Экология/экологический мониторинг

К.б.н. Загорская Е.П.

К.б.н. Шерышева Н.Г.

Тольяттинский государственный университет, г. Тольятти (Россия)

Институт экологии Волжского бассейна РАН, г. Тольятти (Россия),

Характеристика донных отложений малых рек разных природных зон на участках подводных переходов магистральных нефтепродуктопроводов

В настоящее время в России действует единая нефтепроводная система, представляющая собой замкнутую сеть магистральных нефтепроводов. Прокладка нефтепроводов по водным объектам приводит к определенным экологическим проблемам, представляет потенциальную опасность негативного воздействия технически сложной системы как на биоту в целом, так и на отдельные ее составляющие, в частности на качество донных отложений. Основная задача в решении техногенной безопасности состоит в минимизации вреда окружающей среде, обеспечении высокого уровня экологической безопасности при эксплуатации системы магистрального транспорта нефти и нефтепродуктов.

При проектировании, строительстве и эксплуатации подводных переходов трубопроводов, в целях обеспечения природоохранных требований разработаны соответствующие нормативные документы (2,7,8). Требования, изложенные в нормативно-правовой базе, распространяются на все участки рек и водоемы различной категории, имеющие водо- рыбохозяйственное значение, где предусматриваются подводно-технические (в том числе земляные) работы на переходах.

Для контроля качества природной среды создана служба мониторинга. Одним из пунктов Государственного мониторинга водных объектов являются регулярные наблюдения за состоянием водных объектов, количественными и качественными показателями состояния водных ресурсов.

В рамках мониторинга исследовались донные отложения малых рек разных географических зон: Южного Урала, Приволжской возвышенности и Окско-Донской низменности Русской равнины. Их изучение, как первичных звеньев гидрологических сетей, является одной из актуальных задач экологии водных систем (4,5).

Состояния самих же малых рек в значительной мере зависит от природных особенностей речных бассейнов. Немаловажное влияние оказывают масштаб и характер антропогенного воздействия на бассейн водотока. В процессах самоочищения рек значительная роль принадлежит донным отложениям. Изучались механический состав грунтов, их физико-химические показатели - активная реакция среды (рН), естественная влажность, а также содержание железа и органического вещества, являющихся важными элементами для жизнедеятельности гидробионтов.

Исследования проводились на одиннадцати малых реках, протекающих в разных регионах России: Челябинской (р. Коелга), Самарской (рр. Свинуха, Крымза, Балашейка), Ульяновской (р. Сызранка), Пензинской (рр. Атмис, Сура), Тамбовской областях (рр. Хмелина, М. Ломовис, Керша) и республики Мордовия (р. Инсар). Пробы донных отложений были отобраны в весенне-летний период 2010 г. Станции отбора проб расположены на участках подводных переходов магистральных нефтепродуктопроводов (рис. 1).

Рисунок 1. Схема расположения станций отбора проб на малых реках: 1 - Свинуха, 2 - Крымза, 3 - Балашейка, 4 - Сызранка, 5 - М. Ломовис, 6 - Керша, 7 - Хмелина, 8 - Атмис, 9 - Инсар, 10 - Сура, 11- Коелга

Характеристика, географические, гидрологические и физико-химические показатели малых рек подробно изложены в (6).

Активную реакцию среды грунтов измеряли прибором «рН-meter HI 80 14». Естественную влажность определяли при температуре 105°С (3). Гранулометрический анализ выполнен комбинированным способом: методом сит и фракциометра (3, 1). В механическом составе грунтов определялись следующие фракции: > 5 мм (мелкая и средняя галька, щебень); 5– 3 мм (средний гравий с элементами крупного); 3-2,5 мм (средний гравий); 2,5-1,0 мм (мелкий гравий); 1,0-0,5 мм (крупный песок, остатки растительности); 0,50-0,25 мм (среднезернистый песок); 0,25-0,10 мм (мелкозернистый песок); 0,10-0,05 мм (крупный алеврит); 0,05-0,005 мм (мелкий алеврит, крупный пелит); <0, 005 мм (пелит: ил, глина).

Идентификацию типов донных отложений проводили по классификации Кленовой М.В. (по: (4), в основу которой положено содержание пелитовой фракции, т.е. частиц размером < 0,01 мм, в %: песок (< 5); илистый песок (5-10), песчанистый ил (10-30), ил (30-50), глинистый ил (> 50).

Концентрацию общего железа (Fe_общ) определяли феррозиновым методом фотометрически на приборе КФК-2, после экстракции проб 0,5 н соляной кислотой (9). Двухвалентное железо восстанавливали 10%-ным солянокислым гидроксиламином.

