ТЕМПЕРАТУРНАЯ ДИНАМИКА ГИДРОХИМИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ВЕРХОВЬЕВ БОЛЬШОГО ВАСИЛЬЕВСКОГО ОЗЕРА

ТЕМПЕРАТУРНАЯ ДИНАМИКА ГИДРОХИМИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ВЕРХОВЬЕВ БОЛЬШОГО ВАСИЛЬЕВСКОГО ОЗЕРА 

Кульнев В. В. 

ООО НПО «Альгобиотехнология», г. Воронеж, Россия 

Естественные процессы самоочищения замкнутых водоемов природного происхождения зависят от температуры воды. 

Большое Васильевское озеро расположено на территории Ставропольского административного района Самарской области, вблизи г. Тольятти, и входит в систему Васильевских озер. 

Васильевские озёра расположены в зоне активного влияния Северного промышленного узла Тольятти, куда входят предприятия по производству синтетического каучука, азотных и фосфорных удобрений, завод цементного машиностроения и Тольяттинская ТЭЦ, а также в зоне действия садово-дачных кооперативов, активно поставляющих в водоёмы биогенные элементы [2]. 

Целью данной работы является установление взаимосвязи между процессами самоочищения, происходящими в замкнутых природных водоемах на примере Большого Васильевского озера. 

Для изучения химического состава ежемесячно отбирались пробы воды из верховьев водоема (N 53°32`301``; E 49°31`191``), пломбировались и вместе с протоколами отбора проб, отправлялись в Приволжское УГМС [1], где проводилось измерение содержания пяти компонентов, таких как нефтепродукты, железо, марганец, биохимическое и химическое потребление кислорода. Содержание растворенного в воде кислорода и рН – определялись на месте. 

Данные по измеряемым показателям представлены в таблице 1. 

Таблица 1 – исследуемые гидрохимические показатели

Показатель	Размерность	Август	Сентябрь	Октябрь	ПДК
БПК5	мгО2/дм3	15,74	11,13	8,88	2,0
ХПК	мгО2/дм3	650	168,8	175,0	15,0
Feобщ	мг/дм3	0,027	0,02	0,02	0,1
Mn	мг/дм3	55	21,0	43	10
Нефтепродукты	мг/дм3	0,35	0,139	0,282	0,05
O2	мг/дм3	8,9	12,1	11,6	Не менее 4,0
tводы	0С	21,0	12,1	8,0	-

На основе данных таблицы 1 был проведен анализ степени загрязнения воды исследуемыми компонентами. Для наглядности информация представлена в графическом виде (рис. 1 – 6).

Рис. 1

Рис. 2

Рис. 3

Рис. 4

Рис. 5

Рис. 6

 

Как видно из рисунков, по всем загрязняющим компонентам и показателям имеется тенденция снижения концентрации, за исключением растворенного кислорода. 

Нередко для оценки качества воды используют индекс загрязнения воды (ИЗВ), являющийся интегральным показателем. Его рассчитывают по гидрохимическим показателям, часть из которых – химическое потребление кислорода (ХПК) и биохимическое потребление кислорода (БПК₅)– обязательные, в силу того, что являются основными показателями оценки качества воды. 

Вместе с этим, при его расчете могут использоваться значения концентрации биогенных компонентов, нефтепродуктов, тяжелых металлов, фенолов, АСПАВ, других компонентов, а также макрокомпонентов химического состава воды, которые разделяются на две группы. К катионной группе относят ионы кальция, магния, натрия и калия. Хлориды, гидросульфаты и гидрокарбонаты составляют анионную группу. 

Индекс загрязнения рассчитывается по формуле:

Ci – концентрация компонента (в ряде случаев - значение параметра); 

N – число показателей, используемых для расчета индекса; 

ПДК_i – установленная величина для соответствующего типа водного объекта.

В нашем случае (рис. 7) при расчете ИЗВ использовались такие компоненты как биохимическое потребление кислорода, общее железо, марганец, нефтепродукты и химическое потребление кислорода. Выбор этих компонентов не случаен. БПК₅ и ХПК – обязательные компоненты. Загрязнение железом и марганцем имеет исключительно природное происхождение, а среди многочисленных компонентов техногенного загрязнения были выбраны нефтепродукты, в силу близости к озеру автомобильных дорог.

Рис. 7

 

В зависимости от величины ИЗВ участки водных объектов подразделяют на классы (Таблица 2.) 

