Динамика химических показателей воды реки Кача

Особенности функциональной организации водных экосистем Красноярского края заключаются в том, что русла большинства рек, имеющих промышленное, бытовое, рекреационное значение, находятся в непосредственной близости к крупным промышленным центрам. Поэтому ежегодно в водоемы попадает большое количество техногенных загрязнителей. При этом в масштабах такой крупной реки, как Енисей, негативное воздействие не столь заметно за счет большого разбавления, постоянного обновления вод и фильтрации. Малые реки не успевают справляться с техногенной нагрузкой. Например, р. Кача, нижнее течение которой находится в черте города, подвергается постоянному воздействию промышленных и автомобильных выбросов.

Кача является рекреационной жемчужиной г. Красноярска, как следствие, река испытывает постоянную антропогенную нагрузку. Ежегодно в весенне-летний сезон р. Кача выходит из берегов, смывая с поверхности почв загрязнители органической и неорганической природы. Негативное воздействие антропогенных и техногенных факторов проявляется на всех уровнях экосистемы. Однако в литературе об экологическом состоянии бассейна реки упоминается редко, а встречающиеся данные эпизодичны и разрозненны. Поэтому актуальным было изучение экологического состояния р. Кача по ряду физико-химических показателей.

Объекты и методы исследования

Экологическое состояние бассейна р. Кача оценивалось с использованием стандартных ландшафтных и гидрохимических методик [Алексеев и др. 1996; Афанасьев и др. 2001; Жаркова и др. 1984]. На первом этапе исследования составлялась ладшафтная карта территории бассейна реки и оценивалось влияние основных источников загрязнений. На втором этапе проводился пробоотбор из различных участков р. Кача с последующей оценкой физико-химических показателей воды. На третьем — проводилась оценка сезонной динамики основных химических показателей воды р. Кача. Химический анализ воды проводился с использованием общепринятых методик гидрохимического анализа [Жаченко 1994; Цугленок и др. 2004].

При оценке экологического состояния воды анализировались следующие показатели: содержание растворенного кислорода (по Винклеру) [Коростовенко и

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта КГПУ им. В.П. Астафьева (проект № 03-06-8 (ФП)).

др. 1998], окисляемость (методом Кубеля), pH, общая минерализация, общая жесткость, содержание общего железа [Цугленок и др. 2004], сумма тяжелых металлов, концентрация хлорид-, нитрат-, нитрит- и фторид-иоиов [Муравьев 1999; Новиков 1990]. Использовались методы титриметрического, фотоэлектроколориметр ическо го анализа [Митчелл и др. 1995]. Все полеченные значения сопоставлялись с ПДК и нормами, характерными для поверхностных пресных вод [Беспамятное и др. 1985]. Полученные результаты статистически обрабатывались с использованием приложения «Анализ данных» программы Excel.

Результаты и их обсуждение

Равнинность на большей части исследуемой территории смягчает резкость проявления ряда климатических процессов, поэтому континентальность климата здесь, по сравнению с другими территориями Средней Сибири, несколько меньше, однако климат, несмотря на небольшие смягчения, остается резко континентальным.

Рельеф и геологическое строение территории бассейна р. Кача неоднородны (рис. 1). На территории отрогов Восточного Саяна распространены отложения четвертичного периода, на территории Западно-Сибирской равнины — отложения девона и юры. Река Кача является левым притоком Енисея, начинается в предгорной зоне Восточного Саяна и впадает в него в районе г. Красноярска. Несмотря на свою относительно небольшую длину, р. Кача имеет довольно обширную гидрологическую сеть, из ее притоков выделяются такие реки, как: Бу-гач, Большой и Малый Арей, Еловка, Сухой Танык, Тамсул, Лиственка, Большой Ситик, Теплая. Кача берет начало от сливания рек Гладкая и Крутая Кача. Таким образом, р. Кача имеет обширную гидросистему, поэтому от ее состояния зависит экологическое благополучие всего бассейна.

