Оценка экологического состояния Охтинского водохранилища (г.Санкт-Петербург)

Среднее значение водородного показателя показано в таблице 11. Таблица 11Среднее значение водородного показателя воды в поверхностных придонных пробах воды в Охтинском водохранилище в период с 2006 по 2012 годы (Н – нейтральная, С – слабощелочная)[составлено автором]Место забора пробыВодородный показатель в точках забора воды123456Поверхность7,37,37,37,77,37,6КислотностьНННСНСДно7,17,46,87,77,17,1КислотностьНННСННТаким образом, на протяжении практически всего периода наблюдений вода в водохранилище имела нейтральную, либо слабощелочную среду, что по данным Дмитриева В.В. (таблица 9) характерно для олиготрофного, либо мезотрофного водоема.Величина концентрации кислорода в мг/дц3 показана на рисунках 9-10. В случае с Охтинским водохранилищем концентрация кислорода, равно как и водородный показатель широко варьируют. Так, она относительно стабильна в точке 1 при поверхностном заборе, но очень сильно отличается в остальных точках. В поверхностных водах наибольшая концентрация кислорода приходиться на точки 1 (2010, 2012 год), 2 (2010 год), 3 (2010 год), 4 (2009 год). Крайне низким показатель концентрации кислорода является в точках 2 (2012 год),4 (2008 года). В придонном слое водоема лишь в 2006 году отмечалось относительно высокое содержание кислороды, с повторением этих значений в 2009 году. В остальные годы значение данного параметра очень низкое, что говорит о значительной степени эвтрофикации водоема.Рис. 9. Концентрация кислорода (мг/дц3) в поверхностных пробах воды в Охтинском водохранилище в период с 2006 по 2012 годы [составлено автором]Рис. 10. Концентрация кислорода (мг/дц3) в донных пробах воды в Охтинском водохранилище в период с 2006 по 2012 годы [составлено автором]Показатели концентрации кислорода в придонном слое значительно ниже таковых на поверхности. Так, среднее значение концентрации кислорода в поверхностном слое воды в точке №1 составило 6,6 мг/дц3, когда как в придонном слое – 2,1 мг/дц3. Для точки №2 эти параметры были равны 5,7 и 2,4 мг/дц3 соответственно, для точки №3 – 6,4 и 2,0 мг/дц3, для точки №4 – 5,9 и 2,6 мг/дц3, для точки №5 – 4,7 и 6,7 мг/дц3, для точки №6 – 6,2 и 3,8 мг/дц3. Таким образом, в большинстве случаев концентрация кислорода в водоемах в придонном слое находится на крайне низком уровне, что говорит о значительном уровне эвтрофикации Охтинского водохранилища.Температура воды сильно влияет на продуктивность водоема. Значение температуры воды в Охтинском водохранилище показаны на рисунках 11-12. Рис. 11. Температура воды в поверхностных пробах воды в Охтинском водохранилище в период с 2006 по 2012 годы [составлено автором]Мы видим, что значительного изменения температуры воды не отмечается. Так, средняя температура в точке №1 на поверхности составила 21,70С, а на дне – 20,80С (разница – 0,90С). Схожая ситуация отмечалась и на других точках. Например разница между температурой поверхностного и придонного слоев воды в точке №2 составила 1,10С (21,90С и 20,80С соответственно).В точке №3 значения температуры колебались между 22,90С и 22,00С (разница – 0,90С), в точке №4 – 21,90С и 23,40С (1,50С), в точке №5 – 21,20С и 19,90С (1,30С), в точке №6 – 22,30С и 23,20С (0,9).