Оцінка впливу берегових антропогенних джерел забруднення на якість вод Одеського району північно-західної частини Чорного моря

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОДЕСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ЕКОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК 504.42

ОЦІНКА ВПЛИВУ БЕРЕГОВИХ АНТРОПОГЕННИХ ДЖЕРЕЛ ЗАБРУДНЕННЯ НА ЯКІСТЬ ВОД ОДЕСЬКОГО РАЙОНУ ПІВНІЧНО-ЗАХІДНОЇ ЧАСТИНИ ЧОРНОГО МОРЯ

11.00.11 - конструктивна географія і раціональне використання природних ресурсів

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата географічних наук

САПКО ОЛЬГА ЮРІЇВНА

Одеса - 2009

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Одеському державному екологічному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор географічних наук, старший науковий співробітник

Тучковенко Юрій Степанович,

Одеський державний екологічний університет, проректор з

наукової роботи.

Офіційні опоненти: доктор географічних наук, професор

Петлін Валерій Миколайович,

Львівський національний університет ім. Івана Франка,

завідувач кафедрою конструктивної географії і картографії.

кандидат географічних наук, доцент

Тимченко Зінаїда Володимирівна,

Національна академія природоохоронного і курортного

будівництва, доцент кафедри інженерної екології.

Захист відбудеться «_12_» __березня____ 2009 р. о _1000_ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 41.090.01 в Одеському державному екологічному університеті за адресою:

65016, м. Одеса, вул. Львівська, 15, ОДЕКУ.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Одеського державного екологічного університету за адресою:

65016, м. Одеса, вул. Львівська, 15, ОДЕКУ.

Автореферат розісланий «_10_» __лютого__ 2009 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Чугай А.В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Одним із районів Чорного моря, де берегові антропогенні джерела значно впливають на якість морських вод, є акваторія, яка безпосередньо примикає до Одеського конгломерату. До цього району, який носить назву Одеський, відноситься частина акваторії північно-західної частини Чорного моря (ПЗЧМ), яка обмежена із заходу і півночі береговою лінією, а зі сходу і півдня - траверзами Сухого і Аджаликського лиманів. В середині 70-х років ХХ століття були споруджені два порти: Іллічівськ (Сухий лиман) за 30 км на південний схід від Одеси та Южний (Аджаликський лиман) за 25 км на північний схід від Одеси. В Іллічівську функціонують рибний і торговельний порти. На Аджаликському лимані розташовані причали Одеського припортового заводу і ряду компаній. Все це свідчить про наявність на узбережжі досліджуємого району антропогенних джерел забруднення морського середовища, які значно впливають на екологічну ситуацію.

Актуальність оцінки ступеня впливу берегових антропогенних джерел забруднення на якість морських вод Одеського району полягає в тому, що вона є одним з основних факторів вибору стратегії управління рекреаційними та біологічними ресурсами досліджуваної акваторії. Ефективність реалізації природоохоронних заходів на регіональному рівні, включаючи нормування скидів забруднених скидних вод і збільшення ступеня їх очистки визначається, в першу чергу, правильністю ранжирування берегових антропогенних джерел за ступенем їх впливу на якість вод та екологічну ситуацію в досліджуваній акваторії.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана в рамках науково-дослідних робот Одеської філії Інституту біології південних морів (ОФ ІнБПМ) НАН України і Одеського державного екологічного університету (ОДЕКУ):

„Розробити математичну модель якості морського середовища Одеського регіону північно-західної частини Чорного моря” (ОФ ІнБПМ № ДР 0203U008433, 2003 р.);

„Вплив антропогенних джерел забруднення на якість вод Одеського регіону північно-західної частини Чорного моря” (ОДЕКУ, № ДР 0105U008470, 2005 - 2006 рр.);

„Управління якістю вод екосистем прибережних морських акваторій та внутрішніх водоймищ на підставі математичного моделювання” (ОДЕКУ, № ДР 0106U004429, 2006 - 2008 рр.).

Мета і задачі дослідження. Мета дисертаційної роботи полягає в інтегральній оцінці якості вод і визначенні впливу берегових антропогенних джерел забруднення на формування сучасного рівня трофності і якість вод Одеського району ПЗЧМ.

При виконанні роботи вирішувались такі завдання:

- узагальнення, систематизація й аналіз інформації про берегові антропогенні джерела забруднення морського середовища Одеського району з метою ранжирування їх за кількістю забруднювальних речовин (ЗР), що скидаються в море;

- оцінка якості морського середовища досліджуваної акваторії відповідно до даних багаторічного екологічного моніторингу, здійсненого ОФ ІнБПМ;

- визначення масштабів і ступеня впливу берегових антропогенних джерел забруднення на якість морських вод;

- оцінка ролі берегових антропогенних джерел при формуванні якості вод у порівнянні з річковим стоком;

- розробка рекомендацій щодо регулювання скидів ЗР для використання їх при розробці регіональної стратегії управління якістю вод досліджуваної акваторії.

Об'єкт дослідження - антропогенне забруднення морської акваторії Одеського району північно-західної частини Чорного моря.

Предмет дослідження - вплив берегових антропогенних джерел забруднення на якість морських вод Одеського району ПЗЧМ.

Методи дослідження. Для вирішення поставлених завдань в роботі використовувались методи статистичної обробки і системного аналізу даних багаторічного екологічного моніторингу досліджуваної акваторії, якості скидних вод антропогенних джерел забруднення, а також числове математичне моделювання процесів розповсюдження і трансформації забруднювальних та біогенних речовин в морському середовищі.

Наукова новизна одержаних результатів. В дисертаційній роботі вперше запропоновано новий комплексний методичний підхід до оцінки ступеня і масштабів впливу берегових антропогенних джерел забруднення на екологічний стан морських вод, які зазнають значного антропогенного впливу, із застосуванням числової тривимірної нестаціонарної моделі формування якості морських вод. В роботі вперше систематизовані дані про антропогенні джерела забруднення досліджуваного району; вирішена задача оцінки внеску берегових антропогенних джерел в формування сучасного рівня евтрофування та забруднення вод Одеського району; виконана інтегральна оцінка якості вод досліджуваного району.

