авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Геоэкологическая оценка загрязнения территории новосибирска и его малых рек

На правах рукописи

Сидорова Мария Юрьевна ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЗАГРЯЗНЕНИЯ ТЕРРИТОРИИ НОВОСИБИРСКА И ЕГО МАЛЫХ РЕК Специальность 25.00.36. Геоэкология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Барнаул 2012

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учрежде нии науки Институт водных и экологических проблем Сибирского отделения Российской академии наук и в Новосибирском городском комитете охраны ок ружающей среды и природных ресурсов.

Научный консультант: доктор биологических наук, Сысо Александр Иванович

Официальные оппоненты: Савкин Валерий Михайлович, доктор географических наук, доцент, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт водных и экологических проблем Сибирского отделения Российской академии наук, г.н.с.

Страховенко Вера Дмитриевна, доктор геолого-минералогических наук, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геологии и минералогии Сибирского отделения Российской академии наук, с.н.с.

Ведущая организация: Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Защита диссертации состоится «22» июня 2012 года в 16-00 часов на заседании диссертационного совета Д 003.008.01 при Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институт водных и экологических проблем Си бирского отделения Российской академии наук (ИВЭП СО РАН) по адресу:

656038, г. Барнаул, ул. Молодежная, 1. Факс: (3852) 240396.

E-mail: rotanova@iwep.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИВЭП СО РАН.

Автореферат разослан «_ » мая 2012 года.

Ученый секретарь диссертационного совета к.г.н., доцент Ротанова Ирина Николаевна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Проблема загрязнения урбанизированных террито рий актуальна во всем мире и наиболее остро стоит в крупных промышленных городах и агломерациях, где в результате сильного техногенного загрязнения природной среды формируются урбогеохимические аномалии с высоким нако плением в экосистемах органических и неорганических поллютантов. Города служат мощными источниками эмиссии загрязняющих веществ на геохимиче ски сопряженные с ними территории и могут влиять на региональную и даже глобальную экологическую ситуацию (Башкин, 2005).

Поллютанты, перечень которых постоянно расширяется, разносторонне негативно воздействуют на компоненты городских и сопряженных с ними при родных экосистем. Источники и характер загрязнения окружающей среды го родов разнообразны и зависят от специфики промышленного производства, природных условий и т.д. Поэтому научный и практический интерес к изуче нию факторов, процессов и последствий загрязнения компонентов городских экосистем не ослабевает.

Новосибирск – крупнейший экономико-промышленный и транспортный центр Западной Сибири с населением более 1,5 млн. человек. Высокая концен трация в нем населения и промышленности, большое теплоэнергетическое и водохозяйственное потребление, сложные системы коммуникаций и комму нальных хозяйств, многочисленный автотранспорт ведут к образованию городе огромных объемов газообразных, жидких и твердых загрязнителей окружаю щей среды. Следствием этого стало загрязнение атмосферы, вод и донных от ложений, почв и растительной продукции в Новосибирске на прилегающих к нему территориях.

Для решения проблемы загрязнения окружающей среды г. Новосибирска, актуально исследование еще недостаточно изученных факторов формирования её качества, компонентов городских экосистем и их взаимосвязи, эколого геохимической обстановки в городе, причин, вызывающих её изменение. Важ но сопряженное исследование влияния загрязнения городских территорий на малые реки. Реки превратились в коллекторы сброса загрязненных городских вод, вследствие чего утратили свои рыбохозяйственные, водоснабженческие и рекреационные функции и оказывают негативное влияние на качество вод крупнейшей водной артерии региона – реки Обь.

Цель исследования. Оценить загрязнение территории Новосибирска, вод и донных отложений его малых рек, определить влияние вод малых рек и стока вод с территории города на гидрохимический сток реки Обь.

Задачи исследования:

1. Определить и оценить основные источники загрязнения окружающей среды Новосибирска;

2. Изучить по снеговому покрову специфику атмосферного загрязнения территории города;

3. Выявить связи между загрязнением снегового и почвенного покрова;

4. Исследовать закономерности изменения загрязнения вод и донных от ложений малых рек, дренирующих город;

5. Определить влияние малых рек и города в целом на гидрохимический сток реки Обь.

Научная новизна работы. Оценено загрязнение снегового покрова, вод и донных отложений малых рек города Новосибирска, выполнен анализ про странственного изменения содержания в них поллютантов, вклада стока вод малых рек и города в целом в гидрохимический сток Оби. Выявлено, что в об щей массе гидрохимического стока малых рек Новосибирска абсолютно преоб ладают взвешенные вещества, а ионы фтора, хлора, цинка и хрома, нефтепро дукты и фенолы, отражающие воздействие города на гидрохимический сток рек. Установлено, что на количество тяжелых металлов в донных отложениях малых рек влияют загрязнение ими снегового и почвенного покрова водосбо ров, а также гранулометрический состав донных отложений. Показано, что в глинистых частицах донных отложений малых рек концентрация тяжелых ме таллов многократно выше, чем в этих отложениях в целом и близка к их коли честву в аналогичных частицах почв и твердой фракции снега.