О содержании в грунте органического вещества (ОВ) судили по органическому углероду (С_орг), который определяли методом бихроматного окисления - мокрое сожжение пробы в присутствии AgSO₄ с последующим титрованием 0,04 н раствором соли Мора (6).

В результате исследований установлено, что донные отложения исследованных рек в местах подводных переходов нефтепроводов представлены разнотипными осадками, отражающими особенности ландшафтов, гидрологический характер водотоков, почвенный покров. Морфотипы речных грунтов включают разнозернистые пески с галькой, щебнем и гравием, илистые пески, песчанистые илы, глинистые и торфянистые илы (табл. 1).

Таблица 1. Типы донных отложений малых рек в зонах подводных переходов нефтепродуктопроводов

Тип донных отложений	Характеристика донных отложений
р. Коелга
Темно-серый песчанистый ил с мелкой галькой и щебнем	Содержит ракушечник, остатки корней растительности и мелких веток, растительный детрит и желеобразные включения; присутствует слабый запах нефтепродуктов.
р. Свинуха
Черный техногенный глинистый ил	Верхние слои отложений с редкими серыми прослоями. Неоднородный, зернистый, маслянисто-блестящий ил с запахом нефтепродуктов; присутствуют полуразложившиеся остатки растительности, ракушечник.
р. Крымза
Темно-серый песчанистый ил	Слабомаслянистый ил с запахом нефтепродуктов, встречаются фрагменты стеблей и корней растений; содержит тонкий и грубый растительный детрит.
р. Балашейка
Светло-серый среднезернистый песок	Однородный песок, содержащий полуразложившиеся растительные фрагменты небольших размеров.
р. Сызранка
Серый среднезернистый песок	Однородный песок, включающий небольшое количество мелких детритных частиц.
р. Сура
Серый среднезернистый илистый песок	Содержит фрагменты разложившихся растений, почвенные крупинки, растительный детрит; присутствует слабый запах нефтепродуктов и сероводорода.
р. Инсар
Серо-коричневый крупный песок	Включает разноцветный мелкий гравий.
р. Атмис
Темно-серый среднезернистый песок	Однородный, встречаются мелкая щепа, фрагменты мелких веток и стеблей. Содержит крупинчатые частицы и тонкий детрит.
р. М. Ломовис
Темно-серый песчанистый ил	Содержит остатки стеблей и корней растений, детритные частицы растительного и животного происхождения. Присутствует слабый гнилостный запах.
р. Керша
Темно-серый крупный и средний песок с	Содержит фракции мелкого щебня и ила, встречается тонкий и грубый детрит растительного и животного происхождения.
р. Хмелина
Черно-коричневый торфянистый ил	Мягкий, блестящий ил; содержит остатки растений, листьев, древесных веток и коры, грубый растительный детрит; присутствует слабый запах сероводорода.

Характер донных отложений малых рек определяется зональными особенностями ландшафтов. Так, р. Коелга, бассейн которой формируется в гористой местности Южного Урала, характеризуется максимальным по сравнению с другими рекам общим падением реки от истока до устья (362 м). В донных осадках водотока в значительном количестве присутствуют наряду с тонкими фракциями и крупные – галька, щебень.

В реках Приволжской возвышенности, имеющих средние значения общего падения (250-270 м) преобладает фракция крупного, среднезернистого песка. В водотоках с минимальным общим падением (25-50 м) и медленной скоростью течения формируются тонкодисперсные илы – глинистые, торфянистые.

Гранулометрический состав донных отложений исследованных рек не имеет ярко выраженной ландшафтной зональности. По механическому составу речные осадки выделены в три группы:

1) преобладает крупный и средний песок (размер частиц более 1 мм), в отдельных случаях включающий гравий и мелкий щебень (реки Балашейка, Сызранка, Керша, Инсар). Для этой группы характерно полное отсутствие тонких пелитовых фракций – частиц размером менее 0,005 мм и низкое содержание - до 2-х% мелкого алеврита (размер частиц менее 0,05 мм);

2) основу составляет среднезернистый песок (размер частиц 0,5-0,25 мм), в меньшей степени присутствуют алевритовые и пелитовые фракции (реки Атмис, М. Ломовис, Атмис, Сура).

3) доминирует тонкий пелит с размером частиц менее 0,005 мм (реки Коелга, Свинуха, Хмелина). Максимальное значение этой фракции отмечено в р. Свинуха, имеющий наибольший коэффициент извилистости русла.