Практичне значення одержаних результатів. Розроблений методичний підхід може бути використаний для оцінки ступеня впливу берегових антропогенних джерел забруднення на формування якості вод морських акваторій. Одержані результати можуть бути використані при розробці стратегії управління якістю морських вод, у тому числі при регулюванні скидів стічних вод береговими джерелами забруднення. Розроблені рекомендації, спрямовані на покращення екологічної ситуації в досліджуваному районі.

Особистий внесок здобувача. Автором зібрана, узагальнена та систематизована розрізнена інформація про берегові антропогенні джерела забруднення морського середовища Одеського району ПЗЧМ, виконана інтегральна оцінка якості вод морського середовища за даними натурних спостережень, проведені числові експерименти з використанням тривимірної нестаціонарної математичної моделі формування якості вод для оцінки внеску берегових антропогенних джерел в забруднення морського середовища досліджуваного району з урахуванням гідрологічних та хіміко-біологічних процесів у морському середовищі.

У працях, опублікованих у співавторстві, особистий внесок автора полягає у наступному: накопиченні, систематизації та аналізі первісної інформації, аналізі та інтерпретації результатів у працях [1, 2, 9]; участь у розробці методичного підходу, узагальненні, аналізі, інтерпретації даних моніторингу у працях [5, 7]; проведенні числових експериментів з використанням математичної моделі, аналізі та інтерпретації отриманих результатів у працях [3, 6, 8].

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертаційної роботи представлялись на: V і VI симпозіумах «Екологічні проблеми Чорного моря» (Одеса, 2003, 2004); міжнародній конференції «Екологічний стан Чорного та Азовського морів» (Крим, Донузлав, 2005), в школі-конференції молодих учених за участю країн СНД «Раціональне природокористування» (Москва, 2005); на науково-технічній конференції наукових і науково-педагогічних працівників ОДЕКУ (Одеса, 2005); III-VI конференціях молодих учених ОДЕКУ (Одеса, 2003-2005рр.); науково-практичній конференції «Науково-методичні проблеми покращення оточуючого середовища Одеського регіону» (Одеса, 2006); міжнародній науковій конференції «Фундаментальні дослідження найважливіших проблем природничих наук на підставі інтегрованих процесів в освіті та науці» (Севастополь, 2006); міжнародній науково-практичній конференції «Екологічні проблеми Чорного моря» (Одеса, 2007); міжнародній науково-технічній конференції «Навколишнє природне середовище - 2007: актуальні проблеми екології та гідрометеорології; інтеграція освіти і науки» (Одеса, 2007); всеукраїнській науково-практичній конференції «Екологія міст і рекреаційних зон» (Одеса, 2008).

Публікації. За темою дисертаційної роботи опубліковані 23 наукові праці, з них 5 - у виданнях, рекомендованих ВАК України, і 1 - колективна монографія.

Структура і обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, переліку використаних літературних джерел із 73 найменувань і додатків. Повний обсяг дисертації складає 194 сторінки, в тому числі 54 рисунки та 43 таблиці і додатки на 35 сторінках.

середовище морський забруднення антропогенний

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність теми, сформульовані основна мета і завдання дослідження, подані наукова новизна та практичне значення одержаних результатів, а також відомості про апробацію та публікації результатів дисертації.

У першому розділі описані основні особливості гідрометеорологічного і гідрологічного режимів Одеського району ПЗЧМ, надана характеристика сучасного екологічного стану досліджуваної акваторії за даними різних літературних джерел.

Динаміка вод Одеського району ПЗЧМ визначається морфологічними особливостями басейну, домінуванням вітрових течій, відносною віддаленістю від гирлових областей річок та, в той же час, впливом річкового стоку Дніпра і Південного Бугу на термохалинну структуру вод. Весною (квітень - травень) акваторія Одеського району характеризується мінімальними значеннями солоності, що пов'язано з проникненням розпріснених вод із Дніпровсько-Бузького лиману в досліджувану акваторію. В липні - вересні відмічається зменшення річкового стоку і, як наслідок, підвищення солоності.

Над акваторією Одеського району в зимовий та літній періоди переважають вітри північно-східного, північного і північно-західного напрямків, які сприяють формуванню постійного циклонічного типу циркуляції вод. Весною посилюється вплив вітрів південного і південно-східного напрямків. Для досліджуваного району характерні двошарова циркуляція вод, спричинена впливом вітру та наявністю берегів, а також наявність інтенсивного переносу водних мас вздовж берега. Напрямок обтікання берегової межі Одеського району залежить від напрямку вітру. Внаслідок весняно-літнього прогріву поверхневого шару морських вод формується температурна стратифікація, яка перешкоджає вертикальному водообміну. В літній період особливого значення набувають згінно-нагінні явища. Під час згінних вітрів в досліджуваній акваторії виникає прибережний апвелінг. В таких випадках морська вода в прибережній зоні має більш низьку температуру і підвищену солоність. Така ситуація сприяє накопиченню ЗР в прибережній зоні.

Проблемі забруднення вод Одеського району присвячена велика кількість наукових праць. Згідно з даними екологічного моніторингу, який проводиться різними природоохоронними та науково-дослідними організаціями, води Одеського району ПЗЧМ характеризуються значним вмістом нафтових і хлорованих вуглеводнів, біогенних елементів, а також високим рівнем бактеріального забруднення. Основними джерелами забруднення морської води є трансформований річковий стік Дніпра, Південного Бугу і Дністра, комунально-побутові, зливові і дренажні скиди Одеської конгломерації.

Наразі відсутнє системне дослідження впливу на якість вод досліджуваної акваторії всій сукупності антропогенних джерел забруднення. Є лише дослідження окремих аспектів цієї проблеми. Тому питання щодо ступеня сумісного впливу всіх берегових джерел забруднення на якість вод Одеського району є актуальним.

У другому розділі надається характеристика антропогенних джерел забруднення вод Одеського району північно-західної частини Чорного моря.

