|
В связи с продолжающимся антропогенным воздействием на окружающую среду, в том числе и водную, в последние годы крайне назрела потребность в адекватной оценке ее состояния и изменений, а также необходимость нормирования антропогенной нагрузки. Решение этой проблемы возможно только при наличии теоретически и экспериментально обоснованной методологии. Применительно к водной среде она должна базироваться на изучении геохимических особенностей природных территорий с учетом климатических и гидрологических факторов, оценке всех видов антропогенной нагрузки и внутриводоемной трансформации веществ, что позволяет выработать критерии состояния и допустимого воздействия на водные объекты. Имеющиеся в настоящее время подходы к решению проблемы базируются, как правило, на односторонней оценке отдельных факторов воздействия, без учета всего комплекса процессов, происходящих в водной среде. В данной работе рассмотрены важные и неразработанные на сегодня аналитические и геохимические аспекты, связанные с исследованием функционирования водных экосистем. Анализ и обобщение опубликованных в литературе и собственных теоретических, экспериментальных и натурных данных по многочисленным объектам позволили создать, на наш взгляд, целостную систему гидрохимических исследований в этом направлении. В результате были разработаны гидрогеохимические критерии состояния и устойчивости к антропогенному воздействию поверхностных вод гумидной зоны, большое разнообразие которых имеется в Карелии. Основными последствиями антропогенного влияния на водные объекты является их евтрофирование, закисление, загрязнение токсичными веществами и изменение физико-химических параметров [Моисеенко, 1997]. Устойчивость водных объектов к антропогенному воздействию зависит от их гидрологического, термического и гидрохимического режимов и определяется природными особенностями как самих водоемов, так и водосборной территорией, и в конечном итоге она отличается для разных климатических зон. К таким зонам относится и обширная северная гумидная. В современный период имеется достаточно много сведений по режиму вод суши, касающихся главным образом отдельных водных объектов, бассейнов, территорий. В работах отечественных классиков-гидрохимиков О.А. Алекина [1970], Б.А. Скопинцева [1950], A.M. Никонорова [1991] рассматриваются общие вопросы формирования и режима вод суши, но в них недостаточно уделено внимания особенностям поверхностных вод различных климатических зон, в том числе и северной гумидной. В настоящей работе предпринята попытка расширения теории для водоемов гумидной зоны. В связи со значительным антропогенным воздействием в настоящее время осталось очень мало неизмененных территорий, а для адекватной оцен- ки изменений в окружающей среде требуется знание фоновых характеристик. Для этих целей весьма интересными и информативными являются поверхностные воды Карелии в связи с обилием в ней водных ресурсов (более 60 тыс. озер и 10 тыс. рек), относительно мало подверженных антропогенному влиянию, на примере которых можно охарактеризовать основные геохимические черты и особенности природных поверхностных вод гу-мидной зоны. В основу данной работы были положены сведения, собранные более чем по 800 объектам Карелии, исследования которых были проведены в 1985-2003 гг. на единой методологической основе при непосредственном участии и научном руководстве автора в рамках фундаментальных и прикладных тем Института водных проблем Севера Карельского НЦ РАН, а также дипломные проекты, подготовленные в Карельском педагогическом университете. Для того, чтобы адекватно оценить состояние природной среды, требуется в первую очередь обеспечение аналитической репрезентативности гидрохимических данных. В представленной работе наряду с разработкой и усовершенствованием многих методов анализа природных и загрязненных вод проведено сопоставление всех методов, которые использовались при анализе поверхностных вод, что позволило установить достоверность информации, полученной в более ранний период. Несмотря на то, что в России введена обязательная государственная аккредитация экоаналитических лабораторий, на сегодня отсутствует современная научная методическая база по химическому анализу природных и сточных вод, необходимая для реализации положений Водного кодекса и других нормативных документов. Ранее такую роль успешно выполнял Гидрохимический институт. Фактически в большинстве аттестованных методиках используется Руководство по химическому анализу природных вод, изданное ГХИ в 1977 г. под редакцией А.Д. Семенова, а также пособие Ю.Ю. Лурье и А.