Влияние урбанизированных территорий на внутригородские аквальные комплексы (на примере г. Астрахань)

Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата географических наук

ВЛИЯНИЕ УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ НА ВНУТРИГОРОДСКИЕ АКВАЛЬНЫЕ КОМПЛЕКСЫ (НА ПРИМЕРЕ Г. АСТРАХАНЬ)

Специальность 25.00.36 - Геоэкология

ЖИЖИМОВА ГАЛИНА ВИКТОРОВНА

Астрахань - 2009

Работа выполнена на кафедре географии Астраханского государственного университета.

Научный руководитель:

Бармин А.Н., доктор географических наук, профессор.

Научный консультант:

Локтионова Е.Г., кандидат химических наук, доцент.

Официальные оппоненты:

Бухарицин П.И., доктор географических наук, профессор;

Горшкова А.Т., кандидат географических наук, доцент.

Ведущая организация:

Институт водных и экологических проблем Сибирского отделения РАН.

Защита состоится "8" октября 2009 года в 9⁰⁰ часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.009.04 при Астраханском государственном университете по адресу: 414000, г. Астрахань, пл. Шаумяна, д.1. ауд. 101.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Астраханского государственного университета.

Текст автореферата диссертации размещен на официальном сайте Астраханского государственного университета: http://www.aspu.ru.

Автореферат разослан "08" сентября 2009 г.

Отзыв на автореферат (2 экземпляра заверенных печатью) просим направлять по адресу: 414000, г. Астрахань, пл. Шаумяна, д.1. АГУ ученому секретарю диссертационного совета ДМ 212.009.04. Факс (8512) 44-02-24, E-mail: miolin76@mail.ru.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат географических наук, доцент М.М. Иолин.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Урбанизированные образования характеризуются интенсивным воздействием на окружающую среду не только в пределах селитебной территории, но и далеко за ее пределами, приводящим к нарушению экологического равновесия и возникновению ситуаций разной степени напряженности.

Одним из элементов природной субсистемы урбанизированных территорий, испытывающих наибольший антропогенный пресс, являются природные воды.

Сильное антропогенное воздействие приводит к ухудшению качества водной среды, к нарушению структурно-функциональной организации водных экосистем, снижению водохозяйственного, рыбохозяйственного и рекреационного состояний водоемов.

Природное качество воды является тем фоном и основой, на которых происходят качественные изменения состояния водного объекта, вызванные вмешательством человека. В связи с этим оценка компонентов водной среды в условиях интенсивной антропогенной нагрузки имеет важное теоретическое и практическое значение.

Внутригородские водоемы являются примером водных объектов, подвергающихся значительной антропогенной нагрузке в связи с интенсивным развитием города.

Давно уже назрела необходимость в разработке серьезной комплексной программы стабилизации и улучшения состояния малых водотоков дельты Волги, в рамках которой возможно возрождение рыбных запасов, снижение антропогенной нагрузки, решение проблемы обеспечения питьевой водой - того, что в целом и является экологической безопасностью.

Этим обстоятельством обусловлена актуальность геоэкологической оценки внутригородских водоемов с использованием современных ГИС технологий и разработки эффективных мероприятий по предупреждению и предотвращению поступления загрязняющих веществ в аквальные комплексы.

Цель работы. Определение влияния урбанизированных территорий на аквальные комплексы г. Астрахани и разработка рекомендаций по улучшению качества воды аквальных комплексов.

Основные задачи исследования.

1. Изучение состояния внутренних водоемов г. Астрахани;

2. Выполнение комплекса полевых гидрологических, гидрохимических и геоэкологических исследований в пределах водоемов;

3. Оценка факторов, механизмов и источников воздействия урбанизированной территории на внутригородские водоемы и возникающие при этом геоэкологические проблемы;

4. Определение качества воды и факторов, влияющих на экологическое состояние водной среды;

5. Установление сезонной динамики токсичности природных вод районов исследования;

6. Изучение взаимосвязи токсичности вод внутригородских водоемов с их химическим составом;

7. Разработка мероприятий по оптимизации природопользования на внутренних водоемах г. Астрахани и их охране.

Объект исследования - внутригородские аквальные комплексы г. Астрахани.

Предметом исследования является геоэкологическое состояние внутригородских водоемов, формирующееся в условиях урбанизированных территорий.

Теоретическая и методологическая основа исследований базируется на идеях и трудах ведущих ученых в области географии, геоэкологии, гидрологии и природопользования: Е.К. Белевича, О.А. Алекина, Л.П. Брагинского, Н.С. Жмур, А.М. Никанорова, В.Ф. Полонского, Н.Ф. Реймерса, П.И. Бухарицина и др.

Методы исследований. Для решения поставленных задач использовали общепринятые и частные методики, позволяющие изучить химическое загрязнение вод тяжелыми металлами, а также методы биотестирования и ГИС технологий. Помимо этого, методическая база исследования дополнена традиционными методами географических исследований: описательным, математико-статистическим, картографическим, полевым.

При проведении диссертационного исследования использованы программные комплексы обработки ГИС информации фирм Arc View, Golden Software, программный модуль Modflow (Геологической службы США) Inc. В процессе создания электронных карт аквальных комплексов г. Астрахани были разработаны инновационные методики, в основе которых заложены аналитический метод и метод компонентов. В результате исследований получены оригинальные тематические карты, построенные на основе анализа результатов проведенных исследований.