Рис. 12. Температура воды в донных пробах воды в Охтинском водохранилище в период с 2006 по 2012 годы [составлено автором]Графическое отображение значений концентрации кислорода (%) показано на рис.13-14. Мы видим, что концентрация кислорода в поверхностных слоях водоема практически всегда превышает данный показатель в придонном слое. Исходя из сведений, указанных в таблице 9, Охтинское водохранилище относится к мезотрофных водоемам, если судить по поверхностному слою воды, и эвтрофным, если опираться на данные о придонном слое. Низкая концентрация кислорода, вероятно, связана с малым числом фотосинтезирующих растений на фоне высоких показателей развития альгофлоры водоема.Рис. 13. Концентрация кислорода (%) в поверхностных пробах воды в Охтинском водохранилище в период с 2006 по 2012 годы [составлено автором]Рис. 14. Концентрация кислорода (%) в донных пробах воды в Охтинском водохранилище в период с 2006 по 2012 годы [составлено автором]Так, средняя концентрация кислорода в точке №1 составила 76,6% в поверхностном и 23,9% в придонном слое (разница – 52,7%). В точке №2 эти значения составили 66,7 и 26,7% соответственно (разница – 40%), в точке №3 – 76,1 и 23,3% (52,8%), в точке №4 – 68,9 и 31,5% (37,4%), в точке №5 – 53,4 и 73,9% (20,5%), в точке №6 – 72,3 и 45,4% (26,9%) соответственно. Нами были определены также такие показатели как БПК5 (мг/ дц3), хлориды (мг/ дц3), нитриты (мг/ дц3), фосфаты (мг/ дц3). Полученные результаты показаны в таблице 12.Таблица 12Результаты гидрохимического анализа Охтинского водохранилища[составлено автором]№ точкиБПК5, мг/ дм3Хлориды, мг/ дм3Нитриты, мкг/ дм3Фосфаты, мкг/ дм31Поверхность5,9836,9265,174,62Дно5,3134,0854,189,182Поверхность5,0636,9261,174,62Дно6,3335,563,185,543Поверхность5,7439,7657,181,9Дно5,7436,9259,1111,024Поверхность6,0134,0861,192,82Дно5,3735,551,1140,145Поверхность4,636,9246,1111,02Дно6,2334,0848,1194,74Графически значение уровня биологического потребления кислорода показано на рис. 15. Показатель БПК5 отображает количество кислорода, которое расходуется в воде за 5 суток. В норме, согласно СанПиН 2.1.5.980-00 «Гигиенические требования к охране поверхностных вод» этот показатель не должен превышать 2 мг О2/ дм3 для водоемов питьевого и хозяйственно-бытового назначения, а также для водоемов, обеспечивающих водоснабжения пищевых предприятий и 6 О2/ дм3 для водоемов рекреационного водопользования и водоемов в черте населенных пунктов [2]. Мы видим, что в случае с Охтинским водохранилищем, вода не может быть использована для хозяйственно-бытовых нужд. Что касается рекреационных целей, то на многих точках наблюдается превышение показателя БПК5 остальных он находиться на пределе допустимых значений.Рис. 15. Среднее значение БПК5 по различным точка отбора проб [составлено автором]Соответствие трофического статуса водоема показателю БПК5 отображено в таблице 13. Исходя их сведений, представленных в таблице, Охтинское водохранилище является эвтрофным.Таблица 13Соответствие трофического статуса водоема и показателя биологического потребления кислорода за 5 суток [25]Трофность водоемаЗначение БПК5, мг/ лОлиготрофный0,5-1,0 (очень чистая вода)Мезотрофный1,1-1,9 (чистая вода) – 2,0-2,9 (умеренно загрязненная вода)Продолжение таблицы 13Эвтрофный3,0-3,9 (загрязненная вода) – 4,0-10,0 (грязная вода)ГиперэвтрофныйБолее 10 мг/ л (очень грязная вода)Если опираться на данные Крыловой А.В. (2000) которая классифицируют водоемы с уровнем БПК5 0,5-1,9 мг О2/ дм3 как обратимо измененные, 2,0-2,9 мг О2/ дм3 как переходный вариант, а 3,0 и выше мг О2/ дм3 – как водоемы с необратимой сукцессией, можно сделать вывод, что Охтинское водохранилище находится в последней, необратимой стадии изменения экосистемы, являясь грязным водоемом [25]. На рис. 16 отображена концентрация хлоридов (мг/дм3), отмеченная в Охтинском водохранилище за весь период наблюдений.