Рис. 1. Рельеф и геологическое строение бассейна р. Кача

Учитывая рельеф территории бассейна, можно предполагать, что большое влияние на химический состав воды оказывают поверхностные стоки, которые в верхнем и среднем течении реки являются источниками большого количества органических веществ. Поэтому наиболее информативным для химического анализа воды является нижнее течение р. Кача, т. к. оно располагается в черте города и, следовательно, испытывает не только воздействие химических загрязнителей верхнего и среднего течения реки, но и дополнительное влияние техногенных поллютантов. Характер ветров свидетельствует о том, что основными источниками техногенного загрязнения являются автотранспорт, завод медицинских препаратов и в меньшей степени КРАЗ (6 % северо-восточного направления ветров). Поэтому при проведении химического анализа воды учитывалось влияние потенциальных источников поллютантов. Судя по данным, представленным в таблице 1, водородный показатель (pH) оставался в пределах нормы, что благоприятно характеризует условия жизнедеятельности водных организмов.

Таблица 1

Сезонная динамика некоторых химических показателей воды

Месяц	1 РН	ОзМЛ/л	Общая жесткость мг-экв / л	Температура | воздуха, °C |	Температура воды, °C
20.06.05	1 6	0,9		+25	+ 18
20.07.05	6	1,176		+26	+24
20.08.05.	6,2	5,9		+21	+ 17        i
i 20.09.05.	6	3,4	—	1       +9	+10
1 20.10.05.	8,1	0,8	2	1     +12
| 20.11.05.	7,2	1,9	4,7	1       "2	+5
20.01.06.	6,9	0,45	5,45	-23	+ 1
| 20.02.06	7	0,34	2,05	!     -19	+3
20.03.06	7,04	0,34	5.95	-21	+11
| 20.04.06	6,9	0,45	2,9	-11	+ 12
20.05.06	7,21	0,67	1,5	+17	i +15        1
| 20.06.06.	6.95	3,02	—	+23	1       +18_____|
20.07.06	7,22	5,37		+19	+16
20.08.06	7.4	7,62		+27	+21
Норма и ПДК	6,5-8,5	5-10	1,5-3 — мягкая 7-9 - жесткая	Нерегулируемый фактор	Нерегулируемый фактор

Примечание: * - показатель не определялся.

В большинстве проб величина pH была смещена в сторону слабощелочной среды, что свидетельствует об умеренном количестве карбонатов. Действительно, определение общей жесткости воды показало, что вода в реке мягкая.

Что касается содержания растворенного кислорода в воде, то этот показатель резко варьировал в течение всего года. Так, в июне 2005 г., объем кислорода, ра- створенного в .титре воды, составил 0,9 мл, в июле - 1,18 мл, в августе содержание кислорода увеличилось в 6,6 раз по сравнению со стартовым показателем и составило 5,6, что соответствует нижней границе нормы. Это может объясняться тем, что в весенний период происходило обильное таяние снега, Кача разливалась и смывала с поверхности органические вещества. Их окисление могло приводить к снижению концентрации кислорода в воде за счет активации восстановительных процессов, вследствие чего могли погибать аэробные гидробионты. Резкие колебания концентрации кислорода могут отрицательно сказываться на жизнедеятельности водных организмов. Так, для поддержания нормальной жизнедеятельности аэробным гидробионтам требуется кислорода от 5 до 10 мл на 1 л воды [Цитович 1994].

В сентябре 2005 г. содержание кислорода в воде р. Кача составило 3,336 мл/л, что ниже нормы в 2 раза. В октябре произошло резкое снижение содержания кислорода до 0,784 мл/л, что меньше летнего усредненного показателя практически в 10 раз. Содержание кислорода в воде в ноябре составило 1,904 мл/л, что ниже нормы в 4 раза. В зимние месяцы содержание кислорода было меньше, чем в осенние, в 4 раза и ниже нормы в 12,5 раз. Снижение концентрации кислорода в период с ноября по февраль может быть вызвано ледоставом, в результате чего снижается скорость диффузии кислорода в воду.

Как говорилось выше, наибольшая активность гидрохимических процессов приходится на весенне-летний период, поэтому мониторинг основных химических показателей воды проводили именно в этот сезон (табл. 2). Большинство показателей колебалось в пределах нормы. В период с апреля по август такие показатели, как общая минерализация, сумма тяжелых металлов, содержание нитрит-ионов, суммарного железа, хлорид-ионов, соответствовали норме.