Основними береговими антропогенними джерелами забруднення є станції біологічної очистки м. Одеси (СБО «Північна» і «Південна»), Іллічівський морський торговельний порт та Одеський припортовий завод, неочищені зливові, дренажні скиди і скидні води промислових підприємств (рис. 1). Також значна кількість ЗР надходить в акваторію з трансформованим річковим стоком Дніпра, Південного Бугу і Дністра.

Станції біологічної очистки стічних вод «Північна» і «Південна» призначені для очищення виробничих та господарсько-побутових стічних вод підприємств і населення м. Одеси і подальшого скиду їх в море. Скид стічних вод на СБО «Південна» здійснюється шляхом розсіювання випуску на відстані 2,12 км від берега. СБО «Північна» здійснює скид стоків у море тільки в зимовий період року (з середини вересня до кінця квітня). Випуск стічних вод здійснюється на відстані 300 м від берега у мілководну зону Одеської затоки. У теплий період року (з травня до середини вересня) стічні води скидаються в Хаджибейський лиман. Останнім часом, в зв'язку з високим рівнем води в лимані, стічні води з СБО «Північна» практично упродовж всього року скидаються безпосередньо в море, що спричиняє додаткове забруднення вод акваторії Одеської затоки.

Разом зі стічними водами міських очисних споруд у морське середовище щорічно надходить 39 % нітратів, 82 % нітритів, 93 % амонійного азоту, 94 % фосфатів, 59 % органічних речовин і 64 % СПАР від загальної їх кількості, яка надходить від берегових антропогенних джерел. На міських очисних спорудах очищені стоки перед скидом їх в море не знезаражуються, що призводить до значного бактеріального забруднення морських вод.

Значно впливають на стан прибережних морських вод інтенсивні атмосферні опади, які через відсутність централізованої зливової каналізації та очистки змивають в море з тротуарів, доріг і ґрунту велику кількість ЗР. За своїм хімічним складом ці стоки можна прирівняти до неочищених міських стоків. Так, разом із зливовими стоками в море надходить близько 91 % завислих речовин, 31 % органічних речовин, 93 % нафтопродуктів та 33 % СПАР. Вплив зливового стоку на якість вод прибережної зони моря є епізодичним і залежить від тривалості та інтенсивності зливи.

Стік дренажних вод є значним джерелом азоту нітратів (близько 22 %). Стічні води ОПЗ поставляють близько 20 % від загальної кількості нітратів і майже 4 % фосфатів. Разом зі стічними водами промислових підприємств у морське середовище надходить близько 17 % азоту нітратів.

Значно впливає на якість морських вод стік річок Дніпра і Південного Бугу. З трансформованими річковими водами з Дніпровсько-Бузького лиману надходить значна кількість азоту амонійного. Концентрації основних ЗР у Дністровському лимані не перевищують гранично допустимих значень. Вплив р. Дністер на якість морського середовища Одеського району значно слабший аніж Дніпра і Південного Бугу.

У третьому розділі надається характеристика існуючого гідрохімічного режиму досліджуваної акваторії за даними багаторічного екологічного моніторингу, проведеного ОФ ІнБПМ, виконана інтегральна оцінка якості морських вод акваторії з використанням комплексного показника екологічного стану та оцінка рівня евтрофікації морського середовища із застосуванням індексу E-TRIX.

Згідно з даними екологічного моніторингу, проведеного ОФ ІнБПМ в 1988 - 1999 рр., води Одеського району ПЗЧМ характеризуються високим вмістом мінеральних та органічних сполук азоту і фосфору, що сприяє зростанню продукції і біомаси фітопланктону, а також обумовлює високий рівень трофності та сапробності вод.

В цілому, у фотичному шарі прибережної зони досліджуваної акваторії середні концентрації амонійного азоту та фосфатів упродовж всіх сезонів року перевищували концентрації, характерні для мористої частини акваторії (рис. 2). Це перевищення досягає максимальних значень у літній сезон у поверхневому шарі і складає 80 % для амонію та 100 % для фосфатів. Прибережні води у весняно-літній період року містять менше нітратів та нітритів, аніж води відкритої частини акваторії. І лише восени у прибережній зоні їх концентрація стає вищою, ніж у мористій частині акваторії, на 78 % - у поверхневому шарі і на 148 % - у придонному шарі. Така ситуація спричинена впливом берегових антропогенних джерел забруднення морського середовища, а також особливостями гідрологічного режиму вод Одеського району.

Спостерігається нерівномірний розподіл БСК5 на площі досліджуваної акваторії, що пояснюється наявністю локальних джерел надходження органічної речовини. Влітку у придонному шарі прибережної зони може розвиватися гіпоксія та аноксія.

Домінуючим видом забруднення вод Одеської акваторії є нафтопродукти, середня концентрація яких у весняно-літній період у поверхневому шарі складає 0,07 мг/дм3. Максимальні концентрації цієї ЗР зафіксовані у поверхневому шарі в районі портів Одеса та Південний.

У придонному шарі вод акваторії Одеської затоки помітно підвищення вмісту важких металів, таких як кадмій, цинк, мідь та ртуть.

За результатами інтегральної оцінки якості вод із застосуванням комплексного показника екологічного стану морського середовища екологічний стан вод Одеського району впродовж 1988 - 1999 рр. можна охарактеризувати як нестійкий. До того ж, протягом літа ступінь екологічної нестабільності підвищується. Ступінь нестійкості екологічного стану вод у прибережній зоні вищий, аніж з віддаленням від берега.

Значення індексу евтрофікації E-TRIX, розраховані на основі даних багаторічного екологічного моніторингу Одеського району ПЗЧМ, свідчать про те, що води зазначеної акваторії характеризуються високим рівнем трофності. Евтрофікація вод акваторії є наслідком надходження значної кількості біогенних речовин із берегових антропогенних джерел та з річковим стоком.