Рис. 16. Концентрация хлоридов (мг/дм3), отмеченная в Охтинском водохранилище за период с 2006 по 2012 годы [составлено автором]Мы видим, что наибольшая концентрация хлоридов отмечена в поверхностном слое воды точки №3, наименьшая – в поверхностном слое воды точки №4. Среднее значение концентрации хлоридов в поверхностных водах составляет 36,9 мг/дм3, в придонном слое – 35,2 мг/дм3. согласно СанПиН 2.1.5.980-00 «Гигиенические требования к охране поверхностных вод» минерализация воды по хлоридам не должна превышать 350 мг/дм3, т.е. вода в Охтинском водохранилище является чистой в отношении хлоридов.На рис. 17 отображено содержание нитратов по точкам за весь период наблюдений. Рис. 17. Концентрация нитратов (мкг/дм3)в воде Охтинского водохранилище в период с 2006 по 2012 годы [составлено автором]Мы видим, что концентрация нитратов не привязана к глубине забора проб и может быть как выше, так и ниже в каждой отдельной точке. Что касается трофности водоема, то, водоемы с концентрацией нитратов от 0,05 до 0,2 мг/ л (5-200 мкг/дм3) являются олиготрофными с очень чистой водой. Для мезотрофных водоемов с чистой водой характерно значение концентрации нитратов от 0,2 до 1,0 мг/ л (200-1000 мкг/дм3), мезотрофных водоемов с умеренно-загрязненной водой – от 1,0 до 2,0 мг/ л (1000-2000 мкг/дм3), эвтрофных водоемов – от 2,0 до 2,5 мг/ л (2000-2500 мкг/дм3), гиперэвтрофных водоемов – от 2,5 до 4,0 мг/ л (2500-4000 мкг/дм3). В нашем случае Охтинское водохранилище можно считать олиготрофным.Результаты анализа воды на фосфаты представлены на рис. 18. Рис. 18. Показатели концентрации фосфатов в воде Охтинского водохранилище в период с 2006 по 2012 годы [составлено автором]В данном случае наблюдается значительное превышение уровня фосфатов в донных слоях водоема над поверхностными водами. Говоря о трофности водоема, следует отметить, что концентрация фосфатов на уровне 0,005-0,015 мг/л (5-15 мкг/дм3) соответствует очень чистой воде с олиготрофным статусом. Для вод с мезотрофным статусом значение концентрации фосфатов будет колебаться от 0,015-0,05 мг/л (15-50 мкг/дм3) до 0,05-0,2 мг/л (50-200 мкг/дм3). В первом случае вода считается чистой, во втором – умеренно загрязненной. Эвтрофицированные водоемы имеют показатель концентрации фосфатов на уровне от 0,2-0,3 мг/л (200-300 мкг/дм3) (загрязненная и грязная вода), а гиперэвтрофицированные – 0,3-0,6 мг/л (300-600 мкг/дм3) (очень грязная вода) [25]. В нашем случае вода в Охтинском водохранилище является умеренно-загрызенной в отношении фосфатов, относясь к мезотрофным водоемам. Как видно из указанных значений, каждый отдельных индекс или значение того или иного показателя различным образом интерпретирует трофность Охтинского водохранилища. Именно поэтому необходимо использовать интегральные системы оценки, из которых нами был выбраниндекса трофического состояния водоема (ITS).3.4. Оценка трофического статуса Охтинского водохранилищаОценка трофического статуса Охтинского водоема осуществлялась с расчетом индекса трофического состояния водоема (ITS). Полученные данные представлены в таблице14. Таблица 14Расчет индекса трофического состояния (ITS) для Охтинского водохранилища за период с 2006 до 2012 годы [составлено автором]№ точкиаITSКлассификация ITS2006 год16,9721,576,955921,8536,40,09710,14Эвтрофное27,2621,984,467133,4613,237,3421,971,845160,4527,347,5322,293,168678,5701,557,3121,253,362847,8390,167,012141,351710,0289,92007 год17,072170,664993,0499,60,12412,83Эвтрофное27,521,656,903237,6426,837,2921,638,661494,6281,82008 год17,2719,857,663324,4419,20,09010,77Эвтрофное27,2620,288,887898,8645,237,2420,191,698406,3663,847,2420,35,0425,436,52009 год17,7223,181,726678,4630,90,0818,23Эвтрофное28,2423,1108,6111795,8894,9Продолжение таблицы 1438,223,6103,2110653,2846,42010 год17,2426116,2813520,5841,80,0595,91Дистрофное27,0626115,0313232,8812,137,2928134,3618053,0979,52011 год17,542247,772282,1360,20,16015,99Эвтрофное27,3822,948,612363,2358,837,5522,743,971933,7332,02012 год16,9718,385,377288,7595,10,08711,79ЭвтрофноеГрафически результаты расчетов показаны на рис. 19.