Динамика изменения значений индекса загрязненности морской воды акватории Северного Каспия с 2001 по 2004 год

по данным Национального Санитарного Фонда США

Наименование показателя	Значение весового коэффициента
Растворенный кислород	0,17
Количество кишечных палочек	0,16
Водородный показатель (рН)	0,11
Биохимическое потребление кислорода (БПК5)	0,11
Температура (At, тепловое загрязнение)	0,1
Общий фосфор	0,1
Нитраты	0,1
Мутность	0,08
Сухой остаток	0,07
Сумма	1

Кроме весовых коэффициентов, имеющих постоянное значение, для каждого отдельного показателя разработаны весовые кривые, характеризующие уровень качества воды (Q) по каждому показателю в зависимости от его фактического значения, определяемого при анализе.

Имея результаты анализов по частным показателям, по весовым кривым определяют численные значения оценки для каждого из них. Последние умножаются на соответствующий весовой коэффициент, и получают оценку качества по каждому из показателей. Суммируя оценки по всем определенным показателям, получают значение обобщенного ПКВ.

Обобщенный ПКВ в значительной степени устраняет недостатки интегральной оценки качества воды с расчетом ИЗВ, т.к. содержит группу конкретных приоритетных показателей, в число которых входит показатель микробного загрязнения.

При оценке качества воды, кроме интегральной оценки, в результате которой устанавливается класс качества воды, а также гидробиологической оценки методами биоиндикации, в результате которой устанавливается класс чистоты, иногда встречается также так называемая комплексная оценка, основу которой составляют методы биотестирования. Последние относятся также к гидробиологическим методам, но отличаются тем, что позволяют определить реакцию водной биоты на загрязнения по различным тестовым организмам — как простейшим (инфузориям, дафниям), так и высшим — рыбам (гуппиям). Такая реакция иногда является наиболее показательной, особенно - применительно к оценке качества загрязненных вод (природных и сточных) и позволяет определять даже количественно концентрации отдельных соединений.

Обычно при биотестировании устанавливают количественные градуировочные зависимости показателей смертности тестовых организмов или каких-либо изменений в них, либо поведенческих реакций, от концентрации тяжелых металлов (CuSO4). Токсические эффекты на организмы выражают в концентрациях, эквивалентных концентрациям тяжелых металлов.

Глава 2. Материалы и методы

2.1 Характеристика места исследования

Отборы проб воды проводились с 2001 по 2004 гг. в весенний - осенний сезоны на лицензионном участке «КНК» в Северной части Каспийского моря (Рис.2).

Акватория, на которой располагается структура «КНК», мелководная, ее средняя глубина составляет 4 метра. Мелководность способствует хорошему перемешиванию вод (Бутаев А.М., Кабыш Н.Ф., 2002).

Данная территория отличается высокой пластичностью. В ее функционировании важную роль играют внешние природные факторы, среди которых главным является речной сток, годовой объем которого всего лишь в два раза меньше объема Северного Каспия. Большую часть его акватории занимают смешанные воды с соленостью от 2 до 10‰. Площадь их распространения достигает своего максимума в половодье. Поскольку основная часть волжского стока приходится на западную часть Северного Каспия, то здесь его влияние на состояние морской среды и жизнедеятельность биологических сообществ наиболее ощутимо (Мажник А.Ю., Дегтярева Н.Г., 2000).

Сезонная динамика состояния загрязненности морской среды обусловлена множеством факторов, влияющих на баланс загрязняющих веществ в северной части моря. Для весны важными являются два фактора. Во-первых, это поступление загрязняющих веществ с поверхностным стоком, зависящее от объема весеннего половодья. Во-вторых, это исходное, в начале весны состояние загрязненности, обусловленное интенсивностью процессов самоочищения в зимнюю пору.