Практическая значимость работы. Результаты исследования могут служить научной основой практических рекомендаций для составления планов и программ охраны окружающей среды города и регулирования её качества, использоваться в учебном процессе при подготовке специалистов по направле ниям: геоэкология, охрана окружающей среды и рациональное природопользо вание. Они используются в Новосибирской государственной академии водного транспорта при чтении курсов лекций «Экологическое право», «Нормативные акты водохозяйственной деятельности».

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Поллютанты в снеге и почвах, водах и донных отложениях малых рек в пределах Новосибирска однородны по составу и количественным характери стикам, увеличение загрязнения по территории происходит в направлении к центральной части города и к реке Обь.

2. В пределах Новосибирска доля стока вод с его территории в реку Обь незначителен. Вклад в загрязнение вод Оби гидрохимического стока в преде лах Новосибирска значительно превышает долю водного стока.

Апробация работы. Основные положения диссертации были представ лены на: XI Международной экологической студенческой конференции «Эко логия России и сопредельных территорий. Экологический катализ» (Новоси бирск, 2006);

Межвузовской студенческой научной конференции «Интеллекту альный потенциал Сибири» (Новосибирск, 2007);

VII семинаре«Проблемы эко логического образования и воспитания» (Новосибирск, 2008);

V Международ ной научно-производственной конференции «Решение проблем экологической безопасности в водной отрасли» (Новосибирск, 2009).

По теме диссертации опубликовано 36 работ общим объемом 162 п.л., в том числе трех журналах из перечня, рекомендуемого ВАК РФ.

Фактический материал и личный вклад автора Работа основана на материалах, полученных лично автором, а также совместно с сотрудниками Новосибирского городского комитета охраны окружающей среды и природных ресурсов, Института почвоведения и агрохимии СО РАН при проведении эко логических исследований на территории г. Новосибирска в 2003-2008 годах.

Основной фактический материал получен в рамках реализации стратегического плана устойчивого развития города, природоохранной работы, предусмотрен ной «Программой по улучшению экологического состояния г. Новосибирска на 2006 – 2010 годы».

Структура и объем. Диссертация включает два тома. I том – текст диссер тации, изложенный на 116 страницах, состоит из введения, 5 глав, заключения и списка литературы, включающего 135 наименований. Во II томе представле ны приложения на 41 странице. Работа содержит 20 таблиц и 30 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность работы, её цель и задачи исследо ваний, показана научная и практическая значимость.

Глава 1. Экологические проблемы крупных городов В главе рассмотрены основные экологические проблемы крупных горо дов. Они вызваны чрезмерной концентрацией в городах населения, транспорта и промышленных предприятий, загрязняющих компоненты окружающей среды – атмосферу, гидросферу, педосферу и литосферу. Вследствие этого в городах ухудшается качество жизни его населения, животных и растений.

Первой по значимости общей проблемой крупных промышленных горо дов является загрязнение атмосферы. В Новосибирске она в основном создана местными стационарными и мобильными источниками эмиссии поллютантов.

Второй выступает водно-экологическая проблема, вызванная потребно стью в водных ресурсах, с одной стороны, и загрязнением вод, с другой.

Третья проблема - загрязнение почв городов, несущая опасность для здо ровья населения, животных и растений, загрязнения воздуха и вод.

Четвертой проблемой можно назвать ухудшение здоровья городского на селения, связанное с качеством окружающей среды. Хотя в настоящее время здоровье населения Новосибирска несколько улучшилось, благодаря сокраще нию промышленных выбросов в атмосферу, но в недалеком прошлом город за грязнялся многими тяжелыми металлами, в том числе Au, Sn, Sb, Bi, о чем сви детельствуют данные исследований Т.Н. Игнатовой (2010).





Глава 2. Объекты и методы исследования Основными объектами исследования служили – снеговой покров, воды и донные отложения рек города Новосибирска. Было исследовано 490 проб снега, 256 - вод и 42 - донных отложений. Дополнительно анализировались данные статистических отчетов о состоянии атмосферного воздуха, охране окружаю щей среды в Новосибирской области, санитарно-эпидемиологической обста новке, сведения о промышленно-хозяйственных стоках и загрязнении вод реки Обь, твердых промышленных и хозяйственных отходах, городских почвах.

Воды и донные отложения рек служили индикаторами выноса поллютан тов с загрязняемых территорий водосборов. Пробы вод брались ежеквартально с 2005 по 2008 год, а донных отложений - разово в 2007 году. Отбор проб прово дили в истоках и устьях рек, в соответствие РД 52.24.609-99 и Р 52.24.353-94.

Снег и речные воды анализировались в аккредитованной лаборатории Новосибирской городской специализированной инспекции аналитического контроля городского комитета охраны окружающей среды и природных ресур сов. В пробах определялись: потенциометрическим методом - реакция среды;

гравиметрическим методом - масса взвешенных веществ, сульфатов и сухого остатка солей;

флуориметрическим методом - концентрация нефтепродуктов и 3,4 бенз(а)пирена;

атомно-эмиссионным и атомно-абсорбционным методами содержание элементов (Al, Аs, Вi, Са, Сu, Сd, Сr, Нg, Fе, Мg, Мn, Ni, РЬ, Sn, Zn), титрометрическим методом содержание ионов CO32-, HCO3-, Cl-.