Рис. 19. Значение индекса трофического состояния (ITS) Охтинского водохранилища с 2006 по 2012 годы [составлено автором]Из полученных данных следует, что Охтинское водохранилище подвержено эвтрофикации и относиться к числу объектов сположительным продукционно-деструкционным балансом. Состояние водоема колеблется с наихудшими показателями в 2011 году и лучшими – в 2010 году. Ведущим механизмом эвтрофикации в случае с Охтинским водохранилищем является сброс в водоем азота антропогенного происхождения, а также рост уровня биологического потребления кислорода. Важную роль играет также зарегулированность водоема, что приводит к снижению объема речного стока и застаиванию воды. ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫВ настоящее время накоплен большой опыт в изучении и оценке трофного статуса водоемов.Важность данной работы неоспорима ввиду снижения запасов путевой воды, общего ухудшения экологической ситуации, тенденции водоемов, особенно тех, что располагаются в черте населенных пунктов к эвтрофикации. Анализируя полученные теоретические и практические данные, мы можем сделать следующие выводы:Причинами эвтрофирования Охтинского водохранилища является поступление в него значительного количества биогенных веществ, а именно фосфора. Наиболее крупными источниками эвтрофирования Охтинского водохранилища являются АО «НПП Краснознаменец», ЗАО «Экспериментальный завод», ООО «Пластполимер-Пром», ОАО «НИИ Химволокно».Основные гидрохимические показатели не позволяют выделить отчетливой тенденции в сторону улучшения, либо ухудшения ситуации с загрязненностью водоема в течение периода наблюдения. Часть показателей (таких как кислотность, температура воды), обладают относительно ровным значением с пиком в отдельные годы. Существенной, но нестабильной изменчивостью отличаются показатели концентрации кислорода, которые могут варьировать от очень низкого до высокого и серьезно отличаются в разных точках забора проб. Воды Охтинского водохранилища по таким показателям как концентрация кислорода, БПК5, концентрация фосфатов относятся к числу умеренно загрязненных и очень грязных. По показателю концентрации нитритов и хлоридов – чистыми. Исходя из интегральной оценки показателей трофности Охтинского водохранилища посредством индекса ITS, водоем является эвтрофным. Таким образом, мы можем считать, что цель и задачи работы достигнутыми.СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫЗаконы и подзаконные актыГОСТ 17.1.5.05-85 «Охрана природы )ССОП). Гидросфера. Общие требования к отбору проб поверхностных и морских вод, льда и атмосферных осадков». – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/1200008297 (10.05.2017).СанПиН 2.1.5.980-00 «Гигиенические требования к охране поверхностных вод». – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/1200006938 (10.05.2017).РД 52.24.419-2005 «Массовая концентрация растворенного кислорода в водах. Методика выполнения измерений иодометрическим методом». – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://files.stroyinf.ru/data2/1/4293837/4293837377.htm (10.05.2017). РД 52.24.353-2012 «Отбор проб поверхностных вод суши и очищенных сточных вод». – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/1200096368 (10.05.2017). Научная и учебная литератураАксенов В.