На тему: «Экологическое состояние основной водной артерии города Донецка –  реки Кальмиус» 
 
 
 

Содержание

Введение

    В данной работе основное внимание направлено на изучение экологического состояния  реки Кальмиус, в особенности, будет  рассмотрена проблема содержания тяжелых  металлов в реке и влияние данных элементов на водную экосистему.

    Река  Кальмиус является одной из основных рек Донецкой области. С точки  зрения хозяйственной деятельности человека Кальмиус является одной из важнейших рек нашего региона. Из реки Кальмиус производится забор воды для нужд промышленности и сельского хозяйства. Реки бассейна принимают более 60% сточных вод предприятий области. Для нашего региона бассейн Кальмиуса несет в себе огромную роль и имеет важное экономическое, социальное, историческое, народнохозяйственное и рекреационное значение. Всю экологическую общественность Донецкой области тревожит экологически-кризисное состояние реки Кальмиус, а проблемы охраны бассейна реки Кальмиус и рационального использования приобретают все более острое и важное региональное значение.

    Исторически сложилось так, что Донецк является одним из мест, где сосредоточены различные отрасли промышленности (металлургическая, коксохимическая, угольная и другие), отсюда существенное последствие – ухудшение состояния окружающей среды. Водные ресурсы г. Донецка испытывают на себе влияние промышленного потенциала города. Это связано с тем, что предприятия в свой деятельности используют водные ресурсы, при этом в реку сбрасывают уже использованные, недостаточно очищенные сточные воды, которые и являются основными загрязнителями рек. В воде практически всех рек региона имеет место высокая концентрация солей, нитритов, азота аммонийного взвешенных и органических веществ

1. Характеристика состояния реки Кальмиус.

1.1. Общие сведения о реке Кальмиус.

    Река  Кальмиус — длина 209 км, площадь бассейна 5070 км2, берет свое начало на южном склоне Донецкого Кряжа, возле г. Ясиноватой, течет на юг, а в центре г.Мариуполя впадает в Азовское море. Средний уклон поверхности - 1%. Бассейн реки расположен в трех геоморфологических районах: верхняя часть, в пределах южного склона Донецкого кряжа, средняя - в Приазовской кристаллической гряде и южная, приустьевая, на приазовской низменности. Рельеф бассейна равнинный, умеренно пересеченный оврагами и балками. Коэффициент с учетом густоты речной сети составляет - 0,11, русло реки разветвленное, извилистое, местами сильно извилистое, шириной до 20 метров. Скорость течения то 0,4м/с до 1,5м/с. Дно каменистое и глинистое, прикрытое слоем ила, глубина реки составляет от 2,5 до 10 метров. Основным источником питания реки являются талые воды, дождевые и грунтовые воды имеют второстепенное значение. Ледостав реки устанавливается в первой декаде декабря. Наибольшая толщина льда 0,7 метров, средняя 0,2-0,3 метра. Во второй половине марта река полностью очищается от льда.

    В состав реки Кальмиус входят притоки  и водохранилища (порядка 18). В Донецкой области выделяют: Верхне-Кальмиуское - это резервное питьевое; Нижне-Кальмиуское, расположено в городе Донецк. И  предназначено для рыбалки и  отдыха населения, Павловское, основное предназначение этого водохранилища - это обеспечение технической водой промышленных предприятий города Мариуполя.

    В среднем течении в Кальмиус впадают  два крупных притока: левобережный — река Грузская (длина 47 км2, водосборная  площадь 517 км2) и правобережный — река Мокрая Волноваха (длина 63 км2, водосборная площадь 909 км2). В нижнем течении в Кальмиус впадает река Кальчик — правый приток (длина 88 км, водосборная площадь 1263 км2).[4, c.44]

    Рис.1. Географическое расположение реки Кальмиус

1.2. Оценка источников загрязнения реки Кальмиус.