Научная новизна работы. Проведено комплексное геоэкологическое исследование состояния внутригородских водоемов с использованием методов биотестирования. Выявлены основные геоэкологические проблемы и факторы их обуславливающие. Впервые для внутригородских водоемов Астрахани составлены цифровые карты качества воды. Предложены эффективные меры по минимизации негативного антропогенного воздействия на экосистему водоемов и разработаны конкретные мероприятия по оптимизации природопользования и охраны окружающей среды.

Впервые проведен анализ состояния водного фонда города, сделана оценка водных ресурсов, составлены диаграммы изменения степени токсичности во временной динамике в зависимости от года исследования, разработаны рекомендации по улучшению ситуации носят практический характер.

Основные положения, выносимые на защиту:

- высокая токсичность природных вод объясняется повышенным содержанием тяжелых металлов, что является следствием проведения реконструкционных работ и влиянием промышленных предприятий города;

- оценку качества воды целесообразно проводить с использованием тест-организмов разных трофических уровней, которые в природной экосистеме могли бы составить пищевую цепь;

- первоосновой для составления рекомендаций по улучшению качества вод поверхностных водоёмов урбанизированных территорий должны служить специально разрабатываемые экологические паспорта.

Исходные материалы. Основой для работы послужили материалы натурных исследований 2004-2008 гг. В ходе анализа ситуации использованы фондовые материалы библиотек (Российской государственной библиотеки, библиотеки Астраханского государственного университета, Областной научной библиотеки им. Н.К. Крупской г. Астрахань). Достоверность полученных результатов обусловлена большим объемом инструментальных данных, полученных на базе лаборатории экологического мониторинга АГУ.

Теоретическое и практическое значение работы. Полученная в ходе диссертационного исследования информация о формировании качественного состава вод поверхностных водоёмов, расположенных в городской среде были переданы в службу природопользования по Астраханской области. Результаты исследований применялись при разработке мероприятий по реконструкции водоемов МУП по эксплуатации гидротехнических и гражданских сооружений г. Астрахани. Впервые проведена оценка состояния внутренних водоёмов г. Астрахани, что является основой для составления экологических паспортов водных объектов. Полученные в ходе исследования данные использованы при нормировании качества природной среды с учетом климатических условий Материалы исследований использованы и при разработке рабочих программ и лекционных курсов по следующим дисциплинам: "Гидробиология и водная экология", "Экология Астраханского края", "Гидрохимия". Автор принял активное участие в структурном проекте "Чистые берега, чистая вода"(2004).

Апробация работы. Основные положения, научные и экспериментальные результаты докладывались и обсуждались на VII Международной научной конференции "Эколого-биологические проблемы Бассейна Каспийского моря" в г. Астрахань (2004); Всероссийской научной конференции "География и экология регионов России" в г. Великий Новгород (2005); III Международной научной конференции "Россия и Восток. Обучающее общество и социально-устойчивое развитие Каспийского региона" г. Астрахань (2005); Всероссийской научной конференции "Современные аспекты экологии и экологического образования" в г. Казань (2005); VIII Международной научной конференции "Эколого-биологические проблемы Бассейна Каспийского моря" в г. Астрахань (2005); Международной научной конференции к 450-летию со дня основания Астрахани "Великие реки и мировые цивилизации" в г. Астрахань (2006); Всероссийской научно-практической конференции "Водные ресурсы Волги: настоящее и будущее, проблемы управления" в г. Астрахань (2007, 2008); Международной научно-практической конференции "Туризм и рекреация: инновации и ГИС-технологии" (2009).

По теме диссертации опубликовано 18 печатных работ, из них 1- в издании, рекомендованных ВАК.

Личный вклад автора заключается в сборе и статистической обработке полученных в ходе полевых исследований данных, оптимизации методических подходов и анализе результатов, формулировании выводов и разработке практических рекомендаций по оценке загрязнения водоемов в условиях городской среды.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы, приложения. Объем диссертации составляет 186 страниц машинописного текста, включая приложения, 38 рисунков, 15 таблиц. Список литературы, использованной в работе, состоит из 125 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследования, определена проблема научного поиска, намечены теоретические и экспериментальные задачи, установлены объект и предмет исследования, показаны научная новизна, теоретическая и практическая значимость работы, сформулированы положения, выносимые на защиту, раскрыты этапы и методы исследования.

В первой главе "Природные условия г. Астрахани" раскрыты географические особенности урбанизированных территорий на примере г. Астрахань, дана характеристика климата, подземных и поверхностных вод, а также почвы и биоты.

Водные объекты играют важную роль в формировании урбанистического ландшафта в современном городе, где они должны выполнять рекреационную, эстетическую и экологическую функции. К сожалению, вместо этого под влиянием антропогенного пресса происходит деградация экосистем внутригородских водоемов, и даже полное исчезновение малых водотоков.

Гидрографическая сеть города представлена центральной частью дельты Волги, в пределах которой находится большое количество рукавов, протоков, ериков различной протяженности, ширины и глубины. В систему водоотведения включены малые водотоки - реки, ерики, пруды и р. Волга, которая является водоприемником практически для всех водотоков, формирующих свой сток на территории города.

Рассеченность города множеством рукавов и проток и определяет необходимость изучения качества воды аквальных комплексов, испытывающих большое антропогенное воздействие.

Индустриальный комплекс, представленный различными отраслями промышленности, безусловно, оказывает негативное воздействие на водные объекты, на которых в последнее десятилетие сложилась крайне неблагополучная экологическая ситуация, требующая принятия неотложных мер.