Рис.2 Расположение участка “КНК” в Северной части Каспийского моря

В весенний сезон размах колебаний гидрохимических процессов на Северном Каспии достигает своего максимума. Увеличение притока солнечного тепла, фотосинтетически активной солнечной радиации, и вместе с тем и полых вод, несущих с собой необходимые для жизнедеятельности биологических сообществ минеральные соли и органические вещества, - все это способствует увеличению интенсивности процессов, происходящих в морской среде.

Потенциальными источниками загрязнения экосистемы Северного Каспия, которое носит комплексный характер, является зарегулирование речного стока, интенсивное судоходство и рыболовство. В свою очередь, вклад в загрязнение вносят поверхностный сток, атмосферные осадки, сбросы сточных вод с берега и с судов (Дмитров А.П., 2002).

Подъем уровня Каспийского моря, продолжавшийся с 1978 по 1995 год, привел к затоплению территории нефтяных месторождений на восточном побережье Северного Каспия, которые в настоящее время являются одним из основных источников нефтяного загрязнения. Исследования последних лет выявили также высокую самоочищающую способность Северного Каспия и важную роль природных факторов в регуляции обмена загрязняющих веществ, особенно, тяжелых металлов между морской водой и донными отложениями.

2.2 Отбор проб воды

Экологические исследования производились на 28 морских станциях сети мониторинга в пределах Северного Каспия (Рис.3).

Пробы воды отбирались с поверхностного и придонного горизонтов. В поверхностном горизонте глубина исследования составляла до 4 м., а в придонном слое от 4 до 8 м. В каждой пробе воды выполнялись определения: суммарного содержания нефтяных углеводородов (НУ); тяжелых металлов (Fе, Сu, РЬ, Нg); хлорорганических соединений (ХОС); общего содержания фенолов и синтетических поверхностно-активных веществ (СПАВ).

Отбор проб воды проводился в весенний - осенний сезоны с 2001 по 2004 гг. в соответствии ГОСТ-17.1.2.04-77 по методикам, предусмотренными «Программой экологический исследований на структуре “КНК”» и существующими инструктивными документами.

Рис. 3. Схема расположения комплексных станций наблюдений на структуре “КНК”

Для определения гидрохимических показателей и загрязняющих веществ, при отборе проб воды с поверхностного горизонта использовалась система ПСГ-4, изготовленная из фторопласта и не имеющая открытых металлических конструктивных элементов. Для отбора проб воды с придонного горизонта использовались винипластовые батометры “HydroBios” (Киль, Германия) емкостью 5 и 10 литров. В качестве измерителя характеристик течения были использованы автономные механические самописцы течений БПВ-2р. Системы для отбора проб воды и автономный механический самописец течений БПВ-2р опускались за борт штатной судовой электромеханической лебедкой. Для хранения и консервирования образцов проб воды использованы низкотемпературные морозильные камеры, обеспечивающие достижение образцами в течение 30 минут температуры -20°С, а также сохранение отрицательной температуры не выше -5° С в течение двух суток с момента отключения из электросети. При отборе проб на каждый образец заполнялся паспорт установленной формы. В паспорте пробы фиксировалось точное место, дата, время отбора, номер станции и горизонт отбора, назначение пробы, номер пробы, способ консервации, аналогичным образом записывались результаты зондирования (Временные методические указания,1986).

2.3 Проведение комплексного экологического исследования на участке «КНК» в Северной части Каспийского моря

В ходе работ было предусмотрено комплексное исследование проб воды по 89 гидрохимическим показателям. С точки зрения качества воды исследуемого водоема из них определялись только синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ), содержание фенолов, нефтяных углеводородов (НУ), хлорорганические соединения (ХОС) и тяжелые металлы (ТМ).

В гидрохимической практике для сравнительной оценки качества вод различных водных объектов обычно используется индекс загрязнения вод (ИЗВ):

где:

Сi - средняя концентрация ингредиента;

ПДК i - предельно допустимая концентрация по данному ингредиенту.

