Гидрохимический анализ воды р. Енисей для целей ирригации

Введение. Проблема качественного истощения водных ресурсов вследствие их за -грязнения особенно остро обозначилась в последние десятилетия. Антропогенный фактор в формировании химического состава вод становится по значимости в один ряд с природными геохимическими и биологическими процессами. Преобразование водосборов, трансграничные, индустриальные и хозяйственнобытовые прямые сбросы, неорганизованные стоки приводят к изменению геохимических циклов элементов в системе водосборов, появлению токсичных компонентов в водной среде, что в конечном итоге ухудшает качество вод. По характеру и степени воздействия оросительной воды на почвы выделено 4 класса качества оросительной воды, отражающие опасность развития общего и хлоридного засоления, натриевого (№⁺/Са²⁺) и магниевого (Мд²⁺/Са²⁺) осолонцевания и содообразования. Применение оросительной воды 1-го класса не имеет ограничений, использование воды 2, 3, 4-го классов обусловлено ограничениями, количество которых возрастает к 4-му классу [2, 4, 7].

Цель исследования: оценить качество воды р. Енисей для целей орошения при вы -ращивании овощных культур.

Объекты и методы исследования. Объекты исследования - пробы воды р. Енисей в районе с. Атаманово. Наблюдения за ирригационными качествами источника орошения проводились путем отбора проб воды в течение вегетационного периода с мая по август в соответствии с нормативными требованиями. Оценка состояния загрязнения водных объектов и тенденция изменения качества вод произведена по комплексному показателю - комбинаторному индексу загрязнения воды (КИЗ), разработанному в Гидрохимическом институте [6].

Результаты исследования. При оценке пригодности воды для орошения, как и для питьевой, нельзя установить жестких норм, поскольку в каждом случае, помимо каче-ства используемой воды, приходится учитывать особенности почв и гидрогеологические условия территории. Благоприятный естественный дренаж, создающий отток вод с орошаемого массива, или глубокое залегание грунтовых вод исключают значительное накопление солей. Однако при неглубоком залега -нии грунтовых вод, плохо фильтрующих грун -тах и отсутствии дренажа засоление будет протекать весьма интенсивно. В этом случае поливные воды еще больше повысят уровень грунтовых вод, усилят испаряемость, увели -чат минерализацию и засоление почв.

Химический состав и загрязненность оросительной воды влияют на плодородие почвы, водопотребление, урожайность, качество сельскохозяйственной продукции и, соответственно, на здоровье людей. Качество оросительной воды оказывает влияние и на сохранность, долговечность, надежность функционирования дождевальной техники и сооружений оросительных систем. В орошаемом земледелии формируется наиболее сложная пятизвенная водно-трофическая система: «вода-почва-рас-тение-животное-человек». По мере прохождения звеньев этой системы загрязняющие вещества накапливаются, трансформируются, теряют или приобретают токсичность.

К антропогенным загрязнителям бассейна реки Енисей в пределах г. Красноярска можно отнести:

• - неочищенные сбросы промышленных предприятий и ливневые сточные воды с сели-

• тебных территорий, поступающие непосредственно в водные объекты в местах их выпуска;

• – накопители городских и промышленных сточных вод, из которых загрязняющие вещества мигрируют в поверхностные воды с грунтовыми (дренажными) водами;

  – накопители промышленных отходов (в основном – золоотвалы ТЭЦ), из которых загрязняющие вещества поступают в водные объекты преимущественно через грунтовые воды и частично – с поверхностным стоком дождевых и талых вод.

Установлено, что в р. Енисей, в районе с. Атаманово, минерализация воды в реке колеблется в пределах от 113 до 147 мг/л (ПДК 1000 мг/л). Содержание растворенного в воде кислорода во все сезоны года находится в оптимальных величинах – 10,2 до 13,3 мг/л (ПДК 6,0 мг/л). Весьма большое значение имеет растворенный кислород природных вод, поскольку его присутствие определяет степень аэриро-ванности воды и возможность существования в ней жизни. Величина БПК5 колеблется от 1,2 до 2,7 мг О2/л (ПДК 3 мгО2/л); азота аммонийного – от 0,12 до 0,27 мг/л (ПДК 0,5 мг/л). В оросительный период отмечается загрязненность очень высокого уровня железом и медью – от 0,20 до 0,38 мг/л и от 3,7 до 8,6 мг/л соответственно [1]. Содержание загрязняющих веществ в воде р. Енисей в среднем за три года представлено в таблице.

Содержание загрязняющих веществ в воде р. Енисей (в среднем за три года)

Критерий оценки качества воды в этот оросительный период был оценен по ирригационному коэффициенту Стеблера, установлено, что данный коэффициент равняется 1,65 и характеризует качество поливной воды как неудовлетворительное.

Что касается показателей ирригационного коэффициента (натрия, хлора и сульфатов), то наблюдается следующая тенденция: происходит увеличение содержания этих веществ к концу вегетационного периода: натрия – от 3,5

до 5,4 мг/л; хлора – от 2,7 до 4,1; сульфатов – от 10,6 до 15,4 мг/л.