Содержание влаги в грунтах находится в прямой зависимости от гранулометрического состава. Крупный и среднезернистый песок характеризуется низкой влажностью (17-26%). Наибольшая увлажненность типична для глинистых илов (47-84%). Промежуточное положение занимают илистые пески и песчаные илы (19-35%).

Активная реакция среды (рН) донных отложений исследованных рек отражает зональные особенности почв. Так, в Окско-Донской низменности, где распространены болотистые и гумусные почвы, формируются кислые и слабокислые грунты (рН = 5,0 – 6,48). Нейтральные и слабощелочные осадки характерны для рек Приволжской возвышенности (рН= 7,0 – 7,3). Наибольшее значение рН = 7,42 обнаружено в иле р. Коелга, расположенной на территории Южного Урала, что, по-видимому, объясняется влиянием местных осадочных пород.

Содержание общего железа (лабильные формы Fe_общ) и органического вещества (С_орг) в донных отложениях исследованных рек изменяется в широких пределах в зависимости от типа осадков и составляет: 0,11 - 9,75 мг Fe_общ /г сухого веса и 3,0 - 108,3 мг С_орг /г сухого веса.

Наибольшие значения отмеченных показателей выявлены в тонкодисперсных илах (рр. Коелга, Свинуха, Хмелина), обладающих высокой степенью сорбции биогенных веществ.

Таким образом, для малых рек Южного Урала (р. Коелга), Приволжской возвышенности (рр. Свинуха, Крымза, Балашейка, р. Сызранка, Атмис, Сура, Инсар) и Окско-Донской низменности (рр. Хмелина, М. Ломовис, Керша) определяющими факторами дифференциации донных отложений являются гидрографические условия, гидродинамическая активность водотоков, физико-механические характеристики твердых частиц.

В процессе исследований выявлено, что в формировании грунтового комплекса малых рек различных природных зон важную роль играют уклон реки, степень извилистости русла, почвенный покров. Проявлением ландшафтно-географических особенностей в механическом составе донных отложений исследованных водотоков в направлении с востока на запад является увеличение тонких фракций в градиенте снижения общего падения реки от истока до устья. Установлено, что самое высокое содержание тонких пелитовых частиц механического состава осадков характерно для рек Окско-Донской низменности, где развиты черноземы.

Закономерностью распределения общего железа и органического углерода в донных отложениях малых рек является повышение содержания этих веществ с увеличением мелких алевритовых и пелитовых фракций механического состава. Максимальное их значение характерно для тонкодисперсных илов рек Коелга, Свинуха, Хмелина.

Активная реакция среды отражает зональные особенности почв и снижается от слабощелочной в почвах Южного Урала до кислых-слабокислых черноземов и торфяников Окско-Донской низменности Русской равнины.

Работа выполнена при поддержке проекта № 56с/с ТГУ (приказ № 5250 от 18.11.2010 г.).

литература

1. Бреховских В.Ф., Казмирук Т.Н., Казмирук В.Д. Донные отложения Иваньковского водохранилища: состояние, состав, свойства. Ин-т вод. проблем РАН. М.: Наука, 2006. 176 с.

2. Водный кодекс Российской Федерации от 3 июня 2006 г. № 74-ФЗ

3. Кузяхметов Г.Г., Мифтахова А.М., Киреева Н.А., Новоселова Е.И. Практикум по почвоведению. - Уфа: РИО БашГУ, 2004. – 120 с.

4. Малые реки (Биоиндикация экологического состояния равнинных рек / под ред. О.В. Бухарина, Г.С. Розенберга ; Ин-т экологии Волж. Бассейна РАН ; Ин-т биологии развития им. Н.К. Колцова РАН ; Ин-т клеточного и внутри клеточного симбиоза УрО РАН. – М. : Наука, 2007. – 403 с.).

5. Особенности пресноводных экосистем малых рек Волжского бассейна / Под ред. Г.С. Розенберга, Т.Д. Зинченко. – Тольятти: Кассандра, 2011. - 322 с.

6. Плетнева С.Ю., Шерышева Н.Г., Загорская Е.П., Страхов Д.А. Ландшафтно-географические особенности донных отложений малых рек // Вектор науки ТГУ, № 3 (21), 2012. С. 27-32

7. РД 51-2-95

8. СНиП 2.05.06-85

9. Lovley, D.R., Phillips, E.J.P. Organic matter mineralization with reduction of ferric iron in anaerobic sediments // Appl. Environ. Microbiol. – 1986. - V. 51. - P. 683-689.