В аккредитованной испытательной лаборатории Института почвоведения и агрохимии СО РАН определялись: методом Качинского - гранулометриче ский состав донных отложений;

атомно-абсорбционным методом - содержание Fe, Mn, Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, Cd, Hg в донных отложениях и фракции 0,01 мм.

Методика оценки загрязнения окружающей среды Новосибирска включала формирование баз данных, характеризующих компоненты окружающей среды (гидросфера, атмосфера и т.д.), а так же - социально гигиенического мониторинга здоровья населения города. Учитывались изменения объема и состава выбросов промышленных предприятий, автотранспорта, данные многолетних наблюдений служб мониторинга окружающей среды о характере загрязнения атмосферного воздуха в районах размещения объектов наблюдения.

Результаты анализов загрязнения снега и вод статистически обрабатывались с использованием методов универсальных пакетов Excel, Statis tica Глава 3. Природно-экологическая характеристика Новосибирска и ком понентов его среды Новосибирск расположен на берегах реки Обь и делится ею на две части, относящиеся к разным геоморфологическим структурам. В левобережье город, поднимаясь по террасам долины Оби, выходит на Приобское плато, а в право бережье – на Колывань-Томскую возвышенность. Левобережье имеет слабо расчлененный плоский рельеф, правобережье – хорошо расчлененный с множе ством балок и долин малых рек и ручьев.

По природно-климатическим условиям Новосибирск, относится к лесо степной зоне Западной Сибири, для которой характерен резко континентальный климат с продолжительной холодной зимой и коротким жарким летом.

Неблагоприятные метеорологические условия (НМУ) наблюдающиеся в городе, способствуют накоплению вредных веществ в приземном слое его ат мосферы. НМУ формируются в холодные периоды года (с декабря по март) и в летний период при низкой облачности и высокой влажности воздуха. В связи с чем, Новосибирск относится к городам с повышенным потенциалом загрязне ния атмосферы, с аккумуляцией техногенных выбросов на их территории.

На экологическое состояние Новосибирска существенное влияние оказы вает загрязнение атмосферы автотранспортом, предприятиями топливно энергетического комплекса, строительных материалов, черной и цветной ме таллургии, машиностроительной, химической, легкой и пищевой промыш ленности. В структуре их выбросов много твердых веществ, о чем говорит содержание пылеватых частиц в снеговом покрове, источники которых: ТЭЦ, котельные, промышенные предприятия. Все перечисленные источники ежегод но загрязняют атмосферный воздух поллютантами в количествах выше ПДК такими, как взвешенные вещества, без(а)пирен, формальдегид, диоксид азота, фенолы и другие. Атмосферные выбросы предприятий в 2008 г. достигли тыс. т в год. С учетом общей площади города – около 506,7 км2, в период 2005 2008 гг. в среднем на 1 км2 его территории приходилось около 700 т учитывае мых атмосферных выбросов от стационарных и передвижных источников.

Часть выбросов осаждается на территории города и смывается с неё талыми и ливневыми водами в реки.

Почвенный покров Новосибирска образуют как естественные, так и ан тропогенно нарушенные и антропогенные почвы. Естественные почвы сохра нились в городских лесах и парках, на склонах долин и в поймах рек. В левобе режье эти почвы представлены темно-серыми почвами и черноземами, а право бережье – серыми лесными и дерново-подзолистыми почвами.

Основу растительного покрова Новосибирска составляют сосновые леса, занимающие около 74% площади городских лесов. Эти леса испытывают силь ное антропогенное давление.

Территорию Новосибирска дренируют река Обь и её притоки: крупный – река Иня;

малые – реки Тула, Ельцовка-1, Ельцовка-2, Каменка, Нижняя Ельцовка, Камышенка, Плющиха. Они служат приемниками загрязненных поверхностных вод, хозяйственно-бытовых и промышленных стоков. Ежегодно в реки поступает около 350 млн. м3 сточных вод, из них примерно 30 % напрямую без очистки. Более 95% поверхностного стока поступает в реки без очистки.

Малые реки Новосибирска играют важнейшую роль в выносе загрязняю щих веществ с его территории в реку Обь. Через них в Обь поступает большая часть (2/3) стока поверхностных вод, так как суммарная площадь водосборов малых рек в 2 раза больше, чем Оби. В водном балансе малых рек на долю по верхностного стока приходится 77%, а на стоки производственные и хозяйст венно-бытовые - 14% и 9% соответственно.

Негативное влияние на качество речных вод, гидрологический и биологи ческий режим рек, морфометрию их русел оказывает хозяйственная деятель ность предприятий и организаций, жилого сектора, садоводческих обществ и гаражных кооперативов. Она ведет к загрязнению вод и нарушению жизнедея тельности растительных и животных организмов в реках. Поэтому качество вод р. Обь на всем ее протяжении в пределах Новосибирской области оценивается как очень загрязненная и грязная. К наиболее загрязненным относятся малые реки Каменка, Камышенка, Ельцовка-2, воды которых классифицируются как грязные и очень грязные.