В число шести используемых для расчета ИЗВ показателей в обязательном порядке включаются растворенный кислород и БПК5, а также 4 показателя, имеющие наибольшее значение, независимо от того, превышают они ПДК или нет. Степень превышения концентрации растворенного кислорода над ПДК рассчитывается как отношение нормативного значения к его концентрации. В таблице 3 приведены нормативы для растворенного кислорода.

В связи с этим, расчеты ИЗВ для акватории структуры “КНК”, выполнялись с использованием значений концентраций растворенного кислорода, БПК5, суммарного содержания нефтяных углеводородов, фенолов, меди и свинца.

Таблица 3

Нормативы для растворенного кислорода

Для растворенного кислорода при содержании в мг/л	Величина О2 мг/л, принимаемая за норматив
>6	6
5 - 6	12
4 - 5	20
3 - 4	30
2 - 3	40
1 - 2	50
0 - 1	60

В таблице 4 приведены индексы загрязнения морских вод (ИЗВ) (Муравьев А.Г.,1999).

Таблица 4

Индексы загрязнения морских вод (ИЗВ)

Класс качества вод	Текстовое описание	Величина ИЗВ
I	Очень чистая	< 0.25
II	Чистая	0.25 - 0.75
III	Умеренно загрязненная	0.75 - 1.25
IV	Загрязненная	1.25 - 1.75
V	Грязная	1.75 - 3.00
VI	Очень грязная	3.00 - 5.00
VII	Чрезвычайно грязная	> 5.00

Глава 3. Результаты

В результате анализа данных, полученных при проведении комплексного экологического исследования на участке «КНК» в Северной части Каспийского моря в период с 2001 по 2004 год, было комплексно оценено качество воды в исследуемом районе. Так, согласно проведенным расчетам, в 2001 году, средняя величина ИЗВ для поверхностного и придонного горизонтов составила 0.57. Исходя из этого, согласно критериям, приведенным в табл. 4, воды акватории структуры «КНК» относятся к II классу качества, то есть являются чистыми.

Характер пространственного распределения ИЗВ внутри структуры в 2001 году представлен на рис.4 и рис.5.

Из карт пространственного распределения ИЗВ следует, что наиболее высокий уровень загрязненности был характерен для западного района структуры, находящейся под влиянием волжского стока. ИЗВ в этом районе достигает 1,2 – 1,5. Таким образом, воды указанно района оцениваются как умеренно загрязненные и близки к переходу в категорию загрязненных. Из этого следует, что основным фактором формирования качества и загрязненности морских вод на структуре “КНК” в 2001 году являлся волжский сток.

Кроме того, в течение года наметилась тенденция к ухудшению качества вод в центральном районе. ИЗВ здесь достигает значений 0,6 – 1,2, чему соответствует III класс качества воды, то есть умеренно загрязненные воды.

Наименее подвергаются загрязнению южный и восточный районы структуры.

Расчеты индекса загрязнения морских вод (ИЗВ) акватории структуры «КНК», выполненные на основе проб морской воды, взятых в весенний и осенний периоды 2002 года, показали, что средняя величина ИЗВ для поверхностного и придонного горизонтов составила 0.69. Исходя из среднего значения ИЗВ, согласно критериям, приведенным в табл. 4, воды акватории структуры относятся ко II классу качества, то есть являются чистыми, однако в некоторых районах структуры «КНК» воды относятся к классу умеренно загрязненных.

Характер пространственного распределения ИЗВ внутри структуры в 2002 году представлен на рис.6 и на рис.7.