В четвертому розділі наведені основні результати розрахунків ступеня впливу антропогенних джерел на якість вод досліджуваної акваторії з використанням числової тривимірної нестаціонарної математичної моделі формування якості вод (Іванов В.А., Тучковенко Ю.С. Прикладне математичне моделювання якості вод шельфових морських екосистем, 2006), адаптованої до умов ПЗЧМ. Модель включає в себе трьохмірний термогідродинамічний блок, блок самоочищення вод від ЗР антропогенного походження, не властивих морському середовищу, та блок евтрофікації.

Гідродинамічний блок моделі виконаний у криволінійній по вертикалі системі координат, оснащений блоком сприйняття гідрометеорологічної інформації на межах розрахункової області, і дає можливість відтворювати просторово-часову мінливість рівня моря, термохалінної структури вод, полів консервативної домішки, тривимірного поля течій та інтенсивності турбулентного обміну на часових відрізках від декількох діб до річного циклу в акваторіях морського шельфу зі складними морфологічними і гідрологічними характеристиками.

У блоці самоочищення вод від ЗР, не властивих морському середовищу, розраховується зменшення концентрації ЗР у кожній локальній точці простору в результаті сукупної дії різного роду фізико-хімічних, хімічних, біохімічних та біологічних процесів, що мають місце в морському середовищі, а також за рахунок гідродинамічного розводження, гравітаційного осідання та адсорбції.

Хіміко-біологічний блок моделі евтрофікації є замкнутою системою диференціальних рівнянь, що описують біогеохімічні цикли біогенних елементів, продукцію і деструкцію органічної речовини, динаміку кисню в локальній точці водного середовища. Змінними блоку є показники якості вод морських екосистем, які характеризують рівень їх трофності та сапробності.

З метою дослідження впливу на розповсюдження ЗР особливостей циркуляції вод в Одеському районі ПЗЧМ використовувався гідротермодинамічний блок моделі. Розрахунки показали, що при сумісному функціонуванні СБО «Північна» та «Південна» найбільш негативний вплив на якість прибережних вод західної границі району чинять вітри півд.сх., півн.сх., сх. і півн. напрямків, а для північної границі - півн.зах., зах., півд.зах. та півд. напрямків. Півд.сх. і півд. вітри сприяють накопиченню ЗР в Одеській затоці. Вплив СБО «Південна» на якість вод прибережної зони найбільш негативний при зах., півд.зах. та півд. вітрах, під час яких у весняно-літній період року розвивається прибережний апвелінг.

Для оцінки частки берегових антропогенних джерел забруднення у забрудненні морського середовища всієї Дніпровсько-Бузької пригирлової ділянки ПЗЧМ, на першому етапі розрахунків, застосовувався тільки гідротермодинамічний блок моделі, тобто із факторів самоочищення вод враховувалося тільки гідродинамічне розводження. Розрахунок виконувався за умов різних років з першої декади березня до кінця серпня, з урахуванням сезонної мінливості витрат річкового стоку Дніпра, Південного Бугу та Дністра. Оскільки в останній час, у зв'язку з підвищенням рівня води в Хаджибейському лимані, СБО «Північна» протягом літнього періоду скидає очищені стічні води у море, розрахунок виконувався як із урахуванням, так і без урахування такого скиду. Зливовий стік не враховувався, тому що він має епізодичний характер.

Для оцінки відносного внеску берегових антропогенних джерел забруднення у підтримання сучасного, достатньо високого рівня трофності вод Одеського району, використовувався вираз вигляду:

,

де - відсоток внеску берегових антропогенних джерел забруднення у сумарній концентрації біогенної речовини у морському середовищі;

- концентрація біогенної речовини у вузлі (i, j) розрахункової сітки з урахуванням скидів берегових джерел і річкового стоку;

- концентрація біогенної речовини у тому ж вузлі з урахуванням лише річкового стоку.

Модельні розрахунки показують, що при масштабі початкового розводження 4 км2 (крок на розрахунковій сітці 2 км), весною внесок берегових джерел у формування концентрацій мінеральних форм основних біогенних елементів в залежності від вітрових умов, в різних точках акваторії Одеського району змінюється: для фосфору фосфатів - у межах від 5 до 60 %, для азоту нітратів, амонійного, БСК5 - від декількох одиниць до 25 - 50 %, 10 - 20 % і 5 - 10 % відповідно від сумарного надходження цих речовин від зовнішніх джерел. Відсоток внеску берегових джерел до евтрофування вод залежить від гідрометеорологічних умов та віддаленості від прибережної зони.

Упродовж літнього періоду, навіть за відсутності скиду стічних вод з СБО «Північна», максимальні значення внеску берегових джерел у постачання біогенних речовин у морське середовище помітні в районі Одеської затоки, що спричинено зміною циклонічного типу прибережної циркуляції вод на антициклонічний, розвитком прибережного апвелінгу при згінних вітрах, який сприяє надходженню ЗР від СБО «Південна» в поверхневий шар, а також скидами мінерального азоту ЗАТ «Одеська цукрова компанія». У випадку домінування вітрових умов, при яких два перших із зазначених вище факторів виражені слабо або відсутні, максимальні значення внеску берегових джерел спостерігаються в районі розташування СБО «Південна» та випуску стічних вод м. Іллічівська і Іллічівського морського торгівельного порту. Внесок берегових антропогенних джерел в порівнянні з річковим стоком по фосфору фосфатів в середині серпня може досягати 15 - 20 %, азоту амонійного - до 5 - 10 %, азоту нітратного - до 10 - 30 %. За показником БСК5 упродовж всього літнього періоду цей показник не перевищує 1 %.