Таблица 2 – ранжирование качества вод в зависимости от значения ИЗВ.

Воды	Значения ИЗВ	Классы качества воды
очень чистые	до 0,2	1
чистые	0,2-1,0	2
умеренно загрязненные	1,0-2,0	3
загрязненные	2,0-4,0	4
грязные	47,0-6,0	5
очень грязные	6,0-10,0	6
чрезвычайно грязные	>10.0	7

Как видно из рисунка 7 индекс загрязнения воды имеет тренд на снижение. В августе воды имели седьмой класс качества и характеризовались как чрезвычайно грязные. Основной вклад в формирование данной ситуации внесли высокие значения ХПК и БПК₅. В сентябре-октябре ситуация поменялась, и вода стала относиться к пятому классу, то есть характеризовалась как грязная. Как видно из приведенных ниже данных корреляционного анализа, произошло это вследствие снижения температуры воды. 

Для понятия причины происходящих процессов был использован корреляционный анализ между содержанием загрязняющих компонентов и температурой воды, а также между концентрацией поллютантов и биомассой водорослей по таксонам. 

В таблице 3 приведены значения значимых (>±0,5) коэффициентов корреляции (Кк). Положительное значение Кк свидетельствует об однонаправленности происходящих процессов, если процессы идут разнонаправлено, то значение Кк отрицательное.

 

Компонент	tводы	Растворенные кислород	Биомасса синезеленых	Биомасса зеленых	Биомасса диатомовых
БПК5	0,99	-0,89
ХПК	0,95	-0,99
Железо общее	0,95	-0,99
Марганец	0,54	-0,85	-0,90	-0,74	-0,85
Нехтепродукты	0,51	-0,84	-0,92	-0,76	-0,87
Растворенный кислород	-0,89	1		0,96	0,99

Как показало использование корреляционного анализа (см. таблицу 3), температура воды играет важную роль в снижении БПК₅, ХПК, поскольку изменение значений данных показателей напрямую зависит от количества растворенного в воде кислорода. На снижение содержания общего железа, марганца и нефтепродуктов повышение концентрации растворенного кислорода также оказывает доказанное влияние. Причем, как видно из таблицы 3, в одинаковых температурных условиях, большую подверженность к окислению демонстрирует общее железо, в отличие от марганца. Окисление нефтепродуктов в данных условиях происходит наименее интенсивно. Как известно, при понижении температуры жидкости растворимость в ней газов увеличивается, а твердых веществ уменьшается. Этот закон подтвердился и в нашем случае. 

Весьма интересными оказались результаты корреляции между концентрацией исследуемых компонентов и биомассой водорослей по таксонам. Для их интерпретации были построены графики, отражающие динамику изменения биомассы водорослей по таксонам в течение периода мониторинга, из которых видно, что биомасса всех таксонов водорослей в течение периода мониторинга имеет слабый тренд на снижение (рис. 8 – 10).

Рис. 8

Рис. 9

Рис. 10

 

Выявлено, что при снижении биомассы водорослей растет содержание растворенного в воде кислорода, о чем свидетельствует отрицательная корреляция (таблица 3). Синезеленые водоросли в данный временной отрезок вегетационного периода не выделяют кислород, и расходуется он на разложение их биомассы. Об этом свидетельствует отсутствие корреляционной зависимости. Тенденция к росту растворенного кислорода, обусловлена активной вегетацией зеленых и диатомовых водорослей. 

Анализ корреляции между содержанием растворенного кислорода и содержанием других исследуемых компонентов показывает, что при увеличении концентрации кислорода происходит снижение показателей и содержания загрязняющих веществ. А так как основными продуцентами кислорода в водоеме, в независимости от этапа вегетационного периода являются зеленые водоросли, то биологическая реабилитация путем структурной перестройки фитопланктонного сообщества является эффективным способом улучшения качества воды по гидрохимическим, органолептическим, гигиеническим и санитарным показателям. 

 Литература 

1. ГОСТ Р 51592-2000 «Вода. Общие требования к отбору проб» 

2. Номоконова В. И., Выхристюк Л. А., Тарасова Н. Г. Трофический статус Васильевских озёр в окрестностях г. Тольятти // Известия Самарского научного центра Российской академии наук: журнал. — Самара, 2001. — В. 2. — Т. 3. — С. 274-283.