На картах пространственного распределения ИЗВ видно, что воды южной периферии акватории структуры подверглись значительным загрязнениям по сравнению с предыдущим годом, но на данном этапе эти воды преимущественно соответствуют II классу качества, то есть являются чистыми. Воды северной периферии наиболее загрязнены, так как они, как отмечалось ранее, подвергаются не только влиянию «КНК», но и влиянию волжского стока. Здесь ИЗВ достигает значений 0,9 – 1,2. Качество вод данной территории соответствует III классу, то есть воды северной части являются умеренно загрязненными. Воды центральной части акватории (ст.4-2, 8) структуры, по сравнению с 2001 годом, подверглись значительным загрязнениям и теперь преимущественно соответствуют III классу качества, то есть являются умеренно загрязненными. Однако в конце года наметилась тенденция к снижению степени загрязнения. Также в конце года появилась тенденция к снижению степени загрязнения вод южного района структуры.

Расчеты индекса загрязнения морских вод (ИЗВ) акватории лицензионного участка КНК в весенний и осенний периоды 2003 года показали, что средняя величина ИЗВ для поверхностного и придонного горизонтов составила 0,58. Согласно критериям, приведенным в табл. 4, воды акватории структуры относятся к II классу качества, то есть являются чистыми.

Характер пространственного распределения ИЗВ внутри структуры в весенний и осенний периоды 2003 года представлен на рис.8 и рис.9.

Как уже говорилось ранее, на данном этапе воды акватории структуры «КНК» принадлежат ко II классу, однако на некоторых станциях (ст. 1–3, 1-2) в поверхностном слое юго-западной части структуры ИЗВ соответствовал IV классу (загрязненные). ИЗВ в этом районе составлял 1,1 – 1,5.

Ухудшение качества воды произошло и в северном районе. Здесь ИЗВ достигает значений от 0,95 до 1,45 при среднем значении 1,2. Таким образом, воды северной части акватории относятся к III классу качества, то есть умеренно загрязнены.

На остальной территории акватории структуры степень загрязнения морских вод достаточно низкая, ИЗВ здесь преимущественно не превышает 0,7. Таким образом, прослеживается тенденция к снижению степени загрязнения воды.

Выполненные расчеты индекса загрязнения морских вод (ИЗВ) акватории лицензионного участка «КНК» показали, что средняя величина ИЗВ составила 0,70. Исходя из этих данных, можно сказать, что воды акватории структуры, в целом, относятся ко II классу качества, то есть являются чистыми.

Характер пространственного распределения ИЗВ внутри структуры в осенний период 2004 года представлен на рис.10.

Внутри акватории структуры относительно загрязненными являются воды западной части, где ИЗВ изменялся от 0,76 до 0,98, при среднем значении 0,86, то есть воды на этом участке относятся к III классу качества – «умеренно загрязненные».

Также произошли изменения в качестве воды в южной и юго-восточной частях структуры. Здесь значение ИЗВ выросло вдвое, изменившись с 0,35 до 0,7, однако воды этой территории по-прежнему относятся ко II классу качества (табл.4).

Качество воды центрального района практически не изменилось по сравнению с предыдущим годом.

Итак, согласно полученным данным прослеживается относительная стабильность в характере изменения значений ИЗВ в исследуемый период.

Характер изменения ИЗВ отражен на рис.11.

Значения ИЗВ изменяются в пределах значений, соответствующих II классу качества воды (табл.4). Однако, исходя из того, что в течении исследуемого периода появлялись зоны с умеренно загрязненными и загрязненными водами, можно предположить, что увеличение числа таких зон приведет к повышению среднегодовых значений ИЗВ и перехода вод акватории структуры «КНК» в III класс качества (табл.4).

Заключение

Индекс загрязненности воды (ИЗВ) помогает учитывать вклад в загрязнение водоема многих веществ, но представить степень загрязнения в виде одного значения, а также позволяет определять классы качества воды. ИЗВ рассчитывается как сумма 6 приведенных фактических концентраций веществ наиболее приоритетных по данному водоему к их ПДК. При наличии данных по всем 6 веществам можно определить класс качества воды. Обязательными показателями для всех водоемов являются концентрация растворенного кислорода и БПК5. Расчеты ИЗВ для воды акватории структуры «КНК» производились с учетом содержания фенолов, свинца, меди и суммарного содержания нефтепродуктов, поскольку основным загрязнителем на данный момент является нефть.