И. Химия воды. Аналитическое обеспечение лабораторного практикума: Учебное пособие / В.И. Аксенов, Л.И. Ушакова, И. И. Ничкова. – Екатеринбург: издательство Уральского университета, 2014. — 140 с.Бульон В. В. Эвтрофирование и деэвтрофирование озер как реакция на изменение фосфорной нагрузки с водосборной площади// Теория и практика восстановления внутренних водоемов / Под ред. Румянцева В. А., Кондратьева С. А. – СПб: Лема, 2007.Гаев А.Я., Гацков В.Г., Штерн В.О., Карташкова Л.М. Геоэкология для строителей: Учебное пособие для студентов строительных и технических специальностей. – Оренбург: ГОУ ВПО ОГУ, 2004. – 313 с.Даценко Ю.С. Эвтрофирование водохранилищ. Гидролого-гидрохимические аспекты. – М.: ГЕОС, 2007. – 251 с. Дмитриев В.В. Диагностика и моделирование водных экосистем. – СПб.: СПбГУ, 1995. – 215 с.Дмитриев В. В. Экологическое нормирование и устойчивое развитие природных вод/ В.В. Дмитриев, Г.Т. Фрумин. – СПб.: Наука, 2004. – 291 с.Единый государственный реестр почвенных ресурсов России. Версия 1.0. Коллективная монография. – М.: Почвенный ин-т им. В.В. Докучаева Россельхоз- академии , 2014. – 768 с.Гогина Е.С. Удаление биогенных элементов из сточных вод: Монография / ГОУ ВПО Моск. гос. строит. ун-т. – М.: МГСУ, 2010. – 120 с. Зданович ВВ., Криксунов Е.А. Гидробиология и общая экология: словарь терминов. – М.: Дрофа, 2004. – 192 с. Зилов Е.А. Гидробиология и водная экология (организация, функционирование и загрязнение водных экосистем): Учеб. пособие/ Е.А. Зилов. – Иркутск : Изд-во Иркут. гос. ун-та, 2009. – 147 с. Качество поверхностных вод Российской Федерации. Ежегодник, 2015 год. – Ростов н/Дону: ФГБУ «Гидрохимический институт», 2016. – 551 с.Качество поверхностных вод Российской Федерации. Приложение к ежегоднику, 2015 год. – Ростов н/Дону: ФГБУ «Гидрохимический институт», 2016. – 150 с.Логинова, Е.В., Лопух П.С. Гидроэкология: Курс лекций/ Логинова Е.В., Лопух П.С. – Минск: БГУ, 2011. – 300 с. Многолетние данные о режиме и ресурсах поверхностных вод суши. Том 1. РСФСР. Выпуск 5. Бассейны рек Балтийского моря, Ладожского и Онежского озер. – Л.: Гидрометеоиздат, 1986. – 690 с.Науменко М.А. Эвтрофирование озер и водохранилищ: Учебное пособие. – СПб: Издательство РГГМУ, 2007. – 100 с. Основы экологического мониторинга: практ. пособие для бакалавров экологии / И. С. Белюченко, А.В. Смагин, Г.В. Волошина, В.Н. Гукалов, О.А. Мельник, Ю.Ю. Никифоренко, Е.В. Терещенко, Л.Н. Ткаченко, Н.Б. Садовникова, Д.А. Славгородская. – Краснодар: КубГАУ, 2012. – 252 с. Орлова Т.Н. Химия природных и промышленных вод: учеб. пособие/ Т.Н. Орлова, Д.А. Базлов, В.Ю. Орлов. – Ярославль: ЯрГУ, 2013. – 120 с. Петин А.Н. Анализ и оценка качества поверхностных вод: Учеб. пособие/ А.Н. Петин, М.Г. Лебедева, О.В. Крымская. – Белгород: Изд-во БелГУ, 2006. – 252 с. Раковская Э.М., Давыдова М.И. Физическая география России: Учебник для студентов пед. высш. учеб. заведений. В 2 частях. – М.: Гуманитарный издательский центр ВЛАДОС, 2001. – Ч. 1. – 288 с. Схема комплексного использования и охраны водных объектов бассейна реки Нева. В 6 книгах. Книга 1. Общая характеристика речного бассейна реки Нева. – СПб.: Министерство природных ресурсов и экологии Российской Федерации, 2010. – 189 с.Шабанов В.В., Маркин В.Н. Методика эколого-водохозяйственной оценки водных объектов. Монография. – М.: ФГБОУ ВПО РГАУ МСХА им. К.А. Тимирязева, 2014. – 162 с. Периодические изданияНеверова-Дзиопак Е.