Международной научно-практической конференции «Eurasiascience» (г. Москва, 2018 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 работы.
Исходные материалы и личный вклад автора. Исходные материалы получены в результате экспедиционных съемок на Красноярском водохранилище в рамках Программы мониторинга на базе Енисейское БВУ и ФГУ «Енисейрегионводхоз» (система Росводресурсов) в период 2013-2017 гг. Работа выполнена на кафедре географии Института экологии и географии Сибирского федерального университета. Автор принимал непосредственное участие в отборе проб воды и данных отложений водохранилища, самостоятельно осуществил обработку и анализ большого объема исходных данных, и формирование базы данных по гидрохимическим показателям водного объекта с использованием современных методов обработки.
1. На основе данных исследований поверхностных вод Красноярского водохранилища в период 2013-2017 гг. установлено, что основными загрязняющими веществами воды Красноярского водохранилища, по которым выявлено превышение ПДКрх, являются тяжелые металлы: железо, медь, марганец, цинк.
2. Согласно показателям УКИЗВ качество воды водохранилища по гидрохимическим показателям оценивается в пределах от 1 класса - вода «условно чистая» до 3 класса, разряд «б» - вода «очень загрязненная». Наибольшее влияние на степень загрязненности поверхностных вод оказывают очистные сооружения поселков Краснотуранск и Новоселове, сбрасывающие недостаточно очищенные сточные воды непосредственно в водохранилище.
3. Оценка степени загрязнения донных отложений и их воздействия на экологическое состояние водных объектов представляет определенные методологические трудности, связанные с отсутствием ПДК для донных отложений. Загрязнение донных отложений Красноярского водохранилища не является критичным. Согласно Региональному нормативу загрязнение донных отложений в исследуемом водном объекте соответствует классам «чистые» - «слабо загрязненные».
4. В характере пространственно-временной динамики концентраций загрязняющих веществ в донных отложениях Красноярского водохранилища выявлена общая тенденция: увеличение содержания загрязнителей по оси водоема от устья р. Биджи к предплотинному участку. Основными загрязняющими веществами донных отложений являются тяжелые металлы: ртуть, цинк, марганец, железо, содержание которых в донных отложениях обусловлено, как их повышенным региональным фоном, так и антропогенным влиянием сточных вод очистных сооружений п. Краснотуранск и п. Новоселово.
2. Согласно показателям УКИЗВ качество воды водохранилища по гидрохимическим показателям оценивается в пределах от 1 класса - вода «условно чистая» до 3 класса, разряд «б» - вода «очень загрязненная». Наибольшее влияние на степень загрязненности поверхностных вод оказывают очистные сооружения поселков Краснотуранск и Новоселове, сбрасывающие недостаточно очищенные сточные воды непосредственно в водохранилище.
3. Оценка степени загрязнения донных отложений и их воздействия на экологическое состояние водных объектов представляет определенные методологические трудности, связанные с отсутствием ПДК для донных отложений. Загрязнение донных отложений Красноярского водохранилища не является критичным. Согласно Региональному нормативу загрязнение донных отложений в исследуемом водном объекте соответствует классам «чистые» - «слабо загрязненные».
4. В характере пространственно-временной динамики концентраций загрязняющих веществ в донных отложениях Красноярского водохранилища выявлена общая тенденция: увеличение содержания загрязнителей по оси водоема от устья р. Биджи к предплотинному участку. Основными загрязняющими веществами донных отложений являются тяжелые металлы: ртуть, цинк, марганец, железо, содержание которых в донных отложениях обусловлено, как их повышенным региональным фоном, так и антропогенным влиянием сточных вод очистных сооружений п. Краснотуранск и п. Новоселово.