В Новосибирске сложилась типичная для всех городов России ситуация с утилизацией твердых бытовых отходов (ТБО). Большинство полигонов ТБО, а также золоотвалов заложены в оврагах и балках, стоки из которых через ручьи и речки попадают в малые реки или непосредственно в Обь. Наибольшие объемы этих стоков образуются в периоды снеготаяния и затяжных ливней.

Примером может послужить речка Нарнистая – приток реки Каменка, протекающая вблизи полигона ТБО «Гусинобродский» в Дзержинском районе города. В период обильных дождей и стока талых вод происходит переполнение пруда накопителя на полигоне и стоки поступают в Нарнистую, загрязняя её воды, а затем Каменки, нитритами, хлоридами, железом, цинком.

Опосредованное влияние полигона через речку Нарнистая на реку Каменка (рис. 1) особенно заметно по ХПК, БПК5, хлоридам и цинку.

0% 20% 40% 60% 80% 100% сухой остаток ХПК БПК точка 10 (р.

Нефтепродукты Нарнистая) аммоний солевой нитриты точка сульфаты (Каменка до впадения хлориды Нарнистой) хром точка железо (р.Каменка после цинк впадения Нарнистой) литий Рис. 1. Влияние вод речки Нарнистая на состояние реки Каменка Глава 4. Загрязнение водосборов, вод и донных отложений рек Новосибирска Исследование снежного покрова Новосибирска показало, что его загрязне ние в разных районах города зависит от количества и специфики техногенных выбросов промышленных предприятий, густоты транспортной сети и её на грузки. В снеговых водах реакция среды и содержание различных компонентов на территории Новосибирска варьируют в широких пределах (табл.1).

Таблица Предельные и средние значения реакции среды и концентрации компонентов в снеговых водах г. Новосибирска и фоновых территорий Реакция среды и Новосибирск Фоновые территории компоненты сне говых вод min мax средн. мin max средн.

рН 5,7 8,3 7,1 6,4 6,7 6, Продолжение таблицы Реакция среды и Новосибирск Фоновые территории компоненты сне говых вод min мax средн. мin max средн.

концентрация в мг/дм снеговых вод Твердая фракция 2,5 1408,5 179,6 28,5 33,5 31, Нефтепродукты 0,005 7,3 0,41 0,03 0,05 0, 3,4 Бенз(а)пирен 0,000002 0,00032 0,000012 0,000002 0,000002 0, Al 0,21 15,80 1,64 0,90 1,00 0, As 0,005 0,087 0,012 0,005 0,005 0, Bi 0,005 0,03 0,03 0,005 0,005 0, Ca 3,8 11,4 7,6 н.о. н.о. н.о.

Cd 0,005 0,015 0,007 0,005 0,005 0, Cr 0,005 0,110 0,013 0,005 0,005 0, Cu 0,001 0,680 0,027 0,006 0,006 0, Hg 0,0005 0,0005 0,0005 0,0005 0,0005 0, Fe 0,09 87,30 2,78 0,81 1,08 0, Mg 0,32 44,21 1,87 0,88 0,93 0, Mn 0,005 0,940 0,060 0,02 0,08 0, Ni 0,005 0,110 0,010 0,005 0,005 0, Pb 0,005 0,280 0,031 0,009 0,009 0, Sn 0,003 0,090 0,019 0,005 0,005 0, Zn 0,005 1,260 0,101 0,040 0,040 0, Примечание: н.о. – показатель не определялся Из-за поступления в атмосферу большого количества твердых выбросов содержание взвешенных веществ (пыли) в снеге города в среднем в 6 раз выше, чем на фоновых территориях, а вдоль автомагистралей - больше фона в 50 раз.

В снеге города концентрация нефтепродуктов превышает фон в 10 раз, а в близи магистралей - в 200 раз. Транспортные зоны в целом наиболее загрязне ны, в них содержание в снеге твердой фракции (пыли или взвешенных веществ) и нефтепродуктов в среднем в 2-4 раза выше, чем в селитебных зонах.

Определение связей между показателями состава снега показало, что с ав томагистралями - автотранспортом связано загрязнение снега нефтепродукта ми, а с ТЭЦ и автотранспортом - пылью. Мышьяк, висмут и олово служат ин дикаторами загрязнения окружающей среды предприятиями цветной металлур гии, в частности Новосибирским оловянным комбинатом (НОК) – главным ис точником эмиссии в атмосферу города названных и других тесно связанных с ними элементов. Выбросы НОК, хотя и незначительные по своей массе, имеют чрезвычайно высокую концентрацию токсичных элементов в пылеватых части цах зафиксированных в снеге (рис.2). Она превышает фоновую в сотни и тыся чи раз (Сысо, Артамонова, Сидорова и др., 2005).

Поэтому, несмотря на низкую запыленность атмосферы и снега в зоне воздействия НОК, из-за чрезвычайно высокой концентрации тяжелых металлов и мышьяка (ТМ и As) в техногенных аэрозолях значения показателя суммарно го загрязнения (Zc) снега здесь достигают среднего и даже высокого уровня.