Содержание взвешенных веществ в среднем за 3 года составило 5,78 мг/л. Концентрация взвешенных частиц (грубодисперсных примесей) зависит от антропогенных факторов, таких как сельское хозяйство, промышленность. Взвешенные частицы влияют на прозрачность воды и на проникновение в нее света, состав растворенных компонентов вод, адсорбцию токсических веществ. Содержание синтетически поверхностно-активных веществ за годы исследований в среднем составило 0,03–0,05 мг/л. Вода имеет нейтральную (слабощелочную) реакцию среды – рН колеблется в пределах 7,3– 7,8. Температура воды в самый холодный период года в январе составила 0,5–2,0 ºС, а максимальная температура зафиксирована в августе – 12,2–13 ºС.

В годы исследования была изучена динамика содержания тяжелых металлов по месяцам (железа общего, меди, цинка, никеля, кадмия) в воде водоисточника. Установлено, что тяжелые металлы при антропогенном рассеивании загрязняют окружающую среду, оказывая токсическое действие даже в малых концентрациях их биоаккумуляции в живых организмах и природных экосистемах.

Динамика загрязнения железом. Содержание железа в среднем за три года составило 0,31 мг/л, что превышает предельно-допустимые показатели нормативов качества водных объектов для рыбохозяйственного назначения более чем в три раза, а для нормативов качества водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового пользования находится на уровне предельно допустимых концентраций. Антропогенными источниками железа являются сточные воды и шламы металлургического, химического, нефтехимического, фармацевтического, лакокрасочного, текстильного производств; коррозия [3].

Динамика загрязнения медью . Концентрация меди в воде во все годы исследований значительно превышало нормативные показатели. Самые высокие концентрации этого элемента зафиксированы в 2012 г. и средний показатель составил 9,10 мг/л, в 2013 г. – 5,89 мг/л. Содержание меди превышает предельно допустимые показатели хозяйственно-питьевого и культурнобытового пользования в 9–6 раз. К антропогенным источникам меди можно отнести: стоки предприятий цветной металлургии, медьсодержащие удобрения и пестициды, сжигание топлива. Медь относится к микроэлементам, которые необходимы всем живым организмам. Однако, когда содержание этого металла становится слишком высоким, из полезного микроэлемента он превращается в опасный загрязнитель. В смесях медь и цинк, медь и кадмий проявляется эффект синергизма [5].

Динамика загрязнения цинком. Во все годы исследований содержание цинка превышало предельно допустимые концентрации в среднем в 3,3–2,2 раза. Наибольшее содержание цинка обнаружено в 2013 г., наименьшее – в 2011 г. В условиях 2011 г. максимальное значение зафиксировано в июле (55 мг/л), минимальное значение – в сентябре (5 мг/л). В годовом цикле 2012 г. максимальные значения зафиксированы в июне и августе – 54–55 мг/л. Минимальное значение – в январе (3,4 мг/л). Максимальное содержание цинка за все годы наблюдений было отмечено в январе 2013 г. и составило 8,6 мг/л, что превышает нормативные показатели в 8,6 раз. Минимальные значения зафиксированы в июне – 10 мг/л. Смеси цинка и меди, цинка и никеля обладают синергизмом. В смеси с кадмием цинк проявляет эффект антагонизма. Цинк содержится в сточных водах химического, деревоперерабатывающего, текстильного, бумажного, цементного производства.

Динамика загрязнения никелем. По данным наблюдений, 2011 г. охарактеризовался самым высоким средним содержанием этого элемента в воде – 12,5 мг/л, что превышает предельно допустимые концентрации в 625 раз. Максимальные значения зафиксированы в июне (23 мг/л), минимальные – в марте (5,1 мг/л). В условиях 2012 г. максимальные значения отмечены в октябре (14 мг/л), минимальные – в феврале (0,2 мг/л). В 2013 г. концентрация этого элемента сильно варьировала по месяцам с максимальных значений (0,16 мг/л) в апреле и минимальных (0,022 мг/л) в ноябре.

Динамика загрязнения кадмием. По классу опасности кадмий относится ко 2-му классу и по нормативным качествам воды водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования содержание данного элемента не должно превышать 0,001 мг/л. Лимитирующим показателем вредности является санитарно-токсикологический. По данным наблюдений, максимальное содержание в среднем было обнаружено в 2011 г. – 0,0075 мг/л. А минимальное содержание в среднем – в 2013 г. – 0,0009 мг/л. Если рассматривать по годам, то в феврале 2011 г. наблюдалось максимальное содержание – 0,0038 мг/л, а минимальное содержание – в 2013 г. – 0,0001 мг/л.

Выводы

• 1.    Основными антропогенными загрязнителями воды р. Енисей являются населенные пункты и промышленные предприятия, находящиеся в его водосборной площади.

• 2.    Ирригационная вода по содержанию и соотношению ионов Na, K, Ca, и Mg является оптимальной для выращивания всех сельскохозяйственных культур, включая овощные культуры.

• 2.    По содержанию исследованных тяжелых металлов по жестким нормативам вода водоисточника относится к грязным.