    Из  реки Кальмиус в 2006 году забрано 362 млн.м3 воды, использовано — 169 млн. м3. Однако сбрасывается значительно больше — 635 млн. м3 сточных вод, из них 498 млн.м3 (78%) загрязненных вод, в основном, от металлургических, угольных и коммунальных предприятий. С этими водами в 2006 году в реку поступили: 248,5 тыс. тонн сульфатов; 94 тыс. тонн хлоридов; 42 тонны нефтепродуктов; 7,1 тыс. тонн нитратов; 12 тонн СПАВ; 91 тонна железа. То есть, в среднем река Кальмиус ежегодно принимает “ударную” дозу загрязнения — более 350 тыс.тонн различных загрязняющих веществ.

    В реке Кальмиус и ее притоках развивается  сложный комплекс водной и водно-болотной растительности и не менее разнообразной  фауны. Организмы, которые живут в реке, адаптировались к среде обитания. Основными экологическими группами организмов в водоемах являются планктон и бентос в виде фито — и зообентоса. Гидрофауна представлена пресноводной фауной. Из высших водных растений для реки Кальмиус характерны тростник, рогоз, роголистные, у берегов — ряска.

    В последние годы проводилась расчистка  русла реки Кальмиус (в г.Донецке) и реки Кальчик (в г.Мариуполе), но это не повлияло на оздоровление экосистемы Кальмиуса в целом.

    Поэтому полное возрождение экосистемы Кальмиуса могут обеспечить следующие меры: создание определенных условий, которые сохраняют природное или приближенное к природному функционирование сбалансированной экологической системы реки и ее бассейна. Качество воды и экологическое состояние Кальмиуса зависят от рационального водопользования.[9, c.203]

    Основными источниками поступления ТМ в  р. Кальмиус (в черте г. Донецка) являются:

1. сточные воды, поступающие из ливнеотстойника электросталеплавильного цеха (ЭСПЦ) Донецкого металлургического завода (ДМЗ);
2. шахтные воды ш/у им. Горького и АП шахты им. А.Ф. Засядько;
3. поверхностный сток с территории города;
4. расположенные вблизи реки породные отвалы и свалки бытового мусора.

    Поверхностный сток с территории города является существенным источником загрязнения и засорения водных одъектов. Поверхностный сток включает в себя дождевые, снеговые и поливомоечные сточные воды. Основными источниками загрязнения поверхностного стока на городских территориях являются: мусор с поверхности покрытий, продукты загрязнения дорожных покрытий, продукты эрозии грунтовых поверхностей, выбросы веществ в атмосферу промышленными предприятиями, автотранспортом, площадь для сброса бытового мусора. Оценку выноса веществ с поверхностным стоком производят на основе ориентировочных данных о составе и количестве поверхностного стока. При определении количества веществ, поступающих в водный объект, необходимо знать его состав и расход. Количество дождевых и снеговых вод зависит от количества выпавших атмосферных осадков и характеристик водосборной территории.

    С учетом сложившейся негативной ситуации, касающейся реки Кальмиус, в первую очередь необходимо тщательно провести оценку состояния реки, чтобы установить причину непосредственного поступления  и накопления тяжелых металлов в  реке, ведь оценив и спрогнозировав ситуацию можно установить контроль на ранних этапах поступления металлов в реку.

    В результате проведенного анализа проб воды на содержание ТМ определено, что  для Со, Си, Cd, Cr, Zn, Pb, Mn, Ni имеет место  превышение ПДС. Для ДМЗ по марганцу в 1,7 раз - до ЭСПЦ и по хрому в 2 раза - после ЭСПЦ. В сбросах шахты им. А.Ф. Засядько имеется превышение по свинцу в 1,2 раза, марганцу в 2 раза. Ниже приведена динамика поступления ТМ в р. Кальмиус за последние 6 лет.

    По  данным лабораторных исследований проб воды, проведенных управлением экологии и природных ресурсов, после сброса сточных вод пруда-осветлителя шахты им. А.Ф. Засядько, было установлено превышение содержания свинца, марганца, никеля.