Схожая картина наблюдается и вблизи завода «Цветных металлов». Вокруг этих предприятий сформировались техногенные геохимические аномалии с вы соким содержанием ТМ и As в снеге и почвах (Ильин, Сысо, 2001). Несмотря на резкое уменьшение выбросов этих предприятий, аномалии в снеге обнару живаются до сих пор, что связано с попаданием в снег педогенных и техноген ных частиц из загрязненных почв.

Концентрация элементов, мг/кг (в логарифмическом масштабе 0,3 0,5 1 5 6 10 Фон Расстояние от НОК, км As в почве Sn в почве As в ВВ снега Sn в ВВ снега Рис. 2. Изменение концентрации мышьяка (As) и олова (Sn) в почвах и взве шенных веществах (ВВ) снега Новосибирска с удалением от НОК Около 50% общей массы ТМ и As в снеге и почвах сосредоточено в час тицах размером менее 10 мкм, имеющих максимальную концентрацию поллю тантов. Во фракциях твердых веществ в снеге концентрация загрязнителей близка и выше, чем в аналогичных почвенных частицах. Это обусловлено бо лее высокой концентрацией поллютантов в техногенной пыли, нежели в поч венных частицах. Изучение пространственного распределения твердых аэрозо лей техногенных выбросов НОК, идентифицируемых по концентрации в них As и Sn, показало, что твердые частицы выбросов способны мигрировать в северо восточном направлении на расстояние 10 км и более (рис. 2). Поэтому НОК за грязнил снег и почвы как левобережья, так правобережья города.

ТМ и As, содержащиеся в частицах атмосферной пыли в снеге и в по верхностном слое загрязненных почв служат вторичным источником загрязне ния атмосферы города, вод и донных отложений его водоемов, что подтвер ждают наши и ранее проведенные исследования рек Новосибирска (Эколого геохимические условия…, 1997, Девятова, 2006).

Полученные данные о составе и свойствах снеговых и речных вод Новосибирска говорят о различиях средних значений концентраций тяжелых металлов в водах в истоках и устьях малых рек (табл. 2). При этом концентрация свинца, хрома, никеля, меди и цинка в снеговых водах водосборов оказалась выше, чем в речных водах, а - марганца, напротив, ниже.

Первое, вероятно, обусловлено более щелочной реакцией речных вод и наличием в них веществ, сорбирующих ТМ или образующих с ними нерастворимые соединения, а второе – с поступлением в реки грунтовых вод, обогащенных ионами марганца.

Общим для снеговых и речных вод является: 1) повышение концентрации ТМ и других поллютантов от истоков, находящихся на относительно экологически чистых территориях, к устьям, расположенным в загрязненных районах города;

2) превышение концентрации свинца, меди, марганца и цинка ПДК для вод рыбохозяйственного назначения.

Оценка суммарного уровня загрязнения вод ТМ по Zc подтвердила, что снег на водосборах и воды малых рек в истоках более чистые, чем устьях.

Самыми загрязненными тяжелыми металлами являются воды реки Ельцовка – 1, от её истока к устью происходит увеличение значения Zc от низкого до очень высокого (рис. 3). Менее загрязнены воды рек Тула и Каменка, где значения Zc меняются от низкого до высокого, а река Ельцовка- 2 может быть отнесена к не загрязненной, Zc не выходит за уровень низкого загрязнения.

Проведенное исследование позволяет сделать вывод о том, что загрязне ния малых рек и снежного покрова их водосборов в целом схожи. Это дает ос нование полагать, что аккумулированные в снеге за зимний период тяжелые металлы и другие полютанты могут загрязнять с поверхностным стоком водо емы, загрязняя их воды и донные отложения.

Изучение речных вод позволило выявить различие среднегодовых пока зателей качества вод между реками, изменение показателей по годам, увеличе ние загрязнения вод от истоков к устьям рек. Установлено, что в большинстве рек приоритетными загрязнителями вод, с учетом массы веществ и превыше ний их ПДК в водах рыбохозяйственного значения, являются: взвешенные ве щества, легко окисляемые органические соединения (определяемые по биоло гическому потреблению кислорода - БПК), азот аммонийный, фосфаты, марга нец. Обнаружено, что качественные и количественные характеристики загряз нения рек, в том числе кратность превышения поллютантами ПДК различны и зависят от загрязненности снега и почв их водосборов, характера и количества, талых, ливневых и сточных вод, поступающих в водоемы с прилегающих тер риторий. Поэтому малые реки Новосибирска наряду с общими чертами имеют индивидуальные особенности загрязнения их вод и донных отложений.

Анализ результатов наших исследований и данных Центра гидрометеоро логической службы (ЦГМС) выявил существенное и поликомпонентное загряз нении вод малых рек. На это указывают высокие значения коэффициента ком плексного загрязнения вод (ККЗВ) в речных водах - от 25,0 до 50,0 % (рис. 4).

