Цимлянское водохранилище как геохимический барьер

Цимлянское водохранилище и Нижний Дон имеют определяющее значение для устойчивого экономического развития Ростовской области и повышения качества жизни населения. Они используются для судоходства, рыболовства, водоснабжения, гидроэнергетики.

Создание водохранилища привело к существенному изменению гидрологического режима бассейна Нижнего Дона и Азовского моря, снижению рыбопродуктивности. Интенсивное хозяйственное освоение водосборного пространства, и прежде всего водоохранных зон, привело к усилению негативного воздействия на экосистему Цимлянского водохранилища и Нижнего Дона. В настоящее время хозяйственное использование вод водохранилища, прежде всего, для питьевого и промышленного водоснабжения региона, затруднено из-за ряда проблем. Так, на сегодняшний день остро обозначились следующие основные проблемы Цимлянского водохранилища: загрязнение вод сточными водами от сосредоточенных и диффузных источников, расположенных в акватории водохранилища и в его водоохраной зоне; эвтрофикация - бурное развитие синезеленых микроводорослей («цветение»), приводящее к эвтрофикации и токсификации экосистемы; снижение рыбопродуктивности; разрушение берегов и заиление ложа водохранилища.

Рисунок 2.1 - Расположение створов наблюдений Цимлянского водохранилища в сети мониторинга поверхностных вод суши Росгидромета (? - пункт наблюдений, Х - вертикали)

К числу показательных биологических характеристик эвтрофирования водных объектов можно отнести увеличение содержания хлорофилла а, последовательную смену видовмикроводорослей с преобладанием синезеленых (Cyanophyta) и зеленых (Chlorophyta) водорослей, увеличение биомассы фитопланктона в целом.

Эвтрофирование приводит к изменению характера сезонной динамики и структуры фитопланктона. В фитоценозах снижается роль диатомовых (Bacillariophyta) и золотистых (Chrisophyta) водорослей, увеличивается - синезеленых (Cyanophyta) и динофитовых (Dinophyta). Также увеличивается роль хлорококковых зеленых (Chlorophyta) и эвгленовых (Euglenophyta) водорослей.

Известно, что в ответ на действие различных экологических факторов и антропогенных загрязнений на водные экосистемы в первую очередь изменяются физиологическое состояние и видовой состав первого трофического звена водных объектов - фитопланктона. Его изменения приводят к изменениям во всех остальных звеньях экосистемы. Численность, биомасса, таксономический состав, физиологическая активность фитопланктона позволяют сделать выводы о благополучии водоема или о его кризисном состоянии. Микроводоросли являются основой пищевой сети и необходимой частью сбалансированной экосистемы. Однако, слишком высокая концентрация микроводорослей может блокировать солнечный свет, уменьшать содержание кислорода, повышать содержание органических веществ за счет большого количества отмерших клеток. Таким образом, регистрация характеристик фитопланктона важна для оценки состояния водной среды в целом.

Концентрация хлорофилла а является косвенным показателем биомассы фитопланктона. Значения хлорофилла а очень сильно различаются по сезонам, годам, месту, поскольку концентрации определяются загрязнением, температурой, освещением, сезонами и климатическими условиями.

Высокие концентрации хлорофилла а, как правило, - это ответ на повышение содержания в воде органических питательных веществ, и свидетельство высокой биомассы водорослей в толще воды. Осаждение и последующее разложение отмерших микроводорослей в значительной степени ответственны за процессы снижения кислорода и явления гипоксии в поверхностных водах. Поэтому концентрации хлорофилла а служат важным показателем величины нагрузки питательными органическими веществами и потенциальной гипоксии.

Наиболее актуальной и признанной приоритетной в современный период Всемирной организацией здравоохранения является проблема токсичности синезеленых микроводорослей в питьевом и рекреационном водопользовании, усиливающая процессы токсификации экосистемы водохранилища. Адекватную оценку токсичности позволяет получить метод биотестирования. Ответная реакция гидробиоты на загрязнение гораздо показательнее сравнения измеренных концентраций химических элементов и соединений с ПДК. Значимость интегральной оценки качества вод растет с ростом антропогенной нагрузки в связи с тем, что экологический контроль прогрессирующего возрастания количества новых химических веществ невозможен, к тому же он осложнен аддитивностью и синергетическим действием большинства соединений. Только сама биота может дать оценку суммарного токсического действия загрязняющих веществ, которое является одной из главных причин негативных последствий антропогенного загрязнения поверхностных вод.

Помимо того, что метод биотестирования наиболее показателен с экологической точки зрения, его применение более целесообразно и в экономическом плане, поэтому часто предвосхищает ресурсоемкие гидрохимические исследования.

На сегодняшний момент в условиях эвтрофикации и токсификации водохранилищ особо важным представляется изучение экотоксичности компонентов экосистем.