Во второй главе "Эколого-географическая характеристика районов исследования" представлена характеристика условий формирования гидрографической сети исследуемого географического района, морфометрические характеристики основных водотоков в пределах городской черты. Проводится анализ современной экологической ситуации в г. Астрахань. Дается геоэкологическая характеристика состояния бассейна дельты р. Волги и внутригородских водоемов, обозначены основные промышленные и хозяйственные загрязнители. Анализ состояния природной среды позволил определить характерные для исследуемой территории экологические проблемы и нарушения.

При оценке состояния урбанизированной территории и перспектив ее развития ключевое значение имеет состояние качества природных вод.

Повышенная плотность городской застройки, обилие торговых рынков и несанкционированных свалок, а также масштабное неорганизованное использование аквальных комплексов в рекреационных целях обусловили сильное антропогенное воздействие на качество воды исследуемых водоемов.

Город Астрахань располагается в низовьях р. Волги. Именно здесь концентрируются основные массы загрязняющих веществ, накапливающиеся не только в результате бесхозяйственной деятельности города, но и поступающие с жидким и твердым стоком с верховьев Волги.

Экологическое и санитарное состояние многих водных объектов города является неудовлетворительным, а некоторых - катастрофическим. Поллютанты, поступающие в поверхностные водные объекты, весьма многочисленны и разнообразны; основными загрязняющими веществами являются нефтепродукты, фенолы, легкоокисляемые органические вещества, соединения фосфора, азота, тяжелые металлы и токсичные химические вещества. Привносимые загрязняющие вещества провоцируют изменение химического состава воды, изменяя условия существования и функционирования биологических систем. Исходя из этого, является необходимым проведение оптимально организованного мониторинга состояния аквальных систем как основы для принятия правильных управленческих решений. В результате проведённого входе выполнения диссертационного проекта анализа использующихся методологических приёмов мониторинга было определено, что оптимальным способом оценки состояния внутригородских водных систем является синтез гидрохимических и гидробиологических методов исследования, наиболее объективно отражающих экологическую ситуацию.

В третьей главе "Определение качества природных вод внутригородских водоемов г. Астрахани гидробиологическими и гидрохимическими методами in vitro" приводится алгоритм, обоснование и результаты проведённых исследований. Мониторинговое обследование с использованием гармоничного сочетания методов биотестирования и гидрохимического анализа позволило определить основные параметры и природу загрязнения природных вод внутригородских водоемов. На основе полученных результатов были составлены тематические карты, отображающие результаты проведенных исследований, сделаны резюмирующие выводы.

Природные воды являются функционально сложной специфической средой, в которой состояние токсикантов и проявление их химической и биологической активности существенно отличается от экспериментальных моделей.

При изучении формирования качества природных поверхностных вод важным элементом является исследование происходящих изменений состава и характера функционирования водной биоты. Это объясняется, во-первых, тем, что гидробионты как отдельное сообщество водных животных позволяют проводить исследования на всех уровнях организации. Во-вторых, они обладают быстрой ответной реакцией на многие виды токсического загрязнения, что удобно фиксируется при проведении исследований. В-третьих, получаемая в ходе биотестирования классификация ответных реакций подопытных животных, в частности различные поведенческие реакции, позволяют разрабатывать экспресс-методы биотестирования, крайне необходимые для получения оперативных сведений о состоянии наблюдаемого объекта исследования и для разработки так называемых экологических норм предельно-допустимых концентраций (ПДК) различных загрязняющих веществ.

Биологические индикаторы позволяют оценить не только качество воды, но состояние водоема в целом - степень влияния загрязняющих и биогенных веществ на биоценозы, продуктивность, самоочищение. Реакция организмов - есть отражение кумулятивного действия предшествующих и настоящих условий. Тем самым метод биотестирования становится основой мероприятий по сохранению и защите водоемов и водотоков от загрязняющих и токсичных веществ антропогенного происхождения.

Тест-организмы весьма разнообразны и неодинаково чувствительны к токсическим вещества. Таким образом, для получения объективной и оперативной оценки качества как сточных, так и природных вод, включая питьевые, с помощью методов биотестирования рекомендуется использовать комплексный подход, т.е. применить одновременно несколько методов с тест-организмами из различных групп гидробионтов.

Необходимость постановки данной работы обусловлена практически полным отсутствием данных об эколого-токсикологическом состоянии внутригородских водоемов г. Астрахани. В ходе исследований проводилось биотестирование и гидрохимические анализы водной среды различных водных объектов Астрахани, основное внимание при этом уделено водным объектам, подвергающимся наиболее интенсивному антропогенному воздействию.

Материалом для написания данной главы послужили пятилетние исследования (2004-2008 гг.) природных вод внутригородских водоемов г. Астрахани, отобранные в разноудаленных друг от друга точках на исследуемых водоемах. Исследования проводились в лабораторных условиях. урбанизированная гидрохимическое токсичность вода

Материал и методы исследования. Возможность правильной оценки водоема зависит от правильной рекогносцировки точек отбора проб, соблюдения методологии сбора натурного материала и применения существующих методов анализа. Для этого, при отборе проб воды из водных объектов г. Астрахани, к каждой отобранной пробе составлялся протокол экологического осмотра водоема.