Як відомо, неорганічні біогенні речовини не є, в загальному сенсі, консервативними і активно утилізуються фітопланктоном при фотосинтезі, а також регенеруються при мінералізації органічної речовини. В зв'язку з цим, на другому етапі дослідження, були проведені розрахунки аналогічних оцінок внеску берегових джерел і річкового стоку із застосуванням тривимірної моделі евтрофікації. Умови і схема розрахунків залишались такими ж, як і в припущенні консервативності біогенних речовин. Розрахунки показали, що у весняний період (рис. 3) скиди берегових джерел забезпечують приріст біомаси фітопланктону в Одеському районі від 3 % (у мористій частині) до 25 % (в прибережній зоні), вміст БСК5 - до 5 - 10 %, фосфатів - до 60 % від значень цих характеристик, спричинених внутрішньоекосистемними біохімічними процесами трансформації речовин і впливом річкового стоку Дніпра та Південного Бугу. Інтенсивне надходження фосфатів разом зі стічними водами берегових джерел призводить до збільшення продукції фітопланктону і, як наслідок, зменшення концентрації мінерального азоту в водах акваторії. Максимальне значення внеску берегових антропогенних джерел у забруднення морського середовища відповідає районам скидів стічних вод СБО «Північна», «Південна», м. Іллічівськ та Іллічівського морського торгівельного порту.

Протягом літнього періоду (рис. 4) за відсутності випуску стічних вод з СБО «Північна» та за його наявності, незважаючи на зменшення річкового стоку, безпосередній внесок берегових джерел в евтрофування вод Одеського району значно знижується порівняно з весняним періодом року. Пояснюється це тим, що температура води 20 - 23 єС, яка спостерігається влітку в фотичному шарі, є оптимальною для процесів мінералізації органічної речовини. Як наслідок, спричинене цими процесами надходження мінеральних форм біогенних елементів можна порівняти з надходженням від берегових антропогенних джерел. Але при скиді стічних вод з СБО «Північна» в море в літній період внесок берегових антропогенних джерел у забруднення морського середовища залишається найбільш впливовим, аніж за відсутності такого скиду. Особливо слід підкреслити роль СБО «Північна» у збільшенні постачання в морське середовище фосфору фосфатів, що призводить до зниження концентрації мінерального азоту у відкритій частині Дніпровсько-Бузького пригирлового району та підвищенні біомаси фітопланктону.

Розрахунки, які були проведені тільки для акваторії Одеського району (крок 500 м), продемонстрували, що в межах двомильної природоохоронної прибережної зони вплив берегових джерел на якість морських вод є суттєвим (рис. 5). При цьому максимальне значення приросту біомаси фітопланктону в водах Одеської затоки складає 4 - 7 %, величини БСК5 - 5 - 8 %, фосфатів - 30 - 75 % і нітратів - 40 - 100 %. До значного посилення евтрофікації вод Одеської затоки та прилеглої акваторії району призводять скиди влітку у море стічних вод з СБО «Північна» (рис. 5), оскільки вміст біомаси фітопланктону у водах Одеської затоки збільшується у 6 разів, БСК5 - у 3,5 рази, фосфатів і нітратів - у 3 - 10 разів.

Розрахунки показали, що перенесення скиду стічних вод від СБО «Північна» на 2 км від берега дасть можливість знизити вміст основних ЗР лише в 1,5 рази в водах Одеської затоки. В зв'язку з цим можна говорити про те, що перенесення скиду стічних вод від СБО «Північна» на 2 км від урізу води значного покращення екологічної ситуації для Одеського району в цілому не дасть.

Для визначення рівню та масштабу забруднення прибережних вод зливовим стоком було використано модель якості з блоком самоочищення морських вод. Розрахунки показали, що зливові стоки суттєво погіршують якість вод Одеського узбережжя на протязі 6 - 7 діб після випадіння інтенсивних опадів. Просторово-часові масштаби забруднення морської акваторії визначаються інтенсивністю зливи і вітровими умовами.

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі узагальнена і систематизована інформація про берегові антропогенні джерела забруднення морського середовища Одеського району ПЗЧМ, а також визначена їх роль у формуванні якості вод досліджуваної акваторії. Робота виконана на основі аналізу даних багаторічного екологічного моніторингу та результатів числового математичного моделювання.

В результаті виконаної роботи можна зробити такі висновки:

1. Визначена кількість ЗР, які надходять до акваторії Одеського району ПЗЧМ від ідентифікованих берегових антропогенних джерел, а також їх відносний внесок у забруднення морського середовища. Встановлено, що СБО «Південна» і «Північна» постачають 39 % нітратів, 80 % нітритів, 93 % амонійного азоту, 92 % фосфатів та 59 % органічних речовин від загальної їх кількості, що надходить від берегових антропогенних джерел. Разом із зливовими стоками надходить близько 31 % від загального скиду органічної речовини і 93 % від загального скиду нафтопродуктів. Стік дренажних вод - істотне джерело нітратного азоту (біля 22 %). Стічні води Одеського припортового заводу, порту і міста Южний постачають 18 % від загальної кількості нітратів та більше ніж 5 % фосфатів.

2. На основі аналізу даних багаторічного екологічного моніторингу вод акваторії показано, що в прибережній зоні моря концентрації біогенних та ЗР, як правило, вищі, аніж у відкритій ділянці акваторії. Їх максимальні концентрації спостерігаються у районах розташування основних берегових джерел забруднення, що свідчить про істотний вплив цих джерел на якість вод Одеського району. Отримані інтегральні оцінки:

- ступеня евтрофування вод із застосуванням індексу евтрофікації E-TRIX. Характерне для району середньорічне значення індексу складає 6 і змінюється посезонно у межах від 5,8 (навесні) до 6,18 (восени), що дає можливість класифікувати рівень трофності вод як перехідний між високим та дуже високим, а якість вод щодо показників трофності - як погану. Максимальні значення індексу спостерігаються протягом літньо-осіннього періоду року у прибережній зоні;

- якості вод в цілому, із застосуванням комплексних екологічних показників. Встановлено, що екологічний стан акваторії, яка досліджувалась в період моніторингу, класифікується як нестійкий, екологічна надійність дорівнює нулю. Найбільший внесок у забруднення морських вод дають БСК5, нафтопродукти, мідь і цинк. Концентрація нафтопродуктів, БСК, патогенної мікрофлори може перевищувати ГДК. Максимальна екологічна нестійкість характерна для прибережних вод влітку.