Рис. 3. Уровни суммарного загрязнения (Zc) снеговых и речных вод в исто ках и устьях малых рек Новосибирска Оценка вод малых рек по удельному комбинаторному индексу загрязнён ности воды (УКИЗВ) подтвердила выявленный по другим критериям высокий уровень их загрязнения, а также тенденцию повышения его за изученный пе риод и от верховьев к устьям рек. УКИЗВ воды малых рек Новосибирска за пе риод с 2004 по 2007 гг. варьировался от очень загрязненного до грязного.

Наибольший вклад в общий уровень загрязненности речных вод вносили легкоокисляемая органика, аммонийный и нитритный азот, нефтепродукты, се роводород. Воды постоянно загрязнялись железом, периодически – фенолами и магнием, а также ртутью и другим тяжелым металлам. Концентрация этих пол лютантов, особенно марганца, в водах малых рек, многократно превышала ПДК. Анализ причин загрязнения вод как малых рек, так - Обь и Иня показал, что к ним относятся следующие: 1) попадание в реки неочищенных промыш ленных и хозяйственно-бытовых стоков, загрязненных талых и ливневых вод;

2) загрязнение долин и пойм рек свалками бытовых, промышленных и строи тельных отходов;

3) проведение в долинах и поймах рек строительных и других работ, усиливающих эрозию водную почв и грунтов. По этим же причинам за грязняются донные отложения рек, в которых поллютанты могут аккумулиро ваться и негативно влиять на качество вод и жизни водной флоры и фауны.

Оценка загрязнения речных вод по комплексному показателю загрязнения (КПЗ), показала, что из 6 поллютантов наибольший оценочный балл имеет марганец – 12,7, а алюминий – 11,2, медь -10, аммонийный азот, свинец и взвешенные вещества – по 9,6 баллов. Эти поллютанты по их массовой доле и превышениям ПДК определяют общий уровень загрязнения вод по КПЗ.

Донные отложения водоемов часто являются конечным звеном миграции веществ в ландшафтах, а их химический состав отражает геохимические особенности водосбора, они традиционно используются при эколого геохимических и санитарно-гигиенических исследованиях, в качестве индикатора состава, интенсивности и масштаба техногенного загрязнения окружающей среды на водосборных бассейнах, особенно малых рек (Янин, 2003).

Исследование донных отложений малых рек Новосибирска выявило, что они имеют слабо- и средне-щелочную реакцию среды, песчаный гранулометрический состав, повышенное для песчаных отложений содержание ТМ и высокую насыщенность ими глинистых частиц, диаметром менее 10 мкм (табл. 3).

Эти частицы, хорошо мигрирующие в воздушных и водных потоках, преобладают в составе твердых веществ снега, талых, ливневых и речных вод и насыщены ТМ и другими поллютантами. Поэтому они играют важнейшую роль в миграции химических веществ с загрязняемых водосборов в водоемы.

В донных отложениях рек Новосибирска накопление ТМ и их миграция в составе взвешенных веществ может происходить и вследствие нейтральной или слабощелочную реакцию среды вод малых рек. В этих условиях ионы Fe и Al – могут полностью осаждаться в форме гидроксидов и захватывать ионы Zn, Ni и Cd. Накоплению ТМ в донных отложениях способствует присутствие в водах ионов аммония и фосфатов, органических и органоминеральных веществ, способных образовывать с ионами Cu и Cr не растворимые соединения.

Сопоставление количества ТМ в донных отложениях малых рек Новосибирска с их средним содержанием в супесчаных и песчаных почвообразующих породах региона (медь – 11, цинк -24, свинец -7, никель – 16, хром – 16, марганец 160 мг/кг) показало, что отложения рек Ельцовка-1, Каменка и Тула можно отнести к категории загрязненных. Основными причинами этого, как было сказано выше, являются смыв с водосборов обогащенных ТМ глинистых частиц поверхностного слоя почв и взвешенных веществах снегового покрова, а также образование и осаждение нерастворимых в воде форм химических соединений ТМ.

Таблица Средние концентрации тяжелых металлов в снеговых и речных водах Новосибирска в 2006-2008 годах.

Концентрации тяжелых металлов, мг/дм река Тула река Каменка Река Ельцовка -1 река Ельцовка- Компо- ПДК, мг/дм ненты снеговые воды речные воды снеговые воды речные воды снеговые воды речные воды снеговые воды речные воды исток устье исток устье исток устье исток устье исток устье исток устье исток устье исток устье 1 2 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 3 Свинец 0,006 0,028 0,032 0,007 0,008 0,042 0,112 0,008 0,007 0,005 0,011 0,005 0,005 0,020 0,016 0,005 0, Кадмий 0,005 0,005 0,005 0,005 0,005 0,005 0,005 0,005 0,005 0,005 0,005 0,005 0,005 0,005 0,005 0,005 0, Хром 0,02 0,005 0,137 0,016 0,015 0,005 0,014 0,009 0,014 0,007 0,064 0,009 0,058 0,008 0,011 0,007 0, Никель 0,01 0,005 0,272 0,012 0,017 0,005 0,022 0,012 0,021 0,009 0,005 0,015 0,038 0,005 0,005 0,009 0, Медь 0,001 0,043 0,040 0,009 0,014 0,020 0,158 0,014 0,011 0,040 0,521 0,011 0,075 0,044 0,080 0,011 0, Марга- 0,01 0,070 0,102 0,701 0,763 0,054 0,292 0,537 0,466 0,052 0,217 0,171 0,718 0,054 0,095 0,122 0, нец Цинк 0,01 0,173 0,740 0,017 0,098 0,221 0,466 0,049 0,031 0,264 2,244 0,078 1,948 0,144 0,306 0,018 0, ККЗВ 0 год 2004,5 2005 2005,5 2006 2006,5 2007 2007, Каменка Тула Плющиха Н.Ельцовка Ельцовка-1 Ельцовка- Рис. 4. Изменение значений ККЗВ в водах малых рек с 2005 по 2007 гг.

Таблица Насыщенность тяжелыми металлами донных отложений и их глинистой фракции в малых реках г. Новосибирска (числитель - отложения в целом, знаменатель – глинистая фракция) Река рН Физ.глина Zn Cu Ni Pb Cd % мг/кг Ельцовка-1 7,6 8,6 67 11 13 12 0, 695 55 56 51 1, Плющиха 8,1 3,2 18 6 10 5 0, 344 61 60 39 0, Камышенка 8,2 2,7 48 6 9 6 0, 666 79 80 54 0, Тула 8,5 5,1 39 17 12 16 2, 445 113 64 88 4, Расчеты масс загрязняющих веществ, выносимых в 2005-2008 гг. малыми реками Новосибирска, учитывавшие загрязнение вод, скорость и объем их стока в устье малых рек, показали, что эти массы крайне незначительны по сравнению с массой веществ, переносимых Обью (табл. 4).

Формально несущественное влияние малых рек Новосибирска на гидрохимический сток текущих через него вод Оби можно объяснить, прежде всего, незначительным суммарным объемом стока вод малых рек, составляющим 0,43% от стока Оби. С учетом этого проведена оценка воздействия малых рек на воды Оби. Оценка была основана на следующих положениях. При равной концентрации компонентов в водах малых рек и Оби, доля в их выносе ею должна составить 0,43%. Если же воды малых рек грязнее вод Оби по какому-либо компоненту, его доля будет в ней больше указанной величины, а если – чище, то быть ниже её.

Таблица Доля вклада (в % от общего стока загрязняющих веществ рекой Обь) стоков вод малых рек, реки Иня, право- и левобережья Оби в Новосибирске Поверхностный Общий сток с уче Поверхностный сток малых рек + том лево- и право Компоненты сток малых рек пром. и хоз.-быт. бережья Оби и ре стоки ки Иня Сток вод 0,43 1,30 1, Сухой остаток 0,47 0,60 0, ХПК 0,14 0,18 0, БПК5 0,21 0,28 0, Нефтепродукты 1,12 1,45 2, Взвеш. в-ва 0,81 1,05 1, Аммоний 0,16 0,20 0, Нитриты 0,06 0,08 0, Нитраты 0,51 0,66 0, Сульфаты 0,15 0,19 0, Хлориды 1,17 1,52 2, Фосфаты 0,09 0,12 0, Фториды 3,00 3,90 5, Фенолы 1,13 1,47 2, СПАВ 0,28 0,37 0, Свинец 0,01 0,01 0, Кадмий 0,01 0,01 0, Хром 1,07 1,40 2, Никель 0,01 0,01 0, Медь 0,60 0,78 1, Железо 0,20 0,26 0, Марганец 0,39 0,51 0, Цинк 1,45 1,88 2, Алюминий 0,38 0,49 0, Магний 0,01 0,01 0, Исходя из выше сказанного, малые реки Новосибирска загрязняют воды Оби следующими 10 компонентами (по убыванию вклада): фторид-ион, цинк, хлорид-ион, фенолы, нефтепродукты, хром, взвешенные вещества, медь, нитрат ион, сухой остаток (табл. 4). Другими веществами малые реки не загрязняют воды Оби, поскольку в ее воде концентрации данных элементов выше.

Анализ многолетних данных выявил высокое варьирование концентрации загрязняющих веществ и их массы в водах, поступающих в разные годы с территории Новосибирска и его зависимость от многих факторов. Во-первых, от изменений гидрологических условий года, интенсивности снеготаяния и ливневых дождей, усиливающих или снижающих водную эрозию поверхности водосбора и снос с неё загрязняющих веществ в реки. Во-вторых, от хозяйственной деятельности на водосборе, в долине, пойме и русле Оби. В третьих, от несанкционированных и аварийных сбросов загрязняющих веществ непосредственно в Обь.

Расчетные данные показали, что среднегодовой общий поверхностный сток загрязняющих веществ, поступающий с территории города Новосибирска в реку Обь равен – 58 млн. тонн в год. За период с 2005 по 2008 годы, в последний год произошло самое значительное загрязнение обских вод. Произошедшее усиление загрязнение вод Оби, скорее всего, было обусловлено активизировавшейся дея тельностью в её долине (строительство), а также расчисткой русел малых рек.