Методы биотестирования. Основным принципом практического лабораторного биотестирования природных вод, явилось применение одновременно трех тест-организмов, представляющих разные трофические группы: водоросли (Scenedesmus quadricauda), дающие начало большинству пищевых цепей в водоеме; ракообразные (Daphnia magna Straus), один из основных фильтраторов и седиментаторов в пресных водоемах и представители ихтиофауны (Poecillia reticulata Peters).

Гидрохимические методы. Исследования химического состава проб воды осуществлялись в два этапа: полевые и лабораторные.

Отбор проб на гидрохимические и гидробиологические показатели проводился в соответствии с общепринятыми методиками.

Выбор и характеристика исследуемых биотопов. Воды внутригородских водоемов содержат самые разнообразные вещества, многие из которых оказывают вредное воздействие на ход естественных биологических процессов, способствуют изменению состава сообществ, нарушают природные процессы саморегуляции. Качество воды большинства исследуемых биотопов не отвечает нормативным требованиям по предельно-допустимым нормам содержания загрязняющих веществ в поверхностных водах. Многолетние наблюдения за динамикой качества природных вод в городской черте обнаруживают тенденцию варьирования уровня загрязненности.

Материал собирали в разные сезоны года в период с 2004 по 2008 г. г. следующих пунктах контрольного исследования (Рис. 1):

1. Рукав Кутум (район рынка Большие Исады, Красный мост);

2. Река Волга (17-ая пристань, речной вокзал, напротив гостиницы «Азимут»);

3. Рукав Царев (дамба);

4. Приволжский затон (железнодорожный мост);

5. Канал им.1 Мая (мост по ул. Кирова);

6. Золотой затон (ОАО «КаспРыбХолодФлот» (КРХФ));

7. Рукав Прямая Болда (район центрального стадиона).

Рис. 1. Карта-схема пунктов отбора проб

Экспериментальная часть исследования проводилась в лаборатории экологического мониторинга кафедры экологии Астраханского государственного университета и в отделе филиала ФГУ "Центра лабораторного анализа и технических измерений по Южному Федеральному округу" - "Центра лабораторного анализа и технических измерений по Астраханской области".

Было проанализировано более 950 проб природной воды. Произведено сопоставление результатов проведённого гидрохимического анализа проб, отобранных на различных пунктах наблюдения. Отбор проб осуществляли с применением общеизвестных гидробиологических методик.

В качестве тест-организмов выбирали такие виды, которые, обладая чувствительностью к загрязнению, играют значительную роль в экосистеме, являясь важным звеном в трофической сети и формируя качество среды обитания.

Исследования проводились по стандартным методикам Методическое руководство по биотестированию воды (РД 118-02-90). Руководство по определению методом биотестирования токсичности вод, донных отложений, загрязняющих веществ и буровых растворов. РЭФИА, НИА-Природа. Москва 2002..

Исследования по функциональному состоянию (поведению) тест-объектов (ракообразные - Daphnia magna Straus, водоросли - Scenedesmus quadricauda, рыбы - Poecillia reticulata Peters) позволяют ранжировать воды по классам состояний (норма, риск, кризис, бедствие) и по существу дают интегральную оценку их качества, а также определяют возможность использования воды для питьевых и других, связанных с биотой целей.

Результаты токсикологических исследований с использованием трех видов тест-организмов разных трофических уровней указывают на неудовлетворительное качество воды для гидробионтов, и позволяют классифицировать экологическое состояние водоёмов как кризисное.

На рис. 2-7 приведены результаты токсикологических исследований, проведённых в период с 2004 по 2008 гг.

В преобладающем большинстве проб уровень токсичности был ниже допустимого в контроле. Зафиксированная в отдельных пробах токсичность оценивается как острая, поскольку она отклонялась более чем на 50 % от контроля.

Исследования показали, что уровень загрязнения исследуемых водоемов достаточно велик. Так, на Приволжском затоне, канале им.1 Мая, р. Волге в местах несанкционированных сбросов, отобранная вода за весь исследуемый период вызывала гибель дафний в количестве 80-90 %, водорослей 60 % отклонения от контроля. Пробы воды, отобранные непосредственно из водоемов (фоновые показатели), оказывали меньшее влияние на тест-организмы, но величина гибели тест-организмов значительно отличалась от контрольных величин, достигая 30-60 % отклонения.

В среднем, за весь период исследований уровень токсичности воды р. Волги, Приволжского затона и рукава Царев был близок к критическим значениям. Таким образом, фоновые показатели качества воды природных водоемов в районе исследований за весь период значительно выше в контрольных, а в местах неразрешенных сбросов превышают летальный уровень в 1,5-2 раза. То есть, исследуемая вода не отвечает основным токсикологическим требованиям.

В ходе проведенных исследований была установлена сезонная динамика токсичности природных вод района исследования. Наибольшая степень токсичности природных вод наблюдается в весенний период, что связано с половодьем, сбросом воды с верхних участков Волги, увеличением поступления рассеянного стока, спровоцированного таяньем снежного покрова на водосборе, возможностью смыва пестицидных препаратов и минеральных удобрений. Пик увеличения токсичности исследуемых проб воды приходился на летний период (60-90 %), что связано с эвтрофикацией водоемов, усиленной рекреационной деятельностью. Также повышенное значение степени токсичности по сравнению с другими сезонами объясняется более высокой средней температурой воздуха в этот период.

Рис. 2. Карта-схема "Определение степени токсичности внутригородских водоемов в 2004 г. с использованием в качестве тест-объекта Daphnia magna"

Предполагаемой причиной ухудшения качества воды рукава Кутум является близость к жилым комплексам и торговому рынку, а также неконтролируемый сток с этих территорий.