По данным, полученным в результате анализа проб воды в период с 2001 по 2004 год, воды акватории структуры относились преимущественно ко II классу качества, то есть являлись чистыми. Динамика изменения значений ИЗВ четко не выражена. По имеющимся данным можно говорить об относительной стабильности в распределении среднегодовых значений ИЗВ, которые колеблются в пределах от 0,57 до 0,70.

Наиболее высокое среднегодовое значение ИЗВ характерно для 2004 года и составляет 0,70. Такое значение соответствует II классу качества, но оно достаточно близко к минимальным значениям ИЗВ морской воды III класса качества. Дальнейшее незначительное увеличение среднегодовых значений ИЗВ может привести к переходу вод структуры в класс «умеренно загрязненных вод».

В период с 2001 по 2002 год загрязнению подверглись центральная и южная части акватории структуры. В центральной части отмечена тенденция к росту степени загрязнения. Сильное загрязнение характерно и для северного района структуры. Вероятно, сильное загрязнение отдельных районов структуры в отмеченный период вызвало повышение значения среднегодового ИЗВ в 2002 году.

В период с 2002 по 2003 год увеличилась степень загрязнения юго-западной части при общем снижении среднегодового значения ИЗВ с 0,69 до 0,58.

В период с 2003 по 2004 год среднегодовое значение ИЗВ возрастает с 0,58 до 0,70. Вероятно это связано с увеличением значений ИЗВ в отдельных районах структуры, в частности в западном и восточном, где ИЗВ изменился с 0,3 до 1,0.

Наиболее загрязненным участком структуры на протяжении всего исследуемого промежутка времени являлась западная часть акватории, воды которой в 2001 и 2002 оцениваются как чистые, а в последующие годы как загрязненные (в 2003 году) и умеренно загрязненные (в 2004 году). Высокие значения ИЗВ в этом районе вносят значительный вклад в среднегодовое значение, повышая его и, соответственно, ухудшают степень качества воды.

Преимущественная загрязненность западного района на протяжении всего исследуемого периода времени позволяет сделать вывод о том, что основной вклад в загрязнение вносит транзитный сток, формирующийся в верхнем и среднем течении реки Волги. Это связано с тем, что сток реки в северной части моря делится на две ветви. Большая ветвь проходит вдоль западного побережья на юг, что и оказывает влияние на степень загрязнения западного района акватории структуры «КНК».

Выводы

1. Основным фактором загрязнения морской воды акватории структуры «КНК» в период с 2001 по 2004 год являлся волжский сток. В исследуемый период наиболее высокий уровень загрязнения был характерен для западного района акватории структуры, где значения ИЗВ соответствовали III и IV классам качества. Это связано с тем, что западный район наиболее подвержен волжскому стоку. Наибольшему загрязнению западный район структуры подвергся в 2003 году, когда значения ИЗВ колебались от 1,1 до 1,8 при среднем значении 1,45.

В период с 2001 по 2004 год, согласно полученным данным об изменении среднегодовых значений ИЗВ, воды акватории структуры «КНК» относились преимущественно ко II классу качества, то есть являлись чистыми. Однако встречались области, воды которых относились к III и IV классу качества. Это в основном западный и юго-западный районы.

В изменении среднегодовых значений ИЗВ наблюдается относительная стабильность. Среднегодовые значения колеблются в пределах значений ИЗВ II класса качества воды.

5. На исследуемый период времени помимо основного источника загрязнения, в качестве которого выступает волжский сток, большой вклад в загрязнение вод Каспия вносит нефтяное загрязнение, источником которого являются утечки при нефтедобыче и транспортировка нефти морским путем.