Глава 5. Предложения по улучшению качества городской среды, вод и донных отложений рек Новосибирска Анализ загрязнения атмосферы, снегового и почвенного покрова, вод и донных отложений малых рек Новосибирска показал, что для уменьшения нега тивного влияния на них города и улучшения в нем экологической ситуации, не обходим следующий комплекс мероприятий. К ним относятся: разработка целе вых программ по улучшению водной и воздушной среды, почвенного покрова го рода;

реализация основных направлений Генерального плана развития города и проектов его детальной планировки, обеспечивающей экологически безопасное транспортное и промышленное развитие города;

повышение ответственности и ак тивности горожан в области охраны окружающей среды и природопользования.

Для выполнения указанных мероприятий предлагается: создать информационно аналитическую систему экологического мониторинга и единую систему планиро вания и финансирования природоохранных мероприятий;

разработать и реализо вать предложения по упорядочению дорожно-транспортной и маршрутной сети, с учетом экологической обстановки в городе;

закрытие и вывод за пределы города экологически вредных предприятий и производств, не сокращающих выбросы до нормативных;

продолжить реализацию водоохранных мероприятий по снижению объема и качества сбросов сточных вод;

развивать системы ливневой и бытовой канализации, включая строительство для них очистных сооружений;

обустройст во прибрежной полосы в водоохранной зоне реки Обь и малых рек в черте города, включая расчистку и берегоукрепление рек и развитие вблизи них зон рекреации;

решить проблемы организации свалок бытовых отходов на территории прибреж ных зон рек и др.

ВЫВОДЫ 1. Основными источниками загрязнения окружающей среды г. Новосибир ска служат атмосферные выбросы автотранспорта, предприятий промышленности и теплоэнергетики, сформировавшие на территории города разные по конфигура ции и составу приоритетных поллютантов техногенные геохимические аномалии.

2. Состав и свойства вод снегового покрова города хорошо отражают уро вень и специфику загрязнения его атмосферы, пространственное изменение коли чества и состава поллютантов с удалением от источника их эмиссии.

3. Техногенные геохимические аномалии по концентрации ТМ и As в твер дых веществах снегового покрова города совпадают с контурами аналогичных аномалий в почвах, указывая на их аэротехногенный генезис.

4. Состав и количество поллютантов в снеге, почвах, водах и донных отло жениях малых рек возрастают по направлению к центру города и реке Обь.

5. Из-за загрязнения, захламления и антропогенного нарушения поверхно сти водосборов и её эрозии воды малых рек Новосибирска по концентрации фтор, хлорид- и нитрат- ионов, цинка, фенолов, нефтепродукты, хрома, взвешенных веществ, меди, сухого остатка грязнее вод Оби, а в их руслах формируются за грязненные поллютантами наносы, что говорит о неудовлетворительном экологи ческом состоянии малых рек и необходимости его улучшения.

6. Общий сток вод с территории Новосибирска составляет 1,6% от стока вод Оби, поэтому влияние города на сток реки незначителен. Город загрязнет воды Оби ионами фтора, хлора, цинка и хрома, нефтепродуктами и фенолами, вклад которых в гидрохимический сток реки превышает значения доли водного стока.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Сидорова М.Ю., Сысо А.И., Артамонов В.С., Ермолов Ю.В., Черевко А.С. Загрязнение атмосферы, снегового и почвенного покрова г. Новосибирска // Оптика атмосферы и океана. – 2005. – Т. 18. – № 8. – С. 663-669.

2. Сидорова М.Ю., Бортникова К.С., Шамова В.В. Влияние климатиче ских условий и рельефа на экологическую ситуацию г. Новосибирска // Сибир ский научный вестник. – 2004. – Вып.7, – Новосибирск. – С. 199-203.

3. Сидорова М.Ю., Шамова В.В. Состояние атмосферного воздуха г. Но восибирска по результатам снеговой съемки // Сибирский научный вестник. – 2005. – Вып. 8. – Новосибирск. – С. 197-199.

4. Сидорова М.Ю., Шамова В.В Состояние атмосферы по результатам снеговой съемки // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. – 2006. – Вып. 1. – С. 92-96.

5. Сидорова М.Ю. Оценка степени загрязнённости атмосферного возду ха г. Новосибирска по результатам снеговой съемки // Сборник материалов XI Международной экологической студенческой конференции "Экология России и сопредельных территорий. Экологический катализ". – 2006. – Новосибирск. – С.

4-5.

6. Сидорова М.Ю., Полянская А.С., Ершова И.А. Негативное влияние полигона твердых бытовых отходов на поверхностные водные объекты // Сибир ский научный вестник. – 2007. – Вып.10. – Новосибирск. – С. 371-372.

7. Сидорова М.Ю. Водные объекты г. Новосибирска // Сибирский науч ный вестник. – 2007. – Вып.10. – Новосибирск. – С. 372-374.

8. Сидорова М.Ю. Оценка степени влияния урбанизированных террито рий на состояние водных объектов, на примере г. Новосибирск // Научные про блемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. – 2011. – Вып. 1. – С. 376-378.



 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.