По данным проведенных исследований, можно сказать, что наиболее острое воздействие загрязняющих веществ на тест-организмы было выявлено в пункте отбора проб на р. Волга и в районе КРХФ. что, вероятнее всего, связано с нахождением в этом районе нефтяных баз, затопленных судов, а также малой скоростью течения воды.



Рис. 3. Карта-схема "Определение степени токсичности внутригородских водоемов в 2008 г. с использованием в качестве тест-объекта Daphnia magna"

Рис. 4. Карта-схема Определение токсичности вод внутригородских водоемов d 2004 г. с использованием в качестве тест-объекта Scenedesmus quadricauda

Рис. 5. Карта-схема "Определение степени токсичности вод внутригородских водоемов в 2008 г. с использованием в качестве тест-объекта Scenedesmus quadricauda"

Рис. 6. Карта-схема "Определение степени токсичности вод внутригородских водоемов в 2004 г. с использованием в качестве тест-объекта Poecillia reticulata Peters"

Несколько меньше значение степени токсичности воды Канала им.1 Мая. Загрязнение канала обусловлено малой проточностью воды, производящимся неконтролируемым сбросом бытовых стоков, наличием на берегу домов со старой системой канализации или без неё.

Рис. 7. Карта-схема "Определение степени токсичности вод внутригородских водоемов в 2004 г. с использованием в качестве тест-объекта Poecillia reticulata Peters"

Увеличение степени токсичности воды от точки р. Волга "Центральный стадион" к точке р. Волга "17 пристань" связано с наличием между ними Центрального грузового порта, жилого микрорайона и рекреационных зон.

Результаты проведенных исследований показывают необходимость проведения гидрохимического анализа для проведения пространственного сравнения, а также выявления наличия конкретного списка токсикантов, негативно воздействующих на экологическое состояние аквальных комплексов.

Сравнение результатов биотестирования с гидрохимическими показателями.

Оценка результатов. В воде зарегистрировано присутствие семи тяжелых металлов (ТМ) со значительным превышением концентрации по сравнению с ПДК практически во всех пунктах наблюдения.

2004 год. В весенний период исследований на отдельных пунктах отбора проб наблюдается повышение ПДК по Pb и Zn. Наибольшее значение концентраций этих микроэлементов было отмечено: рук. Кутум (Pb - 0,9 мг/дм ³, Zn - 0,63 мг/дм ³); Золотой затон (Pb - 0,9 мг/дм ³, Zn - 0,56 мг/дм ³).

Данная тенденция сохраняется и в осенний период и составляет в среднем по всем точкам Pb - 0,5 мг/дм ³, Zn - 0,45 мг/дм ³.

Наибольшие концентрации Cu были отмечены в летний период в пунктах отбора проб рук. Кутум (24 ПДК), Канал им. 1 Мая (20 ПДК), Приволжский затон (18 ПДК), р. Волга (16 ПДК).

В осенний период обмечалось снижение концентрации Cu до 4-10 ПДК, Zn 8-11 ПДК.

Значение концентраций Hg, Ni, Co не превышало фоновых.

2005 год. Среднее превышение за весь год исследования концентраций определяемых тяжелых металлов укладывалось в пределы от 10 до 30 ПДК.

Концентрация соединений Cu и Pb в весенний период исследований превышала допустимые пределы и составила в среднем по Cu - 1,67 мг/дм ³, по Pb - 0,44 мг/дм ³.

В точках рук. Кутум и р. Волга было зафиксировано увеличение концентраций Zn и Cd, что составило свыше 25 ПДК.

В летний период было зарегистрировано превышение значения концентрации фенолов и СПАВ в точках: Приволжский затон, Золотой затон.

2006 год. Значение концентраций Zn, Cu, Pb существенно не отличалось от значений 2004 и 2005 годов и оставалось на достаточно высоком уровне (свыше 25 ПДК), что подтверждается результатами биотестирования на всех исследуемых тест-объектах.

Осенью отмечалось снижение значений концентраций меди и цинка, однако пределы их обнаружения всё же превышали ПДК.

2007 год. Концентрации Zn, Cu, Pb остаются на неизменном уровне и составляют по Cu (1,5 мг/дм ³), по Zn (0,16 мг/дм ³), по Pb (0,5 мг/дм ³).

Летом значение концентрации Cu возросли до высоких значений (свыше 45 ПДК). Такое превышение сохранялось до осени 2007 г.

Также в осенний период наблюдалось возрастание концентраций СПАВ (до 10 ПДК), одновременно повысилось и содержание Cd (до 15 ПДК).

По сравнению с предыдущими годами исследований значение концентраций тяжелых металлов в водах аквальных комплексов г. Астрахани остается на достаточно высоком уровне и превышает фоновые концентрации данных металлов в природных водах.

По исследованиям 2008 г. снижения уровня концентрации тяжёлых металлов не обнаружено.

Превышение ПДК Cu в весенний период было зафиксировано в точках рук. Кутум (3,5 мг/дм ³), Золотой затон (2,1 мг/дм ³). В остальных точках концентрации Cu составили в среднем 8-10 ПДК.

Пик концентраций Cu пришелся на летний период, что наглядно подтверждается и результатами биотестирования. Среднее значение концентрации соответствовало свыше 15 ПДК по всем исследуемым точкам.

Концентрации Pb по сравнению с прошлыми годами резко снизилось и составили 6 ПДК.

