Содержание металлов в р. Яныгхулпья на территории ХМАО-Югры

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Содержание металлов в р. Яныгхулпья на территории ХМАО-Югры

Романова Т.И., Самарин В.А.

Аннотации

Приведены результаты исследований химического состава природных вод и донных отложений одного из притоков бассейна р. Северная Сосьва - р. Яныгхулпья. Повышенные концентрации анализируемых параметров в поверхностных водах в основном объясняются природным происхождением в условиях усиливающегося влияния нефтегазоносного комплекса на окружающую среду. Проведенные исследования позволят оценить наличие антропогенного воздействия на водные объекты, и установить взаимосвязь между химическим составом вод и аллювиальных отложений.

Ключевые слова: химический состав, поверхностные воды, донные отложения, корреляционная связь.

The article contains the results of studies of the chemical composition of natural waters and bottom sediments of one of the tributaries of the river basin of North Sosva - Yanyghulpya River. The increased concentrations of the analysed parameters in surface waters are mainly due to natural origin in the context of the increasing influence of the oil and gas complex on the environment. Conducted studies enable the estimation of the presence of anthropogenic effects on water bodies and establish the relationship between the chemical composition of water and alluvial sediments.

Keywords: chemical composition, surface water, bottom sediments, correlation.

Изучение естественного геохимического состояния природных вод на территории Березовского района Ханты-Мансийского автономного округа-Югры (ХМАО-Югры), находящейся в начальной стадии освоения месторождения нефти и испытывающих антропогенную нагрузку, играет важную роль в оценке экологического состояния природных объектов.

Объекты и методы исследований

Район исследований в физико-географическом отношении расположен в юго-восточной части возвышенности Люлимвор, одной из обособленных поднятий Северо-Сосьвинской возвышенности [1]. Выраженный полого-увалистый и холмистый рельеф имеет глубокое расчленение по периферии овражно-речной сетью, постепенно переходящие в плоские низкие заболоченные равнины. Климат территории умеренно-континентальный с избыточным увлажнением и недостаточной теплообеспеченностью (в конце весны и начале лета характерны возвраты холодов, осень ранняя, с инеями в августе и первыми снегопадами в сентябре).

Поверхностные воды по особенностям водного режима относятся к рекам с весенним половодьем (с максимумом в конце мая) и паводками в теплое время года, продолжительной меженью и устойчивым продолжительным ледоставом [8, С.28]. Питание рек преимущественно снеговое. По химическому составу воды, в основном, гидрокарбонатные кальциевые, с общей минерализацией до 200 мг/дм3, характеризуются повышенной цветностью и мутностью, а также окисляемостью [8, С.30], [14, С.123].

Геолого-геоморфологические, гидрологические и палеогеографические условия территории исследований определяют основные процессы почвообразования [3, С 73]. В пределах среднетаежной подзоны тайги наиболее распространенными почвами являются подзолы иллювиально-железистые средние, болотно-верховые торфянисто-глеевые и глееземы таежные слабооподзоленные [15, С.121].

В процессе исследований были изучены воды одного из притоков р. Северная Сосьва - р. Яныгхулпья, который пересекает площадь исследований в центральной части с северо-запада на юго-восток. Имеет хорошо выраженную долину, глубина русла в среднем составляет 0,4-0,5 м, при ширине в нижнем течении - до 9 м. Скорость течения в меженный период достигает 0,2 м/с. Русло реки преимущественно торфяное. Протяженность водотока в пределах района работа не превышает 40 км. Опробование проводилось по трем постам, расположенным на северо-западе участка (пост 1), в ее среднем течении (пост 2) и третий пост - устье реки. Расстояние между 1 и 2 постами составляет 9,3 км, между вторым и третьим пунктами наблюдения - 10 км (рис. 1).

Рис. 1 - Обзорная схема расположения постов наблюдения: 1 - границы ХМАО-Югры, 2 - границы муниципальных районов округа, 3 - точки отбора поверхностных вод и донных отложений, 4 - магистральный газопровод «Пунга-Вуктыл», 5 - автодорога, 6 - установка комплексной подготовки газа, 7 - площадки кустовых и одиночных добывающих скважин, 8 - вахтовый жилой комплекс и полигон бытовых отходов

почвообразование донный гидрологический

Химический состав природных вод

Изучение поверхностных водотоков в пределах площади исследования проводилось в период с 2014 г по 2018 г. в рамках ведения локального экологического мониторинга. Набор анализируемых компонентов ограничен перечнем необходимых параметров для оценки экологического состояния водных объектов, Однако учитывая, что одна часть определяемых компонентов, как правило, находятся в очень низких концентрациях (ниже предела обнаружения методики определения), а другая - превышает предельно-допустимые концентрации для рыбохозяйственных водных объектов (ПДКвр), в работе основное внимание уделено именно последним химическим элементам.

Химический состав поверхностных вод р. Яныгхулпья мало чем отличается от других водотоков округа. Кислотно-щелочной баланс воды меняется от слабокислого до нейтрального (табл. 1). Средние содержания хлоридов находятся на уровне 7,6-8,7 мг/дм3, т.е. менее 10 мг/дм3. Сульфаты меняются от 8,4 мг/дм3 до 11,5 мг/дм3 в среднем.

Нитраты в поверхностных водах изменяются в узком диапазоне от 0,05 мг/дм3 до 0,07 мг/дм3. Количество ионов аммония увеличилось к 2017 году до 0,95 мг/дм3. Природное поступление фосфатов в воды связано с процессами биологической переработки остатков животных и растительных организмов, диапазон изменений небольшой - от 0,025 мг/дм3 до 0,029 мг/дм3. При изучении органических веществ в поверхностных водах участка работ было определено полное биологическое потребление кислорода (БПКп), значения которого не превышают 2,37 мгО2/дм3 в среднем.

Таблица 1 - Химический состав вод р. Яныгхулпья по годам

Примечание: * ПДКвр - представлены согласно Приказу Федерального агентства по рыболовству № 20 от 18 января 2010 года

На поступление в природные воды соединений общего железа и марганца оказывают влияние процессы взаимодействия вод с вмещающими породами. Степень накопления общего железа контролируется процессами взаимодействия с карбонатными, алюмосиликатными и другими породами [7, С.380] [11, С.101]. На протяжении пяти лет распределение железа общего на территории не отличается большим размахом значений (рис. 2). Однако, наблюдается повсеместное превышение предельно допустимых концентраций (табл. 1).

Похожая картина отмечена и по марганцу. Его способность активно мигрировать в водных растворах приводит к тому, что в поверхностных водах площади исследований содержания данного химического элемента превышают нормативные показатели в 9-10 раз. На миграционную активность марганца оказывают влияние органические вещества и процессы комплексообразования [6, С.14-15], [7, С.385], [9, С.84]. Наименьшие значения были установлены в 2014 году, затем происходит значительный рост марганца до 0,103 мг/дм3 и к 2018 году после небольшого спада концентрация достигает максимума - 0,111 мг/дм3 (рис. 2).

Рис. 2 - Содержание металлов в поверхностных водах р. Яныгхулпья

Для оценки состояния водотока большое значение имеют концентрации тяжелых металлов, т.к. все они могут оказывать разное токсическое действие на живые организмы. Очень часто эти микроэлементы в водах ХМАО находятся на уровне, в разы выше ПДК для рыбохозяйственных водоемов [2, C.76]. Например, содержание меди в водах р. Яныгхулпья на протяжении всего водотока не постоянно, оно увеличивается вниз по течению (рис.2): от 0,008 мг/дм3 в водах поста 1 до 0,010 мг/дм3 к устью (пост 3). В распределении свинца наблюдается обратная картина - от северной точки участка (пост 1) вниз по течению к месту впадения реки в более крупный водоток (пост 3) концентрация падает, не выходя за рамки нормативных значений.

Поведение цинка не такое стабильное, размах значений по годам несколько больше, чем у меди и свинца: минимум отмечается в среднем течении р. Яныгхулпья (пост 2) в 2014 году, максимум приходится на устье реки (пост 3) в 2015 году. Учитывая высокую водно-миграционную активность цинка и меди, можно констатировать, что их высокие концентрации обусловлены режимом питания [10, С.63]: цинк в повышенных количествах содержится в речных водах, имеющих истоки на заболоченных водосборах.

Содержание нефтепродуктов в природных водах и в атмосферных осадках обычно составляет сотые и десятые доли мг/дм3. По данным [2, C.88], в незагрязненных нефтепродуктами водных объектах концентрации естественных углеводородов могут колебаться от 0,01 до 0,20 мг/дм3. В пределах площади исследований суммарные углеводороды характеризуются небольшими колебаниями как в сторону увеличения в 2015 году, так и в сторону снижения, при этом наблюдается общая тенденция к росту нефтепродуктов в водах р. Яныгхулпья. Однако, на протяжении всего периода наблюдений из всех постов минимум приходится на пост 3 - устье р. Яныгхулпья (рис. 3), что вероятно обусловлено хорошими самоочищающимися особенностями водотока.

Рис. 3 - Содержание нефтепродуктов в поверхностных водах (а) и в донных отложениях (б) р. Яныгхулпья

Химический состав природных вод

В отличие от поверхностных вод, которые отражают состояние водотока на момент опробования, донные отложения характеризуются более устойчивым химическим составом [5, С.64] и являются своеобразным индикатором долговременного загрязнения речной сети. При этом сами донные отложения могут служить источником вторичного поступления химических элементов в воды. По сравнению с водными объектами оценить состояние химического состава речных осадков не представляется возможным в силу отсутствия нормативов качества, поэтому предлагается целесообразным в качестве граничных условий использовать фоновые показатели, полученные при проведении оценки исходного экологического состояния донных отложений. Результаты исследования донных отложений представлены в таблице 2.

Кислотно-щелочной баланс русловых отложений характеризуется как слабокислый. Содержание макрокомпонентов в последние годы определялось по ГОСТ 26426-85 (сульфаты) и по ГОСТ 26426-85 (хлориды), по данным анализа их значения составляют менее 480 мг/кг по сульфатам и менее 178 мг/кг по хлоридам.

Железо общее, марганец и тяжелые металлы определялись в подвижной форме. Концентрации железа общего варьирует в широких пределах от 7559,8 мг/кг на посту 2 в 2014 г. до 13018,0 мг/кг поста 3 в 2018г. При этом ежегодно минимум приходится на донные отложения поста 2 (рис. 4).

Таблица 2 - Химический состав донных отложений р. Яныгхулпья по годам

Примечание:* - для металлов указана подвижная форма; ** - приведены значения исходного состояния донных отложений (данные 2008 г.)

Распределение марганца в донных отложениях р. Яныгхулпья в 2014-2015 годах было аналогично железу, затем ситуация стала меняться и на пост 2 приходится уже максимальное значение данного элемента, при общей динамике роста (табл. 2).

Миграционная активность меди (способность высаживаться из раствора и обратно переходить в водную среду) прослеживается в течение 3 лет (с 2014 по 2016 года). В верхнем течении водотока (пост 1) концентрации меди максимальные, далее по ходу движения воды к устью металл переходит в раствор, о чем говорит снижение значений. В 2017 г. ситуация несколько изменилась: в месте впадения р. Яныгхулпья в более крупный водоток происходит рост показателей, достигая максимума.

Средние содержания свинца из года в год меняются неравномерно. Наименьшие показатели отмечены на северо-западе участка, в донных отложениях поста 1, далее вниз по течению происходит увеличение свинца и к устью р. Яныгхулпья концентрации металла снижаются. Такая картина наблюдается на протяжении 2014-2016 гг., позже, в 2017 году, идет плавное понижение содержаний анализируемого элемента вниз по течению на протяжении всего водотока.

Поведение цинка в русловых осадках более стабильно. От поста 1, расположенного на севере площади исследований, до места впадения водотока (пост 3) отмечается общая тенденция к уменьшению концентрации цинка (рис. 4). Однако, из года в год наблюдается накопление данного компонента в донных осадках.

Рис. 4 - Содержание металлов в донных отложениях р. Яныгхулпья

Содержание суммарных углеводородов в русловых отложениях с каждым годом увеличивается, при этом осадки в среднем течении р. Яныгхулпья характеризуются наименьшими значениями нефтепродуктов (рис. 3), далее вниз по течению, к устью концентрации повышаются. В целом, по углеводородам аллювиальные отложения можно оценить как чистые [12, С.48].

Обсуждение результатов

Для установления источников поступления анализируемых химических элементов в поверхностные воды из русловых отложений была изучена корреляционная связь между объектами.

Представим основные составляющие показателей в следующем виде:

Х(t) = {Х1, Х2, Х3, Х4, Х5}, где Х(t) - общий показатель химического состава поверхностных вод во времени по постам взятия проб; X1 - показатель в сентябре 2014 года; X2 - показатель в сентябре 2015 года; X3 - показатель в сентябре 2016 года; X4 - показатель в сентябре 2017 года; X5 - показатель в сентябре 2018 года.

Y(t) = {Y1, Y2, Y3, Y4, Y5}, где Y(t) - общий показатель химического состава донных отложений во времени соответственно по постам взятия проб; Y1 - показатель в сентябре 2014 года; Y2 - показатель в сентябре 2015 года; Y3 - показатель в сентябре 2016 года; Y4 - показатель в сентябре 2017 года; Y5 - показатель в сентябре 2018 года.

Для измерения интенсивности связи между двумя явлениями воспользуемся формулой расчета линейной корреляции [13, С.120].

где xi - значения общего показателя химического состава поверхностных вод по постам за анализируемый период; yi - значения общего показателя химического состава донных отложений за анализируемый период.

При оценке корреляции применялась шкала Чеддока [4, С.157], содержащая интерпретацию величины коэффициента корреляции в виде качественной характеристики силы связи между рассматриваемыми переменными (табл. 3). Значения коэффициента корреляции (rxy) всегда находятся внутри диапазона [-1; +1], то есть чем ближе окажется значение коэффициента корреляции к границам диапазона, тем значительнее зависимость между элементами поверхностных вод и донных отложений.

Результаты расчета коэффициентов корреляции представлены в таблице 4.

Таблица 3 - Химический состав донных отложений р. Яныгхулпья по годам

Корреляционный анализ выборки данных показателей в различных природных компонентах свидетельствует о наличии высокой положительной связи между концентрациями железа в поверхностных водах и в донных отложениях р. Яныгхулпъя.

Для нефтепродуктов коэффициент корреляции показывает умеренно выраженную корреляционную зависимость концентраций в поверхностных водах и донных отложений р. Яныгхулпъя.

Таблица 4 - Оценка корреляционной связи между содержанием ингредиентов в поверхностных водах и донных отложениях

Слабая корреляционная связь остальных ингредиентов показывает, что обмен между ними в поверхностных водах и донных отложениях реки осуществляется слабо, что говорит об их невысокой подвижности в твердых осадках.

Таким образом, химический состав поверхностных вод и донных отложений на протяжении всего периода наблюдений не постоянен. Содержания отдельных химических элементов меняются в широких пределах, их можно разделить на две группы. В первую группу входят железо общее, марганец и нефтепродукты - их концентрации увеличиваются как в водной среде, так и в донных осадках. При изучении второй группы элементов - меди, свинца и цинка - просматривается общая тенденция к снижению в поверхностных водах и накопления их в русловых отложениях. Это говорит о высокой миграционной подвижности химических элементов первой группы, поступление в раствор и высаживание из него происходит постоянно в результате тесной связи между жидкой и твердой составляющей. Тогда как геохимические процессы элементов второй группы протекают с меньшей интенсивностью, что позволяет им сначала накапливаться в донных отложениях и только потом переходить в водные объекты.