3. Встановлені особливості розповсюдження ЗР вздовж узбережжя району, які визначаються вітровими умовами. За сумісного функціонування СБО «Північна» та «Південна» найбільш несприятливі для якості прибережних вод західної межі району вітри півд.сх, півн.сх., сх. та півн. напрямків, а для північної межі - півн.зах., зах., півд.зах. та півд. напрямків. Півд.сх. та півд. вітри сприяють накопиченню ЗР в Одеській затоці. Вплив СБО «Південна» на якість вод прибережної зони найбільш несприятливий при зах., півд.зах. та півд. вітрах, під час яких упродовж весняно-літнього періоду року розвивається апвелінг.

4. Функціонування берегових антропогенних джерел значною мірою впливає на рівень трофності вод Одеського району лише у межах двомильної природоохоронної прибережної зони. Рівень трофності вод у відкритій морській ділянці акваторії формується за домінуючого впливу річкового стоку Дніпра та Південного Бугу.

5. Визначені можливі границі зменшення існуючого рівня трофності вод акваторії шляхом реалізації регіональних природоохоронних заходів, які визначаються внеском антропогенних джерел у формування рівня трофності екосистеми в порівнянні з річковим стоком Дніпра та Південного Бугу, інтенсивністю внутрішніх екосистемних продукційно-деструктивних процесів. Показано, що у межах двомильної прибережної природоохоронної зони шляхом нормування скидів берегових антропогенних джерел забруднення існує можливість зменшити:

- у весняний період - біомасу фітопланктону на 10 %, концентрації азоту амонійного - на 5 % та фосфору фосфатів - на 20 %;

- в літній період, за відсутності скиду стічних вод СБО «Північна», біомасу фітопланктону - на 3 %, концентрації азоту амонійного - на 5 %, азоту нітратного - на 40 %, фосфору фосфатів - на 3 %;

- в літній період, за наявності скиду стічних вод з СБО «Північна», біомасу фітопланктону - на 10 %, концентрації азоту нітратного - на 50 %, фосфору фосфатів - на 20 %.

6. Найбільш негативний вплив на екологічний стан вод акваторії справляють скиди стічних вод з СБО «Північна» упродовж весняно-літнього періоду року. Винесення її скидів з відстані 300 м до 2000 м дозволить істотно покращити екологічну ситуацію лише в межах Одеської затоки.

7. Нормування скидів біогенних речовин береговими джерелами найбільш ефективне у весняний період, оскільки влітку високий рівень трофності вод і первинного продукування органічної речовини підтримується за рахунок високої швидкості регенерації мінеральних форм біогенних елементів. Для обмеження первинного продукування органічної речовини рекомендовано в першу чергу знижувати кількість викидів фосфоромістких біогенних речовин.

8. Визначені просторово-часові масштаби та ступінь забруднення вод акваторії зливовими стоками, одержані оцінки еколого-економічного збитку, який завдається скидом неочищених зливових стоків у море. Показано, що вплив зливових стоків на якість прибережних морських вод може залишатися на одному рівні протягом 6 - 7 діб після інтенсивних опадів, просторово-часові масштаби забруднення морської акваторії визначаються інтенсивністю зливи та умовами вітру. Валова первинна продукція фітопланктону у першу добу після припинення дощу підвищується на 5 - 45 %.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ НАУКОВИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Тучковенко Ю.С. Глава 3. Одесский регион. 3.2. Гидрохимический режим. / Северо-западная часть Черного моря: биология и экология. Монография / Тучковенко Ю.С., Дятлов С.Е., Рясинцева Н.И., Павлютина Л.П., Сапко О.Ю. - Киев: Наукова думка. 2006 - С. 451 - 457.

2. Тучковенко Ю.С. Оценка вклада антропогенных источников Одесского региона в загрязнение морской среды / Тучковенко Ю.С., Сапко О.Ю. // Метеорологія, кліматологія та гідрологія. 2003. № 47. С. 130 - 140.

3. Тучковенко Ю.С. Вклад антропогенных источников в эвтрофирование морской среды Одесского региона с учетом гидродинамического разбавления / Тучковенко Ю.С., Сапко О.Ю. // Метеорологія, кліматологія та гідрологія. 2004. № 48. С. 298 - 303.

4. Сапко О.Ю. Влияние береговых антропогенных источников на качество морских вод Одесского региона / Сапко О.Ю. // Людина і довкілля. Проблеми неоекології. - 2004. - № 6. - С. 92 - 95.

5. Тучковенко Ю. Интегральная оценка качества вод Одесского региона северо-западной части Черного моря / Тучковенко Ю. С., Чугай А. В., Сапко О. Ю., Дятлов С. Е. // Метеорологія, кліматологія та гідрологія. 2005. № 49. С. 360 - 367.

6. Тучковенко Ю.С. Эвтрофирование вод Одесского региона северо-западной части Черного моря береговыми источниками загрязнения / Тучковенко Ю.С., Сапко О.Ю. // Вісник Одеського державного екологічного університету. 2005. № 1. С. 195 - 205.

7. Тучковенко Ю.С. Оценка эвтрофикации вод Одесского региона северо-западной части Черного моря / Тучковенко Ю.С., Сапко О.Ю. // Вісник Одеського державного екологічного університету. 2006. № 2. С. 224 - 227.

8. Тучковенко Ю.С. Влияние ливневого стока на качество вод прибрежной зоны г. Одессы / Тучковенко Ю.С., Сапко О.Ю. // Вісник Одеського державного екологічного університету. 2007. № 4. С. 228 - 239.

9. Тучковенко Ю.С. Роль береговых антропогенных источников Одесского региона северо-западной части Черного моря в формировании качества вод / Тучковенко Ю.С., Сапко О.Ю. // Метеорологія, кліматологія та гідрологія. 2008. № 50. С. 378 - 382.

10. Гопченко Е.Д. Некоторые проблемные вопросы оптимальной стратегии управления качеством шельфовых и озерных экосистем / Гопченко Е.Д., Тучковенко Ю.С., Сапко О.Ю. // Причорноморський екологічний бюлетень. - 2006. - № 2 (20). - С. 49 - 54.