    Основными источниками загрязнения поверхностного стока на городских территориях являются: мусор с поверхности асфальтного покрытия, продукты эрозии грунтовых поверхностей, выбросы веществ в атмосферу промышленных предприятий, автотранспорт. Так, в поверхностном дождевом стоке с урбанизированных территорий процентное содержание ТМ составляет от 35-54% - для Mn, Zn, Pb, 86% для Cu (литературные данные), т.о поверхностный сток вносит весомый вклад в загрязнение реки ТМ.

2. Экологическое состояние  реки Кальмиус  и пути его улучшения.

2.1. Общее экологическое состояние реки Кальмиус.

    В целом весь бассейн реки Кальмиус тесно связан с экономикой прилегающих  территорий и играет большую роль в развитии социальной среды. В то же время всестороннее использование  биоресурсов рек, их зарегулирование, забор воды для сельскохозяйственных и хозяйственно-бытовых нужд, а также превращение рек в коллекторы сточных вод нарушили их природное состояние. Реки стали сильно загрязненными, заиленными, с плохим качеством воды, обедненными растительностью и животными. Чрезвычайно интенсивное использование в народном хозяйстве, как самих рек, так и водозаборов нарушает их природный гидрохимический и гидробиологический режим, снижается водность и глубина, реки заиляются и зарастают, увеличивается их эвтрофикация за счет накопления биогенных элементов.

    В верхнем течении река Кальмиус интенсивно загрязняется промышленными и хозяйственно-бытовыми сточными водами. На этом участке, длиной 17 км, находится ряд источников сброса с общим расходом около 4000 м³/час. По загрязнению наиболее неблагоприятен сток шахты Красногвардейской, мутность которого и концентрация нефтепродуктов превышают предельно допустимые концентрации (ПДК) в 2 - 3 раза. В сточных водах остальных предприятий концентрация загрязнений ниже – мутность 8 - 36 мг/л, превышение ПДК по нефтепродуктам – 1,2 - 4,3, фенолам – 2 - 9 раз. Минерализация воды р. Кальмиус на данном участке изменяется от 777 мг/л (исток реки), 2333 мг/л в верхнем и до 2090 мг/л в нижнем бьефе Нижнекальмиусского водохранилища. По составу вода изменяется от гидрокарбонатного до сульфатного класса группы натрия, имеет коричневато-желтый цвет, неприятный запах.[6, c.18]

    В санитарном отношении качество воды характеризуется как полисапробное, то есть максимально загрязненное с  отсутствием самоочищения.

    Вода р. Кальмиус на участке от г. Донецка до Старобешевского водохранилища по составу относится к сульфатно-гидрокарбонатному классу группы натрия, имеет желтый или коричневый цвет, неприятный гнилостный запах. Ниже Старобешевского водохранилища вплоть до г. Мариуполя состав воды изменяется и становится сульфатно-хлоридного класса. Общая минерализация в среднем течении изменяется в пределах 1,60 - 2,28 г/л, а в устье (г. Мариуполь) достигает 7,0 г/л. Величина рН воды уменьшается от верховья реки к устью в пределах 8,6 - 7,6.

    Вода  р. Кальмиус интенсивно загрязняется минеральными и органическими взвешенными  веществами в виде угольной пыли, масел, нефти. Содержание взвешенных веществ изменяется в широких пределах (0,7-200 мг/л). При этом прозрачность воды снижается до 2 - 4 см. значительное загрязнение реки взвешенными веществами происходит на устье реки от г. Донецка до Старобешевского водохранилища. Постоянное загрязнение веществами органического происхождения р. Кальмиус обусловило высокое химическое потребление кислорода и биохимическое потребление кислорода воды. Концентрация биогенных элементов от истока до устья в различные сезоны колеблется в широких пределах: ионов аммония от 0,1 до 37,8; нитратов – от 0,88 до 35,0; нитритов – 0,01 - 8,2 мг/л. Процессы биохимического превращения органических веществ интенсивно протекают в речной воде на участке от г. Старобешево до г. Мариуполя. Во все сезоны года концентрация биогенных компонентов к устью снижается. Загрязнение летучими и нелетучими фенолами воды реки прослеживается по всей длине реки Кальмиус. Особенно высокие значения фенолов наблюдаются весной (до 1,4 мг/л) у г. Мариуполя. Наиболее сильное загрязнение воды реки нефтепродуктами происходит в районе городов Донецка и Мариуполя (от 0,6 до 1,4 мг/л), а в донных наносах от 0,9 до 15 мг/л. Такая же закономерность и в отношении концентраций СПАВ (от 0,16 до 0,34 мг/л).