Несмотря на увеличивающееся техногенное влияние человека на окружающую среду, способность водных объектов к самоочищению пока еще сохраняется на небольших водотоках. Повышенные концентрации анализируемых компонентов обусловлены природными особенностями геологической среды [11, С.101], климатическими условиями и другими факторами, характерными для территорий Западной Сибири.

Список литературы

1. Атлас Ханты-Мансийского автономного округа. В 2-х т. Том II. Природа и экология / Отв. ред. В. А. Дикунец и др. - Ханты-Мансийск, М.: Роскартография: Мониторинг, 2004. - 1 атл. (152 с.)

2. Бабушкин А. Г. Гидрохимический мониторинг поверхностных вод Ханты-Мансийского автономного округа - Югры / А. Г. Бабушкин, Д. В. Московченко, С. В. Пикунов. - Новосибирск: Наука, 2007. - 152 с.

3. Большаник П.В. Геоэкологические проблемы трансформации рельефа урбанизированных территорий (на примере городов Западной Сибири): монография / П.В. Большаник, В.Н. Недбай. - М.: ИНФРА-М, 2017. - 243 с.

4. Елисеева И. И. Эконометрика: учебник / И. И. Елисеева [и др.]; под ред. И. И. Елисеевой. ? 2-е изд. - М.: Финансы и статистика, 2007. ? 576 с.

5. Замана Л. В. Тяжелые металлы и углеводороды в донных осадках речной сети на севере Читинской области / Л. В. Замана, М. Т. Усманов, О. В. Глушенкова и др.// География и природные ресурсы. - 2007. - №1. - С.64-69.

6. Здвижков М. А. Гидрогеохимия Васюганского болотного массива. Автореферат дисс. … канд. геол.-минерал. наук: 25.00.07: защищена 16.12.05 / Здвижков Михаил Александрович. - Томск: ТПУ, 2005. - 22 с.

7. Крайнов С.Р. Геохимия подземных вод. Теоретические, прикладные и экологические аспекты / С.Р. Крайнов, Б.Н. Рыженко, В.М. Швец. - М.: ЦентрЛитНефтеГаз, 2012. - 672с.

8. Лёзин В. А. Реки Ханты-Мансийского автономного округа. Справочное пособие / В. А. Лёзин. - Тюмень: Вектор Бук, 1999. -160 с.

9. Нечаева Е. Г. Ландшафтно-геохимический анализ динамики таежныхгеосистем / Е. Г. Нечаева. - Иркутск: ИГ СО РАН, 1985. - 210 с.

10. Нечаева Е. Г. Ландшафтно-геохимическая специфика Западно-Сибирской долинно-таежной геосистемы / Е. Г.Нечаева // Региональные ландшафтно-геохимические исследования. - Иркутск: ИГ СО РАН, 1986. - С. 54-66.

11. Романова Т. И. Геохимическое состояние природных вод на территории ХМАО-Югры / Т. И. Романова, Р. Д. Хабибуллина // Наука и мир. - 2016. - №8 (36), Том 2. - С.96-102.

12. Савичев О. Г. Эколого-геохимическое состояние поверхностных водных объектов в Таз-Енисейском междуречье / О. Г. Савичев, Л. Г. Колесниченко, Е. В. Сайфулина // География и природные ресурсы. - 2011. - №4. - С.45-49.

13. Фёрстер Э. Методы корреляционного и регрессионного анализа. Руководство для экономистов. Перевод с немецкого и предисловие В. М. Ивановой / Э. Фёрстер, Б. Рёнц - М.: Финансы и статистика, 1983. - 304 с.

14. Физическая география и экология региона / Под ред. В. И. Булатова, Б. П. Ткачева - Ханты-Мансийск: ООО «ИИЦ», 2006. - 196 с.

15. Хренов В. Я. Почвы Тюменской области: словарь-справочник / В. Я. Хренов. - Екатеринбург: УрО РАН, 2002. -156 с.

Размещено на Allbest.ru