И. Рыбниковой по химическому анализу производственных сточных вод [1974] и методы анализа института ГЕОХИ РАН [1977]. Отсутствие во многих изданиях подтверждения достоверности полученной гидрохимической информации не позволяет широко использовать литературные сведения по другим объектам для сравнения их состояния и обобщения данных. Другая проблема, с которой сталкиваются многие исследователи, - это отсутствие единой геохимической классификации поверхностных вод различных климатических зон. Огромное количество объектов с разными гидрологическими и гидрохимическими характеристиками затрудняет анализ изменения их режима. Имеющиеся на сегодня подходы в этом направлении [Китаев,1988; БарановД962; Heinonen, 1994; Vuoristo, 1998] касаются формальной градации химических показателей без достаточного на наш взгляд теоретиче- 7 ского обоснования пределов их изменчивости. Такой методологической основой геохимической классификации может быть кислотно-основное равновесие поверхностных вод гу-мидной зоны, учитывающее две системы: гумусную, отражающую наличие ОВ гумусной природы, и карбонатную, обусловленную минеральными компонентами. Данный подход был реализован автором в настоящей работе. В последнее время накоплен достаточно большой объем информации по закисленню вод суши и по его влиянию на биоту. Обобщающая монография по этой проблеме подготовлена чл. корр. РАН Т.Н. Моисеенко [2003]. При этом оценка степени закислення осуществляется главным образом по модели А. Хенриксена [1992], в которой не учитываются гидрологические особенности озер и очень важный геохимический фактор - буферная емкость. Использование нового методического подхода позволяет выявить устойчивость водных объектов к кислотной нагрузке в зависимости от их удельного водосбора и буферной емкости. Вопросам формирования химического состава вод уделяется достаточно большое внимание в литературе, но как правило, оно касается характеристики состава вод источников формирования, а внутриводоемную трансформацию учитывают только по удерживающей способности [Vollenweider, 1975], которая не является эквивалентом скорости трансформации вещества в озере. Определение последней представляет наибольший научный и практический интерес. Данную проблему удалось реализовать на основе балансовой модели формирования состава воды в озере и получить уравнение связи скорости трансформации неконсервативного вещества от его средних концентраций в озере, в приточных водах и от времени водообмена. Установлена закономерность, что отношение удельной скорости к внешней нагрузке является постоянной величиной и определяется только временем водообмена озер. Это в свою очередь позволило выявить природные нагрузки на водные объекты, водосборы которых были преобразованы давно. Важной проблемой, которая требует решения, является оценка допустимого антропогенного воздействия на водные объекты и уровня их загрязнения. По этому вопросу также имеется достаточно много неопределенности. Для нормирования физико-химических параметров водной среды предложен принцип сохранения геохимического класса вод при антропогенном воздействии. Для токсичных веществ в качестве регламентирующего показателя используется региональная величина ПДК, учитывающая как фоновые характеристики поверхностных вод, так и рыбохозяйственную величину ПДК. В этом плане удалось сочетать как принцип геохимического фона, к которому адаптировалась биота, так и принцип токсичности вещества для гидробионтов, в отличие от методик С.А. Патина [1979], Д.Г. Замолодчикова [1993], Г.Т. Фрумина [1998], в которых учитыва- 8 ется только первый принцип, и от методических рекомендаций Гидрометеоцентра [1988], в которых рассматривается исключительно второй. Научная и практическая значимость работы заключается в теоретическом и экспериментальном обосновании гидрогеохимических критериев состояния и устойчивости водных объектов к антропогенному воздействию. Разработана методология гидрохимических исследований, обеспечивающая получение надежных данных по функционированию водных объектов, формированию химического состава их воды и его трансформации под действием внешних физических факторов и внутриводоемных процессов. Полученные результаты были широко использованы для принятия разнообразных решений управленческого характера, в частности, по оптимизации сбросов целлюлозно-бумажных предприятий в водные объекты Карелии, решения вопросов попусков воды из хвостохранилища Костомукшского ГОК'а и при нормировании антропогенного воздействия на водные объекты. Предложены новые высокочувствительные методы анализа природных и загрязненных вод. Разработана геохимическая классификация поверхностных вод гумидной зоны на основе теории кислотно-основного равновесия. Установлены геохимические константы, характеризующие процессы, протекающие в водной среде. Обоснованы критерии оценки допустимой минеральной, биогенной, органической, кислотной и токсической нагрузки на водный объект, на основании которых определены уровни допустимого антропогенного воздействия на водные объекты Карелии. Разработанная методология оценки состояния поверхностных вод под влиянием внешних факторов и внутриводоемных процессов позволяет использовать ее для нормирования антропогенного воздействия на водные объекты. На основании критериев устойчивости водных объектов к нагрузкам различных видов могут быть разработаны региональные нормативы по сбросу загрязняющих веществ, по сельскохозяйственному использованию земель, их мелиорации, а также по критическим кислотным, биогенным, минеральным и органическим нагрузкам. В конечном итоге это дает возможность осуществлять природоохранную деятельность на научной основе. Предложенная методология является достаточно общей и может быть применена к другим климатическим зонам.
| 
Вы находитесь:
