Введение к работе
Актуальность темы исследования. Высокий уровень антропогенного воздей-
ствия является одной из главных причин, вызывающих нарушение экологического состояния и ухудшение качества воды рек, озер и водохранилищ. В этих условиях проблема качества воды водных объектов, используемых для нужд питьевого водоснабжения, рыбного хозяйства и рекреации, с каждым годом обостряется.
Поступление загрязняющих веществ в водные объекты осуществляется от точечных и диффузных источников загрязнения. В настоящее время только точечные источники являются регулируемыми, и через них производится сосредоточенный сброс загрязняющих веществ в водные объекты в составе сточных вод. Перегруженность водных объектов загрязненными сточными водами убедительно доказывает, что действующая система регулирования антропогенного воздействия недостаточно эффективна.
На крупных водохранилищах Нижней Волги особую тревогу вызывают процессы антропогенного эвтрофирования, инициируемые избыточным привносом в воду биогенных элементов за счет хозяйственной деятельности, что приводит к росту первичной продукции и взрывному размножению и массовому развитию водорослей и высших водных растений, вызывающих т.н. «цветение» воды. С процессами эвтрофирования связаны серьезные негативные последствия для функционирования водных экосистем и для всех типов водопользования. Проблема обостряется в маловодные годы, когда из-за массового развития синезеленых водорослей качество воды резко ухудшается и возникает угроза устойчивому водопользованию. Некоторые виды синезеленых водорослей при массовом отмирании клеток и их разложении продуцируют разнообразные вторичные метаболиты – цианотоксины, которые аккумулируются в водной экосистеме, иногда подвергаясь трансформации и сохраняя при этом токсичность. Ежегодно во всем мире фиксируются случаи гибели рыб.
Основным механизмом регулирования точечных источников является разработка для них нормативов допустимых сбросов (НДС) загрязняющих веществ в водные объекты. Главным недостатком действующей методики расчета НДС является использование в качестве критериев нормирования предельно допустимых концентраций (ПДК), значения которых определяются видом водопользования и не учитывают природных особенностей водных объектов.
Цель работы – совершенствование принципов и методики регулирования сброса загрязняющих веществ в водные объекты на основе учета их природных особенностей.
Задачи исследования:
-
оценить влияние экстремальных погодных условий (жаркое и сухое лето) на процесс антропогенного эвтрофирования водохранилища;
-
дать количественную оценку пространственного разнообразия гидрохимического фона поверхностных вод на водосборной территории Саратовского водохранилища в период летней межени;
-
определить сезонную изменчивость гидрохимического фона Саратовского водохранилища и его боковых притоков по данным многолетних ежемесячных наблюдений;
-
сформулировать принципы бассейнового подхода при регулировании антропогенного химического воздействия на водные объекты с учетом их природных особенностей;
-
разработать способ расчета бассейновых допустимых концентраций (БДК) по данным мониторинга водных объектов;
-
предложить пути совершенствования действующей методики расчета нормативов допустимого сброса (НДС) загрязняющих веществ в водные объекты на основе бассейновых допустимых концентраций (БДК).
Методология и методы исследования. В основу исследований положен биогеохимический подход к регулированию антропогенного воздействия на водные объекты. Организация и ведение мониторинга водных объектов осуществлялись на основе действующих нормативных документов в системе Росгидромета. Обработка, обобщение и анализ материалов исследований базируется на методах водной экологии, процедурах формирования базы данных с использованием ГИС-технологий и методах математической статистики.
Научная новизна работы. Предложена концепция бассейнового нормирования и регулирования антропогенного химического воздействия, основанная на учете природных особенностей формирования гидрохимического фона водных объектов. Впервые для рек Волга, Самара, Сок, Большой Кинель, Чапаевка, Малый Иргиз и Сызранка разработаны бассейновые допустимые концентрации (БДК) для веществ двойного генезиса, а также проведен сравнительный анализ результатов расчета нормативов допустимого сброса на основе бассейновых и федеральных предельно допустимых концентраций.
Положения, выносимые на защиту:
-
На основании оценки пространственного разнообразия качества поверхностных вод в бассейне Саратовского водохранилища представляется нецелесообразным использование единых для территории всей страны предельно допустимых концентраций (ПДК) в качестве критериев при регулировании антропогенного воздействия на водные объекты. Для совершенствования регулирования антропогенного воздействия для каждого водного объекта (или участка водного объекта) следует разрабатывать бассейновые допустимые концентрации (БДК), учитывающие природные особенности формирования гидрохимического фона.
-
Нормирование антропогенного воздействия на водные объекты целесообразно производить раздельно в зависимости от генезиса (происхождения) загрязняющего вещества. Для веществ антропогенного происхождения нормирование сточных вод следует осуществлять по действующей методике с учетом вида водопользования на основе федеральных ПДК, полученных в результате лабораторных испытаний. Для веществ двойного генезиса (природного и антропогенного) - на основе БДК, полученных по данным мониторинга водных объектов по экспериментальной методике.
Теоретическая значимость работы. Развиты основы бассейнового подхода к нормированию и регулированию антропогенного воздействия на водотоки и водоемы с учетом их природных особенностей, что приобретает особую значимость в условиях глобального изменения климата. Получены новые знания, характеризующие различия в про-
странственной неоднородности и сезонной изменчивости качества воды Саратовского водохранилища и его основных притоков.
Практическая значимость работы. Бассейновые критерии нормирования качества воды, разработанные для водных объектов бассейна Саратовского водохранилища, использованы при выполнении проекта «Разработка проекта нормативов допустимого воздействия по бассейну р. Волга от верховий Куйбышевского водохранилища до впадения в Каспийское море» по заданию Федерального агентства водных ресурсов.
Материалы диссертационной работы применяются при подготовке учебно-методического материала, чтении лекций, проведении практических и лабораторных занятий в ФГБОУ ВО «Тольяттинский государственный университет» и ОАНО ВПО «Волжский университет им. В.Н.Татищева».
Степень достоверности результатов исследования. Достоверность результатов исследования подтверждается большим объемом используемого в работе экспериментального материала, а также применением современных лабораторных методов, приборов и оборудования на базе аккредитованной лаборатории Института экологии Волжского бассейна РАН (ИЭВБ РАН), имеющей лицензию Росгидромета.
Апробация работы. Результаты работы на различных этапах исследования представлены на 15 научно-практических и научно-методических конференциях и семинарах различного уровня: Евразийский экономический форум молодежи в номинации «Чистая вода Евразии» (г. Екатеринбург, 2013); Международный форум молодых ученых «YOUNG ELPIT-2013» (г. Тольятти, 2013); XI Международная научно-практическая конференция «Татищевские чтения: актуальные проблемы науки и практики» // Актуальные проблемы экологии и охраны окружающей среды (г. Тольятти, 2014); V Международная молодежная научная конференция «Актуальные проблемы экологии Волжского бассейна» (г. Тольятти, 2015); V Международная конференция молодых ученых. Водные ресурсы: изучение и управление (г. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2016 г.); Международная научно-практическая конференция «Глобальное распространение процессов антропогенного эвтрофирования водных объектов: проблемы и пути решения» (Казань, 2017 г.).
По теме диссертационного исследования опубликовано 24 работы, в том числе 4 в научных журналах, включенных в перечень ВАК РФ.
Личный вклад автора состоит в составлении обзора и анализа литературных источников по теме исследования, получении и анализе экспедиционных наблюдений, подготовке публикаций. Автор совместно с научным руководителем осуществлял постановку цели и задач исследования, разработку основных положений, а также формулировал выводы по результатам исследований.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения, списка литературы и приложений. Основной текст изложен на 180 страницах, включает 29 таблиц, 75 рисунков и 204 источника литературы.