В., веткова Л.И., Макарова С.В., Киселев А.В. Об экологической безопасности водных объектов// Современные проблемы науки и образования, 2012. – №3. – С. 136. Терентьева И.А., Кашулин Н.А., Денисов Д.Б. Оценка трофического статуса субарктического озера Имандра// Вестник Мурманского государственного технологического университета, 2017. – №1-2. – С. 197-204. Трифонова И.С. Оценка трофического статуса водоемов по содержанию хлорофилла «а» в планктоне// Методические вопросы изучения первичной продукции планктона внутренних водоемов. – СПб.: Гидрометеоиздат, 1993. – С. 158–166. Урусова Е.С. Оценка загрязненности реки Охта в пределах Санкт-Петербурга на основе применения интегральных кривых// Общество. Среда. Развитие (Terra Humana), 2015. – №4 (37). – С. 171-175. Яценко-Степанова Т.Н., Немцева Н.В., Игнатенко М.Е. Основные подходы к определению трофности природных водоемов// БОНЦ УрО РАН, 2014. – №1. – С.9.Vollenveider R.A., Giovanardi F., Montanari G., Rinaldi A. Characterization of the trophic conditions of marine coastal waters with special reference to the NW Adriatic Sea: proposal for a trophic scale, turbidity and generalized water quality index// Environmetrics, 1998. – №9. - РР. 329–357.Электронные ресурсыГеологическая карта. Лист O-36-I (масштаб 1:200 00)0/ ВНИИ геологический институт им. А.П. Карпинского/ – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://geolkarta.ru/list_200.php?idlist=O-36-I (10.05.2017).Геологическая карта. Лист Р-36-XXXI (масштаб 1:200 000)/ ВНИИ геологический институт им. А.П. Карпинского. – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://geolkarta.ru/list_200.php?idlist=P-36-XXXI (10.05.2017).Ежемесячные климатические данные для станций СНГ. Северо-Евразийский климатический центр. – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://seakc.meteoinfo.ru/actuals/31-station-clim-monthly-cis/112-clim-monthly-cis (10.05.2017).Научно-прикладной справочник «Климат России». – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://aisori.meteo.ru/ClspR (10.05.2017).Река Охта/ Государственный водный реестр. – [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.textual.ru/gvr/index.php?card=153294&bo=1&rb=67&subb=88&hep=0&wot=21&name=%CE%F5%F2%E0&loc= (10.05.2017).ПРИЛОЖЕНИЕ АТаблица А1Результаты гидрохимического анализа Охтинского водохранилища за период с 2006 по 2012 годы№ точкиpHO2 мг/ дц3TO2, %21.07.20061Поверхность6,976,7621,576,95Дно7,054,292148,342Поверхность7,267,3621,984,46Дно7,254,32148,453Поверхность7,346,2621,971,84Дно7,294,172146,994Поверхность7,538,0922,293,16Дно7,352,822635,025Поверхность7,314,7221,253,36Дно7,126,7119,973,936Поверхность7,013,672141,35Дно17.07.20071Поверхность7,076,232170,66Дно6,553,419,837,632Поверхность7,54,9621,656,90Дно7,282,3720,126,403Поверхность7,293,3721,638,66Дно6,41,722019,1207.08.20081Поверхность7,275,2119,857,66Дно7,280,9720,110,812Поверхность7,267,9620,288,88Дно8,362,1620,124,063Поверхность7,248,2320,191,69Дно6,220,4420,34,924Поверхность7,240,4520,35,04Дно8,310,17211,9314.07.20091Поверхность7,726,9323,181,72Дно7,334,1122,848,184Поверхность8,249,2123,1108,61Продолжение таблицы А14Дно7,474,8723,257,576Поверхность8,28,6723,6103,21Дно7,123,8423,245,3916.07.20101Поверхность7,249,3526116,28Дно6,720,55216,212Поверхность7,069,2526115,03Дно6,710,66207,303Поверхность7,2910,428134,36Дно6,72,822635,0720.07.20111Поверхность7,544,122247,77Дно7,280,8422,59,842Поверхность7,384,1222,948,61Дно7,432,3422,727,513Поверхность7,553,7422,743,97Дно7,230,922,710,5813.07.20121Поверхность6,977,8918,385,37Дно7,150,5518,55,98