Глава 3 Анализ исследования и рекомендации

.1 Эколого-геохимический  анализ загрязнения Цимлянского  водохранилища

Сопряженный анализ картографических материалов и других источников информации по данному участку и всему району исследования показывает, что большая часть экологических проблем по их проявлению во времени являются унаследованными. Отправной точкой их возникновения можно считать момент зарегулирования стока р. Дон и заполнения Цимлянского водохранилища, а также период масштабного освоения целинных земель и интенсификации сельскохозяйственного производства, когда сухостепные ландшафты водосборной территории подверглись коренной трансформации. Следствием экологически неадаптивного гидрологического режима и нерационального водо- и природопользования являются загрязнение и снижение качества поверхностных и подземных вод, заиление ложа водохранилища, эвтрофикация, зарастание мелководий макрофитами, снижение рыбопродуктивности, усиление эрозионных процессов, переработка берегов, затопление и подтопление хозяйственно освоенных территорий и др.

С селитебными и производственными центрами тесно увязано загрязнение акваториии водоохранной зоны водохранилища сточными водами, нефтепродуктами, отходами промышленного и сельскохозяйственного производства, твердыми бытовыми отходами (ТБО), что обусловлено отсутствием или недостаточной мощностью канализационных и очистных сооружений в населенных пунктах, отсутствием систем ливневой канализации, а также налаженной системы сбора и утилизации отходов. В общей сложности в водоохранной зоне Цимлянского водохранилища расположено более 200 хозяйственных объектов, среди которых основными источниками загрязнения являются - Калачевский порт и сопутствующие производственные объекты, промышленные центры (Волгодонск, Цимлянск, Калач-на-Дону, Котельниково), крупные населенные пункты. Потенциальную опасность для водохранилища, как источника централизованного питьевого водоснабжения, представляют Ростовская АЭС (Волгодонск) и строительная площадка в районе станции Ложки (в связи с намечающейся реконструкцией существующего железнодорожного моста).

Проблема загрязнения поверхностных и подземных вод бассейна Цимлянского водохранилища требует отдельного, более детального изучения. И только после этого можно говорить о возможности и способах ее пространственной локализации. Одной из проблем, создающих трудности рационального использования водохранилищ является эвтрофикация, которая обычно сопровождается массовым развитием сине-зеленых водорослей и зарастанием мелководий макрофитами. Основными факторами, вызывающими эти процессы, являются: гидротехническое строительство, связанное с зарегулированием и изъятием стока для орошения; усиленное поступление биогенных веществ (поверхностный смыв органики и удобрений) с окультуренных площадей; сброс ливневых и сточных вод (бытовых, промышленных, животноводческих комплексов). Массовое развитие сине-зеленых водорослей в Цимлянском водохранилище в теплое время года наносит большой ущерб системам водоснабжения (создание препятствий для водозабора) и в целом качеству воды, ухудшает условия обитания и воспроизводства ценных промысловых и редких видов рыб. Летнее «цветение» воды и зарастание мелководий в той или иной степени характерны для всей акватории водохранилища.

Наибольшее развитие, как показывают результаты дешифрирования космических снимков, они получили на Приплотинном (гг. Цимлянск и Волгодонск), Потемкинском (х. Красноярский) и Верхнем (от г. Калач-на-Дону до х. Ляпичев,) плесах, что в целом подтверждается данными других авторов.

Опасность развития абразионных процессов на берегах водохранилища оценивалась еще на стадии разработки проекта строительства Цимлянского гидроузла. В связи с этой проблемой был дан прогноз на длительный период времени, созданы посты наблюдений, работающие в режиме мониторинга. Как и прогнозировалось, процесс переформирования берегов водохранилища не прекратился со временем, что обусловлено, прежде всего, широким распространением лессовых отложений и режимом функционирования самого водоема с постоянным колебанием уровней воды в процессе наполнения-сработки. В настоящее время из 912 км береговой линии Цимлянского водохранилища, более 165 км берегов подвержены процессам переформирования и требуют проведения берегоукрепительных работ. На отдельных участках протяженность абразионных берегов достигает 40 км и более. Наиболее интенсивному разрушению подвержен левый берег водохранилища, где продвижение бровки коренного берега близ х. Приморский с 1953 по 2009 гг. составило 306 м, а рассчитанная средняя величина значения за год - 3.7 м. По правому берегу последний показатель составляет - 2.1 м. Помимо того, что разрушение берегов создает проблему для сельскохозяйственных угодий и населенных пунктов, серьезная проблема нарастает в связи с тем, что разрушенный материал поступает в водоем, изменяется фарватер, снижаются его глубины, увеличиваются площади мелководий. Это обусловливает существенное снижение качества управления режимами наполнения и сработки водохранилища.

На современном уровне знаний о береговых процессах и явлениях целесообразно говорить не только о переработке берегов водохранилищ, но и о формировании новых инженерно-геологических условий в зоне побережий, которые определяются комплексом эндогенных и экзогенных факторов. В условиях распространения лессов подпор грунтовых вод провоцирует развитие суффозионных процессов. Эти процессы получили широкое развитие на побережье Приплотинного плеса в районе г. Волгодонск и обусловили деформацию и просадку зданий на обширной площади.

Немаловажную роль в формировании общей экологической ситуации играют пожары, периодически возникающие на водосборной территории в результате несоблюдения мер экологической безопасности в различных сферах хозяйственной деятельности (сельскохозяйственные работы, неорганизованный отдых, намеренные поджоги травы фермерами) и распространяющиеся на водоохранную зону водохранилища.