Содержание Hg, Ni, Co незначительно превышало фоновые значения и составили 1-4 ПДК.

По средним показателям за весь период исследования, суммарная концентрация тяжелых металлов в некоторых точках остается на достаточно высоком уровне, о чем свидетельствует неудовлетворительное качество воды в пунктах: рук. Кутум (Zn - 23 ПДК, Cu - 28 ПДК, Pb - 7 ПДК, СПАВ - 8 ПДК), Золотой затон (Zn - 21 ПДК, Cu - 23 ПДК, Pb - 6 ПДК, СПАВ - 4 ПДК), Канал им. 1 Мая (Zn - 23 ПДК, Cu - 22 ПДК, Pb - 7 ПДК, СПАВ - 4 ПДК), о чем свидетельствует и разница биотестирования. Повышение содержания большинства токсикантов в 2006-2007 гг. (Рис. 8, 9, 10), является следствием проведения реконструкции и дноуглубительных работ исследуемых внутригородских водоемов.

Рис. 8. Результаты определения содержания приоритетных загрязнителей в воде рук. Кутум

Рис. 9. Результаты определения содержания приоритетных загрязнителей в воде Золотого затона

По данным гидрохимического анализа превышение естественного фона по содержанию токсикантов в воде аквальных комплексов послужило указанием на повышенное загрязнение водоемов, что подчеркивает достоверность результатов биотестирования.

Проделанная работа выявила крайне неблагополучную токсикологическую ситуацию, сложившуюся в природных водах г. Астрахани. Высокий уровень антропогенной нагрузки на водные объекты города сам по себе представляет экологическую опасность, но еще большую опасность представляет тенденция его увеличения от года к году.

Рис. 10. Результаты определения содержания приоритетных загрязнителей в воде Канала им. 1 Мая

Впервые проведено исследование сезонной динамики токсичности природных вод, определены фоновые приоритетные загрязнители, а также показана корреляционная зависимость токсичности природных вод с их химическим составом.

Результаты лабораторного биотестирования природных вод существенно дополняют данные гидрохимических анализов и дают возможность принимать обоснованные природоохранные решения.

Анализ приведенных гидрохимических показателей и данных биотестирования позволяет сделать вывод о том, что необходимо улучшение качественного состава очищенных городских сточных вод, поступающих в водные объекты рыбохозяйственного значения.

Кардинальное решение проблемы снижения антропогенных воздействий на водную среду города может быть достигнуто только с разработкой комплекса мероприятий природоохранного характера с их оптимизацией.

В четвертой главе "Рекомендации по улучшению качества воды исследуемых водоемов с учетом региональных особенностей" приводятся рекомендации по улучшению качества исследуемых водоемов с учетом региональных особенностей. Приводится система мероприятий тактического и стратегического значения, система рационального управления поверхностными водными ресурсами урбанизированных территорий.

Для сохранения малых водоемов города необходимо своевременно выявлять и обезвреживать источники загрязнения, ограничить поступление неочищенных хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод, не допускать свалки мусора и других отходов по берегам водоёмов в пределах водоохранных зон, запретить размещение гаражей, бензоколонок, стоянок автомототранспорта, мойку автомашин, строительство в водоохранной зоне зданий, вырубку кустарников и деревьев.

Предложенный комплекс природоохранных мероприятий в системе геоэкологического мониторинга внутригородских водоемов - залог обеспечения устойчивого экологического состояния аквальных комплексов.

Чтобы в корне улучшить положение, понадобятся целенаправленные и продуманные действия. Ответственная и действенная политика по отношению к окружающей среде будет возможна лишь в том случае, если мы накопим надёжные данные о современном состоянии среды, обоснованные знания о взаимодействии важных экологических факторов, если разработаем новые методы уменьшения и предотвращения вреда, наносимого водоемам.

Полученные на основе исследований количественные оценки антропогенного воздействия на состояние водных объектов служат определяющим фактором обоснования выбора управленческого решения в системе рационального управления водными ресурсами урбанизированной территории. Использование геоинформационных и имитационных технологий для обработки больших объемов информации способствует повышению оперативности, обоснованности и эффективности управленческих мероприятий по регулированию антропогенного воздействия на водные объекты и восстановлению нарушенной среды обитания.

Таким образом, для деградированных водоемов: заросших, заиленных и покрытых ряской, - необходимы мероприятия, связанные с восстановлением их экосистем и, как итог, улучшением качества воды.

Восстановленные экосистемы водоемов и береговой зоны обладают очень важными природоохранными функциями, включающими и функции сохранения биологического разнообразия и поддержания качества воды.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Интенсивный процесс урбанизации обусловил целый ряд экологических проблем, связанных с резким ухудшением качества вод аквальных комплексов городской среды.

Эффективность решения задач рационального природопользования урбанизированных территорий в условиях техногенеза во многом зависит от полноты и достоверности используемой для этих целей информации о состоянии водных объектов.

1. Особенность загрязнения городских водоемов состоит в том, что в городе на относительно небольшой территории сосредоточено значительное количество различных источников загрязнения (промышленные предприятия, транспорт, бытовые отходы), обуславливающие интенсивность и неоднородность состава загрязнений природных вод.

Процессы урбанизации приводят к изменению гидрологического режима городских водоемов и водотоков, влияют на водный баланс, изменяют гидрохимический режим за счет сброса сточных вод: промышленных, хозяйственно-бытовых, ливневых, стоков со строительных площадок. Все это вызывает необходимость объективной оценки его современного состояния.

