Особенности загрязнения малых рек на урбанизированных территориях

В ряде регионов мира проблема чистой питьевой воды тесно смыкается с проблемой сточных вод, поскольку многие близлежащие к крупным городам и промышленным центрам источники потребления пресной воды (реки, озёра, подземные воды) сильно загрязнены сточными водами. Во многих случаях дефицит чистой пресной воды приходится покрывать созданием длинных трубопроводов. Так, Вена получает воду с гор, находящихся в 150 км от города; Париж — из Луары; Штутгарт — из Боденского озера в 200 км от города. Два 500-километровых трубопровода снабжают водой Сан-Франциско. Это не только дорого, но и опасно, так как в длинных трубопроводах в воде могут протекать трудно предсказуемые реакции, которые могут сделать воду химически агрессивной (Братков В.В., 2005).

На урбанизированной территории рекреационные ресурсы включают все типы поверхностных и подземных  вод, обладающих научной, психолого-эстетической, медико-биологической ценностями и  используемых для удовлетворения потребностей людей в рекреации.

С точки зрения экономического использования  гидрологические рекреационные  ресурсы могут быть технологически обязательными (гидроминеральные или  морские воды) и способствующими  рекреационному процессу (пресная питьевая вода).

В свою очередь технологически обязательные гидрологические ресурсы могут  вовлекаться в процесс рекреационной  деятельности различным образом:

1)    как элемент аттрактивности воспринимается зрительно – морской и речные пейзажи, экскурсионные водные объекты – водопады;

2)    использоваться без прямого их расходования – морские и речные купания, в результате чего гидрологические рекреационные ресурсы подвергаются воздействию, изменению и даже деградации;

3)    Непосредственно расходоваться, например, гидроминеральные ресурсы.

Гидрологические рекреационные ресурсы  включают ресурсы вод Мирового океана, поверхностных и пресных подземных  вод, гидроминеральных и термальных вод, лечебных грязей.

Рекреационное использование ресурсов морских и пресных вод (реки, озёра) бывает возобновимым (биологические, гидрологические и энергетические составляющие этих вод, способные к самовосстановлению) и невозобновимым (минеральная составляющая водных ресурсов).

Гидроминеральные и гидротермальные  рекреационные ресурсы, являясь  ресурсами недр, исчерпаемы и невозобновимы. Обычно они расположены в глубинных слоях литосферы. При нарушение гидрологического режима района выхода этих вод на поверхность приводит к тому, что они уходят в глубь земной коры. Источники истощаются и теряют экономическую значимость.

К водным объектам, представляющим интерес  для рекреационной деятельности, относятся моря, большие и малые  реки, озёра, искусственные водоёмы – от крупных водохранилищ, построенных на реках, до прудов и заполненных водой карьеров.

 

 

3. Последствия антропогенного влияния на водоемы
1. Последствие загрязнения водоемов биогенами

Вследствие загрязнения  водоемов сточными водами и неорганизованными  стоками в воде происходят процессы эвтрофикации и заиливания.

Эвтрофирование – повышение биологической продуктивности водных объектов в результате накопления в воде биогенных элементов под действием антропогенных и естественных факторов (Дмитриев В.В.,2004).

Эвтрофирование представляет собой естественный процесс эволюции водоема. Если в естественных условиях эвтрофирование какого-либо озера протекает за 1000 лет и более, то в результате антропогенного воздействия это может произойти в сто и даже в тысячу раз быстрее (Дмитриев В.В.,2004).

Антропогенная эвтрофикация связана с поступлением в водоемы значительного количества биогенных веществ, прежде всего азота и фосфора. В настоящее время критическими концентрациями азота и фосфора (включая общий фосфор, ортофосфаты, общий азот и растворенный неорганический азот аммоний, нитриты и нитраты) во время интенсивного перемешивания вод, при котором создаются потенциальные условия для «цветения» водоемов, считаются следующие: для фосфора 0,01 мг/дм³, для азота 0,3 мг/дм³ (Пименова Е.В.,2012; Дмитриев В.В.,2004).

Биогенные компоненты поступают  в природные экосистемы как водным, так и воздушным путем. К эвтрофированию может привести строительство водохранилищ без надлежащей очистки ложа, строительство плотин, образование застойных зон, тепловое загрязнение воды, сброс сточных вод, особенно коммунально-бытовых, содержащие детергенты, в том числе и прошедшие биологическую очистку (Дмитриев В.В.,2004).

С коммунальными и частично промышленными водами в водоемы  поступают детергенты — моющие синтетические  поверхностно-активные вещества (СПАВ). Это высокомолекулярные органические соединения, получаемые сульфированием различных масел, углеводородов, высокомолекулярных спиртов и других веществ нефтяного  происхождения. В состав детергентов  входит 20 — 40% поверхностно-активных веществ  и 60 — 80% различных добавок.

Основные характеристики для эвтрофирования водоемов – это (Дмитриев В.В.,2004):

- уменьшение концентрации  растворенного кислорода в водной  толще;

- увеличение содержания взвешенных частиц, особенно органического происхождения;

- увеличение концентрации фосфора в донных отложениях;

- уменьшение проникновения  света (возрастание мутности воды);

- увеличение концентрации  газов, образующихся при разложении  органических остатков при недостатке  кислорода – аммиака, метана, сероводорода;

- показатель кислотности  воды при 100% насыщении кислорода  (рН_100%);

- последовательная смена  популяций водорослей с преобладанием  сине-зеленых и зеленых водорослей;

- значительное увеличение  биомассы фитопланктона;

- обнаружение альгитоксинов.

Вследствие массового  размножения сине-зеленых водорослей, вызывающих «цветение» воды, ухудшаются условия жизни гидробионтов и  качество воды, прежде всего, ее органолептические  свойства. Сине-зеленые водоросли  в результате своей жизнедеятельности  производят при определенных условиях сильнейшие токсины, которые представляют опасность для живых организмов и человека. Они не имеют ни запаха, на цвета, не разрушаются при кипячении. Альгитоксины по своей токсичности не имеют себе равных. Они могут вызывать цирроз печени, дерматиты у людей, отравление и гибель животных (Пименова Е.В.,2012).

Заиление –  отложение в водных объектах приносимых наносов, то в первую очередь на этот процесс влияют частицы, вносимые поверхностным стоком, а также в результате разрушения берегов. К таким отложениям относят ил, песок, гравий, глина, остатки растений и другие. 3аиление особенно характерно для оросительных каналов, водохранилищ, в водоемах с застойной или медленно текущей водой. Очень часто низкая скорость течения является фактором постепенного накопления и отложения частиц, которые поступают в водоем извне. Так, при абразии и размыва берегов вследствие влияния природных факторов в воду попадают высокодисперсные и мелкодисперсные частицы песка, глины, различных минералов. Они оседают на дно, а из-за низкой скорости течения не способны переносится на какое либо расстояние (Михайлов В.Н.,1991).

При антропогенной нагрузке в водоемы скидываются минеральные, органические и неорганические вещества, часть из которых не растворяются в воде и способны оседать на дно, вызывая заиление водоемов.

Заиление тесно связано  с эрозией на водосборе, загрязнениями, зарегулированием, ухудшением самоочищающейся  способности, обеднением генофонда  полезных животных и растений, мелиоративными работами. Строение плотин вызывает равномерное  отложение наносов в мертвом  объеме водохранилищ. Интенсивность  обложений наносов и период заиления зависит от стока наноса реки и объема самого водохранилища (Денисова А.И.,1989).

При экологической оценке гидроэкосистемы одним из наиболее информативных объектов изучения являются донные отложения. Аккумулируя загрязнения, которые поступают в водоём на протяжении продолжительного периода, донные отложения являются индикатором экологического состояния территории, своеобразным интегральным показателем уровня загрязненности.

Донные отложения представляют собой неразрывное единство сложного комплекса минералов и водного  раствора, который пропитывает отложения (Белявский Г.А.,2002).

Донные отложения –  это открытая физико-химическая система, через границы которой (водная толща  – донные отложения) осуществляется материальный обмен с окружающей средой.

Процесс накопления в водоёмах поступающих взвешенных наносов  и растворенных элементов наиболее четко обнаруживается в формировании донных отложений.

При накоплении донных отложений (заилении) изменяются морфометрические показатели водоёмов, химические и  биологические процессы. Процессы, которые происходят в донных отложениях и придонном пласте воды приводят к изменениям состава воды, а также её оптических свойств.

Донные отложения содержат как автохтонные (получающиеся в  самых водоемах), так и аллохтонные (поступающие извне) частицы. Автохтонные  компоненты включают продукты разрушения (абразии) берегов, элементы, которые  выпадают из раствора, остатки отмерших гидробионтов. Аллохтонные компоненты приносятся стоком, ветром, могут поступать  в результате хозяйственной деятельности человека (сброс сточных вод)( Мизандронцев И.Б.,1990).

Интенсивность формирования, мощность, гранулометричный и химический состав донных отложений зависят от физико-географических условий бассейна и совокупности процессов, которые происходят в самых водоёмах. По мере хозяйственного освоения водосборов и водоёмов всё большее значение в формировании донных отложений приобретает антропогенное влияние (распашка водосборов, сбрасывание сточных вод и др.) (Романенко В.Д.,2004).

Донные отложения поверхностных  водотоков традиционно используются как индикатор для выявления  состава, интенсивности и масштаба техногенного загрязнения. В большой  степени это обусловлено тем, что русловые отложения, как важнейшие  компоненты гидроэкосистем, являются конечным звеном местных ландшафтных соединений, в силу чего их состав отражает геохимические особенности водосборных территорий.

Особенно ярко подобная зависимость  обнаруживается в бассейнах рек  урбанизированных районов, где большинство  водотоков являются основными приёмниками  сточных вод и загрязненного  промышленными выбросами, отходами и агромелиорантами поверхностного стока с освоенных территорий (Левковский С.С.,2006).

Возрастающие темпы антропогенного действия на водные экосистемы приводят к значительному накоплению загрязняющих веществ в твердофазных объектах водных экосистем (в донных отложениях и взвешенных веществах).

Основная часть загрязняющих веществ в экосистемах из воды переходит в донные отложения, в  результате чего грунты часто содержат высокие концентрации загрязняющих веществ, в то время как их концентрация в воде может и не быть повышенной (Львович А.И.,1997).

Основными причинами способствующим заилению рек, принято считать сокращение облесенности водосборов, гидромелиоративные работы, проводящиеся без должного научного обоснования, распашка придолинных и долинных территорий, сведение дернового покрова, неумеренный выпас скота на склонах и пойме, спрямление русл. Наиболее интенсивно, а главное, систематически заиление происходит за счет: смыва почвы при весеннем и ливневом стоке с пахотных земель водосборов, разрыв почвогрунтов в процессе оврагообразования, разрушения русловых берегов. Разделить в природных условиях процессы заиления и загрязнения рек пока невозможно, так как продукты смыва представляют собой не только элементы естественного плодородия, но также минеральные и органические удобрения, пестициды и многое другое (Калиниченко Н.П., 1992).

 

 

2. Последствия загрязнение водоемов ксенобиотиками
1. Нефть и нефтепродукты

Нефтепродукты относятся  к числу наиболее распространенных и опасных веществ, загрязняющих поверхностные воды. Нефть и продукты ее переработки представляют собой  чрезвычайно сложную, непостоянную и разнообразную смесь веществ (низко- и высокомолекулярные предельные, непредельные алифатические, нафтеновые, ароматические углеводороды, кислородные, азотистые, сернистые соединения, а  также ненасыщенные гетероциклические  соединения типа смол, асфальтенов, ангидридов, асфальтеновых кислот). Понятие "нефтепродукты" в гидрохимии условно ограничивается только углеводородной фракцией (алифатические, ароматические, алициклические углеводороды)( Хотунцев Ю.Л.,2001)

Большие количества нефтепродуктов поступают в поверхностные воды при перевозке нефти водным путем, со сточными водами предприятий нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, химической, металлургической и других отраслей промышленности, с хозяйственно-бытовыми водами. Некоторые  количества углеводородов поступают  в воду в результате прижизненных выделений растительными и животными  организмами, а также в результате их посмертного разложения.