Приблизительная площадь регулярно возникающих пожаров в ближайшем водосборе водохранилища, рассчитанная по космическим снимкам 2005-2010 гг., составляет около 1 200 км.

Самыми многочисленными и обширными также являются проблемы, связанные с распашкой и выпасом в водоохранных зонах и на эрозионно-опасных склонах, которые распространены на всей территории исследования и четко приурочены к зонам влияния населенных пунктов. Они сопровождаются деградацией почвенно-растительного покрова, высоким проявлением линейной (с образованием водороин, борозд, оврагов) и плоскостной эрозии (вплоть до сильной степени смытости почв), нарушением баланса в системе твердый сток - транспортирующая способность водотока, загрязнением территории и акватории навозом.

Неорганизованный отдых, получивший широкое развитие в последние годы, провоцирует многочисленные точечные конфликты разной интенсивности, которые распространены практически повсеместно в береговой зоне водохранилища, особенно в устьях питающих водохранилище рек (Голубая, Чир, Донская Царица, Мышковаидр.), бухтах с удобными подъездами к берегу и на пляжах песчаных массивов. Следствием этого являются вытаптывание и выжигание растительности, несанкционированные рубки древесных насаждений, загрязнение территории ТБО.

В пределах Верхнего плеса и зоны подпора выделяются Голубинский, Калачевский, Карповский и Ляпичевский участки с широким развитием процессов эвтрофикации, а также значительным загрязнением водоохранной зоны и акватории. На прилегающих водоразделах значительные площади подвержены пожарам. В водоохраной зоне Чирского плеса наибольшее распространение получили распашка земель и абразионное разрушение берегов, особенно на Нижнечирском и Верхнерубежном участках. В средней части водохранилища (Потемкинский плес) наибольшее распространение имеют зарастание мелководий, распашка и пожары на территории ближайшего водосбора и водоохраной зоны. Наиболее проблематичными здесь являются Поповско-Водяновский и Красноярский участки. На правом берегу в пределах природного парка «Цимлянские пески» (Волгоградская область) периодически отмечается нарушение регламентов ООПТ «дикими» туристами, охотниками и рыболовами. На Приплотинном плесе водохранилища вдоль правого берега на территории водоохранной зоны конфликтную ситуацию создает распашка, а в районах гг. Волгодонска и Цимлянска - загрязнение промышленными и коммунальными стоками, эвтрофикация воды и развитие абразионных процессов.

Загрязнение поверхностных вод Цимлянского водохранилища на всех участках происходит за счет поступления загрязняющих веществ с поверхности, то есть инфильтрации в водоносные горизонты сточных вод из приемников жидких отходов, либо атмосферных осадков через твердые промотходы с выносом растворенных загрязняющих веществ в подземные воды. Загрязнению подвержены водоносные горизонты, залегающие в районе размещения техногенных объектов первыми и вторыми от поверхности земли. В большинстве случаев установленные очаги загрязнения подземных вод связаны с промышленностью, на их долю приходится 51 %. Наиболее распространенными показателями загрязнения в подземных водах являются: ХПК, БПК5, БПК полн., реже окисляемость перманганатная, формальдегид, сульфиды, капролактам, толуол, фосфаты и нефтепродукты. Загрязняющими веществами на водозаборах являются в основном нефтепродукты, реже сероводород (4-й класс опасности) и перманганатная окисляемость.

3.2 Рекомендации по экологическому  восстановлению Цимлянского водохранилища

Водные ресурсы особым образом представляют экологическую, социальную, экономическую и культурную ценность, поэтому их экологическая безопасность является весьма важным аспектом в обеспечении национальной безопасности.

Цимлянское водохранилище является единственным источником питьевого водоснабжения города Волгодонска и технического водоснабжения предприятий города. В настоящее время происходит заиление водохранилища, что приводит к нарушению его экологической безопасности. Для поддержания устойчивости эксплуатации Цимлянского водохранилища необходимо осуществлять локальную очистку его дна. При решении этой проблемы необходимо вырабатывать и применять инновационные подходы и методы.

В Ростовской области нет предприятий, осуществляющих очистку водных объектов от донного ила и его переработку. В связи с этим для очистки Цимлянского водохранилища от донного ила и его дальнейшей переработки существует разработанная процессно-аппаратурная схема, состоящая из четырех взаимосвязанных узлов: сбор и транспортировка ила из водохранилища, обезвоживание донных отложений, сушка обезвоженных донных отложений, пылеулавливание. Результатом переработки донного ила является натуральный продукт без каких-либо добавок и примесей, который представляет собой сухое твердое вещество [8].

Донный ил, переработанный по предложенной схеме можно использовать при производстве экологически чистых удобрений, кормовых добавок, добавок для рекультивации почв. Следует отметить, что потенциальным заказчиком переработанного донного ила может быть администрация города, а именно службы, осуществляющие надзор в области охраны окружающей среды и природопользования (ежегодное бюджетное финансирование мероприятий по благоустройству).