Список литературы

Бутаев А.М., Гаджиев А.З., Гасанов Ш.Ш., Монахов С.К. Современное состояние и возможное направление развития экосистемы Каспийского моря // Вестн. ДНЦ РАН. 1999. № 4. – С. 85-95.

Бухарицин П.П. Гидрологические процессы в Северном Каспии в зимний период: Автореф. диссертация д.г.н. – М.:ИВП РАН, 1996. – 62с.

Герлах С. А. Загрязнение морей. Диагноз и терапия. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. – 262 с.

Еремеева С.В.,Курапов А.А., Мельников С.А. Современное экологическое состояние северной части Каспийского моря в зимне-весенний период // Вестн. МАНЭБ. 1999. № 9. – С. 51-55.

Иванов В.П., Сокольский А.Ф. Научные основы стратегии защиты биологических ресурсов Каспийского моря от нефтяного загрязнения. Астрахань: Изд-во КаспНИРХа, 2000. – 181 с.

Каспийское море: гидрология и гидрохимия. М. Наука, 1986.

Касымов А.Г. Экология Каспийского озера. Баку, 1994. – 237 с.

Катунин Д. Н. Три беды // Волга, 2000. – №146 29 сент.

Катунин Д., Хрипунов И., Полянинова А. Проблемы экологии северной части Каспийского моря // Эковестник, 1998. №7.

Косарев А.Н. Гидрология Каспийского и Аральского морей. – М.: МГУ, 1975. – 272с.

Крицкий С. К. «Колебания уровня Каспийского моря» М. Наука, 1975.

Патин С.А. Экологические проблемы освоения нефтегазовых ресурсов морского шельфа. М.: Изд-во ВНИРО, 2001. – 350 с.

Попова Н.В., Андреев В.В. Проблемы загрязнения окружающей среды при хранении нефтепродуктов в условиях Астраханской области// VI Международная научно-практическая конференция «Экология и жизнь»: Сб. статей. – Пенза, 2003. – с.87-89.

Салманов М.А. Экология и биологическая продуктивность Каспийского моря. Баку, 1999. – 400 с.

Сапожников В.В., Торгунов Н.И., Катунин Д.Н., Беспарточный Н.П. Исследования гидрохимических изменений экосистемы Каспия в рейсе научно-исследовательского судна «Исследователь Каспия»// Океанология. – 2001. – Т.41. – №2. – С. 313-316.

Шапоренко С.И. Загрязнение прибрежных морских вод России// Водные ресурсы. – 1997. – №3. – Т.24. – С. 320-327.

www.caspinfo

Приложение

Рис. 4 Пространственная изменчивость средних (по статистическим квадрантам 30х30 км) ИЗВ в морской воде на структуре “КНК” в весенний период 2001г.

Рис. 5 Пространственная изменчивость средних (по статистическим квадрантам 30х30 км) ИЗВ в морской воде на структуре “КНК” в осенний период 2001г.

Рис. 6 Пространственная изменчивость средних (по статистическим квадрантам 30х30 км) ИЗВ в морской воде на структуре “КНК” в весенний период 2002г.

Рис. 7 Пространственная изменчивость средних (по статистическим квадрантам 30х30 км) ИЗВ в морской воде на структуре “КНК” в осенний период 2002г.

Рис. 8 Пространственная изменчивость средних (по статистическим квадрантам 30х30 км) ИЗВ в морской воде на структуре “КНК” в весенний период 2003г.

Рис. 9 Пространственная изменчивость средних (по статистическим квадрантам 30х30 км) ИЗВ в морской воде на структуре “КНК” в осенний период 2003г

Рис. 10 Пространственная изменчивость средних (по статистическим квадрантам 30х30 км) ИЗВ в морской воде на структуре “КНК” в осенний период 2004г

Рис.11. Динамика изменения средне годовых значений ИЗВ в период с 2001 по 2004 год

Размещено на