11. Тучковенко Ю.С. Визначення впливу берегових антропогенних джерел забруднення на якість вод Одеського регіону північно-західної частини Чорного моря / Тучковенко Ю.С., Сапко О.Ю. // Причорноморський екологічний бюлетень. - 2007. - № 2 (24). - С. 131 - 136.

12. Сапко О.Ю. Характеристика антропогенных источников загрязнения морской среды Одесского региона / Сапко О.Ю. // Тези доповідей ІІІ наукової конференції молодих вчених ОДЕКУ - Одеса: ОДЕКУ, 2003 - С. 28 - 31.

13. Тучковенко Ю.С. Оценка вклада речного стока и совокупности антропогенных источников в загрязнение морской среды Одесского региона / Тучковенко Ю.С., Сапко О.Ю. // Екологічні проблеми Чорного моря: Тези доповідей. - Одеса: ЦНТЕПІ ОНЮА, 2003. - С. 360 - 365.

14. Сапко О.Ю. Анализ состояния морской среды Одесского региона / Сапко О.Ю., Тучковенко Ю.С. // Тези доповідей IV наукової конференції молодих вчених ОДЕКУ - Одеса: ОДЕКУ, 2004. - С. 64 - 65.

15. Тучковенко Ю.С. Влияние ливневого стока на загрязнение прибрежной зоны г. Одессы / Тучковенко Ю.С., Сапко О.Ю. // Екологічні проблеми Чорного моря: Тези доповідей. - Одеса: ЦНТЕПІ ОНЮА, 2004. - С. 446 - 450.

16. Сапко О.Ю. Современное экологическое состояние морской среды Одесского региона / Сапко О.Ю. // Тези доповідей науково-технічної конференції наукових та науково-педагогічних працівників ОДЕКУ. - Одеса: ОДЕКУ, 2005. - С. 113 - 114.

17. Сапко О.Ю. Вклад ливневого стока в загрязнение морской среды Одесского залива / Сапко О.Ю. // Рациональное природопользование: Школа-конференция молодых учених с участием стран СНГ: Тезисы докладов. - М.: Географический ф-т МГУ, 2005. - С. 341 - 345.

18. Тучковенко Ю.С. Влияние береговых антропогенных источников загрязнения на формирование качества вод в Одесском районе северо-западной части Черного моря / Тучковенко Ю.С., Сапко О.Ю. // Современное состояние екосистем Черного и Азовського морей: Тезисы докладов. - Крым, Донузлав. - 2005. - С. 81.

19. Гопченко Е.Д. Результаты использование численной математической модели качества вод при решении прикладных экологических задач / Гопченко Е.Д., Тучковенко Ю.С., Сапко О.Ю. // Науково-методичні проблеми покращення довкілля Одеського регіону: Тези доповідей. - Одесса: ЦНТЕПІ ОНЮА, 2006. - С. 57 - 61.

20. Тучковенко Ю.С. Роль природных и антропогенных факторов в формировании качества вод Одесского района северо-западной части Черного моря / Тучковенко Ю.С., Сапко О.Ю. // Фундаментальные исследования важнейших проблем естественных наук на основе интегральных процессов в образовании и науке. Тезисы докладов. - Севастополь, 2006. - С. 40 - 41.

21. Тучковенко Ю.С. Влияние циркуляции вод на распространение загрязняющих веществ от станций биологической очистки сточных вод г.Одессы / Тучковенко Ю.С., Сапко О.Ю. // Міжнародна науково-практична конференція „Екологічні проблеми Чорного моря”. Тези доповідей. - Одеса: ЦНТЕПІ ОНЮА, 2007. - С. 325 - 329.

22. Тучковенко Ю.С. Береговые антропогенные источники загрязнения Одесского региона северо-западной части Черного моря и их роль в формировании качества вод / Тучковенко Ю.С., Сапко О.Ю. // Друга міжнародна науково-технічна конференція, присвячена 75-річчю Одеського державного екологічного університету: Тези доповідей. - Одеса, 2007. - С. 273.

23. Тучковенко Ю.С. О результатах исследования роли береговых антропогенных источников в формировании качества вод Одесского региона северо-западной части Черного моря / Тучковенко Ю.С., Сапко О.Ю. // Всеукраїнська науково-практична конференція «Екологія міст та рекреаційних зон»: Тези доповідей. - Одеса: ЦНТЕПІ ОНЮА, 2008. - С. 97 - 101.

АНОТАЦІЇ

Сапко О.Ю. Оцінка впливу берегових антропогенних джерел забруднення на якість вод Одеського району північно-західної частини Чорного моря. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата географічних наук за спеціальністю 11.00.11 - конструктивна географія і раціональне використання природних ресурсів. - Одеський державний екологічний університет, Одеса, 2009.

Дисертація присвячена опису основних антропогенних джерел забруднення морського середовища досліджуваного регіону, оцінці їхнього внеску в забрудненні всієї ПЗЧМ та визначенню регіональних можливостей в зменшенні евтрофікації вод акваторії.

На підставі даних багаторічного екологічного моніторингу надається характеристика гідрохімічного режиму вод досліджуваної акваторії, виконана інтегральна оцінка їх існуючого екологічного стану і оцінка ступеня евтрофування морського середовища (з використанням індексу E-TRIX).

За допомогою математичного моделювання оцінено внесок берегових антропогенних джерел і річкового стоку в забруднення всієї ПЗЧМ з урахуванням різного ступеня їх гідродинамічного розводження, отримані оцінки просторово-часових масштабів забруднення вод прибережної зони міста зливовими стоками. Розроблені рекомендації по мінімізації збитку, що наноситься береговими антропогенними джерелами ресурсам морського середовища регіону.

Ключові слова: берегові антропогенні джерела забруднення, евтрофікація, моніторинг, моделювання, управління.

Сапко О.Ю. Оценка влияния береговых антропогенных источников загрязнения на качество вод Одесского района северо-западной части Черного моря. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук по специальности 11.00.11 - конструктивная география и рациональное использование природных ресурсов. - Одесский государственный экологический университет, Одесса, 2009.

Диссертация посвящена описанию основных антропогенных источников загрязнения морской среды исследуемого региона и оценке их вклада в загрязнение всей СЗЧМ, а также в определении региональных возможностей в уменьшении эвтрофикации вод акватории.

В работе приведена характеристика сбросов основных береговых антропогенных источников загрязнения вод Одесского района СЗЧМ, к которым относятся станции биологической очистки «Северная» и «Южная», очистные сооружения Ильичевского морского торгового порта и Одесского припортового завода, сток промышленных предприятий, осуществляющих непосредственный сброс стоков в море, а также неочищенные ливневые и дренажные стоки. Оценен вклад береговых антропогенных источников по массе поставляемых загрязняющих веществ в загрязнение исследуемой акватории, а также проведена сравнительная оценка относительного вклада совокупности береговых источников загрязнения и стока рек Днепр, Днестр и Южный Буг.

На основе данных многолетнего экологического мониторинга дана характеристика гидрохимического режима вод исследуемой акватории. Показано, что в прибрежной зоне моря концентрации биогенных и загрязняющих веществ, как правило, выше, чем в открытой части акватории. Максимальные их концентрации наблюдаются в районах расположения основных береговых источников загрязнения, что свидетельствует об их существенном влиянии на качество вод Одесского района.

Выполнена интегральная оценка качества вод Одесского района СЗЧМ с использованием комплексного показателя экологического состояния морской среды. Установлено, что экологическое состояние морской среды исследуемой акватории характеризуется как неустойчивое, причем в летний период степень экологической неустойчивости возрастает и значительно выше для вод прибрежной части акватории.

Полученная оценка степени эвтрофирования морской среды (с использованием индекса E-TRIX) указывает на высокий уровень трофности вод исследуемой акватории, что связано со значительным поступлением биогенных элементов от береговых антропогенных источников загрязнения и с речным стоком.

Для определения степени влияния береговых антропогенных источников загрязнения на качество вод Одесского района СЗЧМ использовалась численная трехмерная нестационарная модель качества вод, адаптированная для условий СЗЧМ. Модель включает в себя трехмерный термогидродинамический блок, блок самоочищения вод от загрязняющих веществ антропогенного происхождения, не свойственных морской среде, и блок эвтрофикации.

Исследования влияния особенностей циркуляции вод Одесского района СЗЧМ на распространение загрязняющих веществ вдоль его побережья показали, что наиболее неблагоприятными являются ветра СВ, В, Ю, ЮЗ и С направлений. ЮВ ветер способствует накоплению загрязняющих веществ в Одесском заливе. СЗ ветер является сгонным, поэтому при таком направлении ветра концентрации загрязняющих веществ в исследуемой акватории минимальные.

При помощи математического моделирования оценен вклад береговых антропогенных источников загрязнения и речного стока в загрязнение всей СЗЧМ с учетом различной степени их гидродинамического разбавления. Установлено, что функционирование береговых источников загрязнения (при расчетном шаге 2 км) не оказывает существенного влияния на экологическую ситуацию в открытой части моря Одесского района СЗЧМ. При более детальном рассмотрении (расчетный шаг 500 м) было установлено, что влияние береговых источников на качество вод исследуемой акватории в пределах двухмильной зоны является значимым. К значительному увеличению эвтрофикации вод Одесского залива и прилегающей акватории моря приводят сбросы сточных вод СБО «Северная» в море летом.

Полученные результаты показывают, насколько экологическая ситуация может быть управляемой на региональном уровне. Путем нормирования сбросов береговых антропогенных источников возможно значительно улучшить экологическую ситуацию лишь в районе основных выпусков (СБО «Северная», «Южная») сточных вод в пределах двухмильной природоохранной прибрежной зоны. Уровень трофности вод мористой части акватории формируется под доминирующим влиянием речного стока Днепра и Южного Буга. Нормирование сбросов биогенных элементов береговыми источниками наиболее эффективен в весенний период. Предпочтительно уменьшать сбросы загрязняющих веществ, содержащих фосфор - биогенный элемент, ограничивающий первичную продукцию органического вещества. Не рекомендуется возобновление сбросов от СБО «Северная» в море в летний период.

При помощи модели самоочищения морских вод получены оценки пространственно-временных масштабов и степени загрязнения вод прибрежной зоны города ливневыми стоками. Установлено, что ливневые стоки существенно ухудшают качество морских вод прибрежной рекреационной зоны г. Одессы в течение 6 - 7 суток после выпадения интенсивных осадков. Пространственно-временные масштабы загрязнения морской акватории зависят от интенсивности выпавших осадков и ветровых условий.

Ключевые слова: береговые антропогенные источники загрязнения, эвтрофикация, мониторинг, моделирование, управление.

Sapko О.Y. Influence estimation of waterside anthropogenic sources of pollution on waters quality of the Odessa region in the north-western part of the Black sea. Manuscript.

Thesis for candidate's degree of geographic sciences by speciality 11.00.11. - constructive geography and rational utilization of natural resources. - Odessa State Environmental University, Odessa, 2009.

The dissertation is aimed at description of basic anthropogenic sources of marine environment contamination of the probed region and at estimation of their contribution to contaminating the entire north-western part of the Black sea (NWBS), as well as at determination of regional possibilities in diminishing the equatorial waters eutrophication.

On the basis of а long-term ecological monitoring there has been given a description of the hydro-chemical conditions of the probed equatorial waters and an integral estimation of their modern ecological state, as well as an estimation of level of eutrophication of marine environment (with the use of E-TRIX index).

On the ground of mathematic simulation it has been given an estimation: of the input of waterside anthropogenic sources and river flow to contamination of the entire NWBS in relation with different levels of their hydrodynamic dilution; of the spatiotemporal ranges of waters contamination of the city off-shore area with torrential sewages. There are recommendations in it on minimizing the damages given to the resources of marine environment in the region through the waterside anthropogenic sources.

Keywords: waterside anthropogenic sources of contamination, eutrophication, monitoring, simulation, management.

Размещено на Allbest.ru

...