При сравнении химических показателей окисляемости и содержания растворенного кислорода расчетный коэффициент корреляции показал, что они обладают сильной обратной зависимостью (кху=-0,88). Это означает, что при увеличении содержания кислорода снижается уровень восстановительных процессов в воде.

Таблица 2

Динамика некоторых физико-химических показателей воды р. Кача в весенне-летний период 2006 г.

Месяц	pH	Оа, мл/л	Ох. мгО/л	Железо общее, мг/л	СР, мг/л	1 МОз-, 1 мг/л	мо2-, мг/л	F-, мг/л	УТяжМе. моль/л	Общая минерализация, мг/л
Апрель	6,9	| 0,448	| 5,28	0,0056	17.75		1 I	0,0012	—	200
Май	7,21	| 0,672	| 4,64	0,0112	17,75		| 0.0069	0,0077	0,0001	210
I Июнь	6,95	| 3,024	| 1.12	0,56	35,5	—	—	1,75	—	430
| Июль |	7.22	| 5,376	| 2.08	0,112	35,3		—	1,4	0.0001	109.1
| Август |	| "4	| 7,616	0,16	0,112	53.25		| 0,02	1,4	0.0001	403 ||
, Норма ! 1 и ИДК |	1 6,5-| 8,5	1 5-10	| 0.5-10	0.3	350	45	1 01	1 0,7-1,5	0,0001	до 1000 J

Примечание: УтяжМе —сумма тяжелых металлов, Ох - перманганатная окисляемость.

Такая закономерность вполне оправданна, так как водный режим р. Кача постоянно меняется, особенно в весенне-летний период. Так, низкая концентрация кислорода и высокий уровень восстановителей приходятся на конец весны и начало лета, а оптимальных значений эти показатели достигают только в августе.

Несмотря на то что состояние воды р. Кача в августе характеризовалось как удовлетворительное, в период паводка (с апреля по июнь) содержание растворенного кислорода в воде было ниже нормы практически в 2 раза, что не удовлетворяет потребностям аэробных гидробионтов. По берегам реки, особенно в среднем течении, находится множество объектов, таких как огороды, пастбища, частные дома, автомобильные дороги. В период паводка Кача выходит из берегов, в результате чего с поверхности в реку постоянно смываются органические соединения, нефтепродукты, механический мусор и т. д., все это приводит к усилению процессов окисления и снижению содержания кислорода в воде. Поэтому необходимо расширять и укреплять береговую зону и осуществлять постоянный экологический мониторинг.

Судя по полученным данным, некоторые химические показатели превышали ПДК. Так, в июне 2006 г. было зарегистрировано превышение концентрации фтор ид-ионов (рис. 2). В апреле и мае не было зарегистрировано значимого количества фторидов, тогда как в июне этот показатель составил 1,5 ПДК. В последующие месяцы содержание фторид-ионов было чуть ниже ПДК. Это может быть вызвано достаточно низкой интенсивностью процессов разбавления в июле и августе, поскольку в этот период практически отсутствует вклад талых вод.

Рис. 2. Содержание фторид-ионов в воде р. Кача

Превышение ПИК фторид-ионов могло быть вызвано переносом поллютантов от КРАЗа (северо-восток города). По данным гидрометцентра, в Центральном районе г. Красноярска преобладают (45 %) ветра юго-западного направления и только 6 % принадлежит северо-восточным ветрам, однако этого количества достаточно для того, чтобы фториды аккумулировались в почве и впоследствии при выходе реки из берегов смывались в воду.

Таким образом, состояние р. Кача можно оценить как предельно напряженное, поскольку колебание значений такого важнейшего показателя, как растворенный кислород, в течение года выходит за пределы нормы, характерной для поверхностных пресных вод, поэтому необходимо разрабатывать природоохранные мероприятия для сохранения экоситемы бассейна реки.

Исследования, посвященные оценке экологического состояния р. Кача, поддержаны грантом КГПУ им. В.П. Астафьева Nq 03-06-1/ФП «Эколого-географическое изучение и экологический мониторинг реки Кача». Полученные данные легли в основу учебного видеоролика «Химический анализ воды на примере р. Кача».