Проведённый гидрохимический анализ показал, что содержание загрязняющих веществ в воде городских водоёмов значительно превышает фоновые значения, в результате чего водная среда становится непригодной для обитания живых организмов. Высокую токсичность среды подтверждают и результаты проведённого параллельно биотестирования.

Проделанная работа выявила крайне неблагополучную экологическую ситуацию, сложившуюся на территории Астрахани. Проведённая сравнительная характеристика содержания в водной среде всех внутригородских водоёмов токсичных веществ выявила тенденцию обострения экологической обстановки во временном аспекте.

2. Проведенные исследования показали, что для природных водных систем важны не только количественные характеристики величин загрязнений, но также и качественные показатели, регистрирующие наличие токсичности вод природных водоемов. Тест-организмы весьма разнообразны, и неодинаково чувствительны к токсическому воздействию. Чувствительность к одному и тому же токсиканту у разных видов неодинакова; одни организмы более чувствительны к одним ядам, другие - к другим. Таким образом, для получения объективной и оперативной оценки качества как сточных, так и природных вод, включая питьевые, с помощью методов биотестирования рекомендуется использовать комплексный подход, т.е. применить одновременно несколько методов с тест-организмами из различных групп гидробионтов.

Результаты лабораторного биотестирования природных вод существенно дополняют и подтверждают данные гидрохимических анализов и дают возможность принимать обоснованные природоохранные решения.

В таких городах как Астрахань, где сосредоточена большая численность населения, промышленные предприятия и транспорт, возникает качественно новая техногенная среда обитания. Она характеризуется целым набором различного рода воздействий: высоким уровнем загрязнений, специфическим тепловым режимом, эффектами взаимодействия примесей, угнетением растительности, загрязнением водных источников. Все это приводит к необходимости проведения неотложных мероприятий по охране и восстановлению природных вод.

3. Комплексная оценка и экологический мониторинг природных вод внутригородских водоемов позволяют установить оптимальные нормы воздействия, необходимые для поддержания равновесного функционирования урбоэкосистем, а также критические пороги, позволяющие принимать своевременные решения для предупреждения кризисных ситуаций и катастроф экологического характера.

Полученные на основе исследований количественные оценки антропогенного воздействия на состояние водных объектов служат определяющим фактором обоснования выбора управленческого решения в системе рационального управления водными ресурсами урбанизированной территории. Использование геоинформационных и имитационных технологий для обработки больших объемов информации способствует повышению оперативности, обоснованности и эффективности управленческих мероприятий по регулированию антропогенного воздействия на водные объекты и восстановлению нарушенной среды обитания.

Результаты контроля состояния городского водоема, необходимо учитывать при проведении экологических экспертиз, взимании платы и штрафов за водные ресурсы и сброс загрязняющих веществ, а также при определении меры ответственности юридических или физических лиц, деятельность которых приводит к ущербу в результате изменения состояния водного объекта.

Для достижения эффективного контроля безопасности необходимо изменить схему взаимодействия систем мониторингового и входного контроля и схему взаимодействия методов внутри этих систем с комплексным использованием методов биологической оценки.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых научных журналах, определенных Высшей аттестационной комиссией:

1. Жижимова, Г.В. Экологическая оценка состояния внутренних водоемов города Астрахани / Г.В. Жижимова, Е.Г. Локтионова, Н.Х. Леднева // Проблемы региональной экологии. - 2009. - № 2. - С. 99-101.

Статьи, опубликованные в научных сборниках, журналах и материалах конференций:

2. Дедков, Ю.М. Изучение качества воды с использованием обобщенных показателей // Ю.М. Дедков, Е.Г. Локтионова, Г.В. Жижимова, Н.М. Бердеева // Мелиорация малых водотоков, нерестилищ дельты р. Волги и Волго-Ахтубинской поймы: мат-лы Междунар. науч. -практич. конф. (структурный проект "Чистые берега, чистая река"). - Астрахань: Изд-во ООО "ЦНТЭП", 2004. - С. 252-253.

3. Жижимова, Г.В. Определение качества воды водоемов г. Астрахани / Г.В. Жижимова, Е.Г. Локтионова // Эколого-биологические проблемы Бассейна Каспийского моря: мат-лы VII Междунар. науч. конф. (Астрахань, 13-14 октября 2004 г.). - Астрахань: ИД "Астраханский университет", 2004. - С. 130-131.

4. Дедков Ю.М. К вопросу изучения качества воды с использованием обобщенных показателей / Ю.М. Дедков, Е.Г. Локтионова, Г.В. Жижимова, Н.М. Бердеева // Научная мысль Кавказа. - 2005. - № 16, Приложение. - С. 166-171.

5. Жижимова, Г.В. Определение качества воды городских водоемов методом биотестирования / Г.В. Жижимова, Е.Г. Локтионова // Россия и Восток. Обучающее общество и социально-устойчивое развитие Каспийского региона: мат-лы III Междунар. науч. конф. (Астрахань, 21-22 апреля 2005 г.) / сост.: Н.В. Подвойская, Л.Я. Подвойский. - Астрахань: ИД "Астраханский университет", 2005. - Т. 3: Проблемы социально-устойчивого развития Каспийского региона. - С. 418-421.

6. Локтионова Е.Г. Определение качества воды дельты Волги с использованием обобщенных показателей / Е.Г. Локтионова, Г.В. Жижимова, Ю.М. Дедков // Современные аспекты экологии и экологического образования: мат-лы Всерос. науч. конф. (Казань, 19-23 сентября 2005 г.). - Казань, 2005. - С. 452-453.

7. Жижимова, Г.В. Мониторинговые исследования качества воды внутренних водоемов г. Астрахани с использованием Daphnia Magna Straus / Г.В. Жижимова, Е.Г. Локтионова // Эколого-биологические проблемы бассейна Каспийского моря: мат-лы VIII Междунар. науч. конф. (Астрахань, 12-13 октября 2005 г.). - Астрахань: ИД "Астраханский университет", 2005. - С. 70-72

8. Локтионова Е.Г. Определение качества воды методом биотестирования (на примере городских водоемов г. Астрахани) / Е.Г. Локтионова, Г.В. Жижимова// География и экология регионов России: мат-лы Всерос. науч. конф. (Великий Новгород, 9-10 декабря 2004 г.). - Великий Новгород: Изд-во НовГУ им. Ярослава Мудрого, 2005. - С. 264-268

9. Локтионова Е.Г. Применение обобщенных показателей для экологического контроля качества природных вод при ЧС различного характера / Е.Г. Локтионова, Г.В. Жижимова, Н.М. Бердеева // Вестник Московского государственного областного университета. Сер. Естественные науки. - Вып. Химия и химическая экология. - М.: Изд-во МГОУ, 2006. - № 1. - С. 84-87.

10. Локтионова Е.Г. Применение различных тест-организмов в мониторинге качества вод (на примере внутренних водоемов г. Астрахани) / Е.Г. Локтионова, Г.В. Жижимова// Вестник Московского государственного областного университета. Сер. Естественные науки. - Вып. Химия и химическая экология. - М.: Изд-во МГОУ, 2006. - № 3. - С. 128-134.

11. Жижимова, Г.В. Токсичность как обобщенный показатель качества во (на примере внутренних водоемов г. Астрахань) / Г.В. Жижимова, Е.Г. Локтионова // Вестник Московского государственного областного университета. Сер. Естественные науки. - Вып. Химия и химическая экология. - М.: Изд-во МГОУ, 2006. - № 1. - С. 80-83.

12. Жижимова, Г.В. Характеристика качества воды городских водоемов г. Астрахани с использованием обобщенных показателей / Г.В. Жижимова, Е.Г. Локтионова, Ю.М. Дедков, Н.М. Бердеева // Великие реки и мировые цивилизации: мат-лы Междунар. науч. конф. к 450-летию со дня основания Астрахани (Астрахань, 7-9 сентября 2006 г.) / сост.: А.П. Романова, С.Н. Якушенков, Л.В. Баева, А.Н. Бармин, П.Л. карабущенко. - Астрахань: ИД "Астраханский университет", 2006. - С. 400-407.

13. Локтионова, Е.Г. Определение качества воды городских водоемов г. Астрахани / Е.Г. Локтионова, Г.В. Жижимова // Современные проблемы экологии и экологической безопасности юга России / сост и ред.: М.Ю. Пучков, Е.Г. Локтионова. - Астрахань: Изд-во: ООО "ЦРЕЭП", 2006. - С. 22-27.

14. Жижимова, Г.В. Современные требования к биотестированию для определения качества природных вод / Г.В. Жижимова // Водные ресурсы Волги: настоящее и будущее, проблемы управления: мат-лы Всерос. науч. -практич. конф. (Астрахань, 3-5 октября 2007 г.) / сост.: Э.И. Бесчетнова, Д.Н. Катунин, В.В. Занозин, А.В. Кузин, А.Н. Мармилов. - Астрахань: ИД "Астраханский университет", 2007. - С. 97-100.

15. Жижимова, Г.В. Гидробиологический мониторинг экологического состояния внутренних водоемов города Астрахань / Г.В. Жижимова, Е.Г. Локтионова // Естественные науки: журнал фундаментальных и прикладных исследований. - Астрахань: ИД "Астраханский университет", 2008. - № 4 (25). - С. 19-23.

16. Локтионова Е.Г. Экологическая характеристика внутренних водоемов г. Астрахани / Е.Г. Локтионова, Г.В. Жижимова, А.Т. Утешева // Водные ресурсы Волги: настоящее и будущее, проблемы управления: мат-лы Всерос. науч. -практич. конф. (Астрахань, 3-5 октября 2007 г.) / сост.: Э.И. Бесчетнова, Д.Н. Катунин, В.В. Занозин, А.В. Кузин, А.Н. Мармилов. - Астрахань: ИД "Астраханский университет", 2008. - С. 226-231.

17. Жижимова, Г.В. Влияние загрязнения на рекреационное использование аквальных комплексов г. Астрахани / Г.В. Жижимова // Туризм и рекреация: инновации и ГИС-технологии: мат-лы II Междунар. науч. -практич. конф. (Астрахань, 14-16 мая 2009 г.) / сост.: И.В. Бузякова, М.М. Иолин. - Астрахань: ИД "Астраханский университет", 2009. - С. 83-84.

18. Жижимова, Г.В. Роль биотестирования в контроле качества вод по обобщенным показателям / Г.В. Жижимова, Е.Г. Локтионова, Ю.М. Дедков // Экоаналитика-2009: мат-лы VII Всерос. конф. по анализу объектов окружающей среды (Йошкар-Ола, 21-27 июня 2009 г.). - Йошкар-Ола, 2009. - С. 132-133.

Размещено на Allbest.ru

...