    Вода  реки Кальмиус на всем протяжении не соответствует  требованиям стандарта на питьевую воду, а большинство загрязнителей превышают ПДК в несколько раз.

    Анализ  экологического состояния бассейна дает возможность выделить основные причины существующего положения  и определить круг наиболее важных проблем, требующих поэтапного решения. Высокий уровень загрязнения бассейна реки Кальмиус происходит вследствие неэффективной работы большинства водоочистных сооружений и систем водоотведения предприятий; высокой антропогенной нагрузкой на бассейн реки, как следствие экстенсивного способа развития экономики; несовершенство и несоблюдение действующего экономического механизма водопользования и осуществления природоохранных мероприятий, выделения недостаточных средств на водоохранные цели; неэффективное управление и несоблюдение природоохранного законодательства.

2.2. Оценка содержания тяжелых металлов в реке Кальмиус.

    Термин "тяжелые металлы" связан с  высокой атомной массой. Эта характеристика обычно отождествляется с представлением о высокой токсичности. Одним  из признаков, позволяющим относить металлы к тяжелым, является их плотность (больше пяти). По биологической роли в живых организмах тяжелые металлы включают в себя как типичные микроэлементы (кобальт, медь, цинк, молибден, хром, марганец, никель), биохимические функции которых подробно изучены, так и металлы (металлоиды), чья биологическая роль в живых организмах не столь многогранна и важна или вообще сомнительна (скандий, титан, кадмий, родий, сурьма, таллий). Вместе с тем все тяжелые металлы обладают одним общим свойством: они могут быть биологически активными. Вследствие этого, попадая в результате антропогенной деятельности в природные среды в миграционно-активном состоянии, они начинают мигрировать, включаясь в той или иной степени в биологический круговорот, и при определенных биогеохимических условиях и концентрациях начинают оказывать токсическое воздействие на живые организмы.[3, c.33] 
 
 
 

    Таблиц 1. Динамика изменения ТМ в сточных водах.

    Рис.2. Динамика изменения тяжелых металлов в сточных водах.

    Содержание  тяжелых металлов в сточных водах  с каждым годом увеличивается, это  связано прежде всего, возможно, не только с расширение производства, но и с недостаточной при этом степенью очистки.

    Оценка  уровня загрязнения реки ТМ является актуальной проблемой. Это связано с тем, что ТМ обладают куммулятивностью и токсичностью для всех живых организмов и гидробионтов в частности. Токсичность ТМ в значительной степени зависит от физико-химических факторов, таких как температура, pH, жесткость воды, содержание органических веществ, а гидробионты в свою очередь проявляют чувствительность к накоплению ТМ в реке. Данное состояние гидробионтов зависит от их способности синтезировать в клетках металлотеионины – белки, содержащие много сульфгидрильных групп, что обуславливает их активность в увязании ионов металлов. Обзор литературы по данному вопросу показал, что наиболее важный механизм токсического действия ТМ на живые организмы заключается в подавлении активности многих ферментных систем. Это обусловлено, способностью ТМ вступать в химическое взаимодействие с сульфгидрильными (-SH) группами протеинов живых организмов, в первую очередь ферментных, а также других белковых структур. Изменение их конформационного состояния приводит к блокированию течения ряда биохимических процессов.

    Особое  значение имеет влияние ТМ на различные  сообщества фитопланктона, представляющие собой начальное звено пищевых  цепей, так как они являются первичными продуцентами органического вещества в водной экосистеме. Согласно литературным данным ТМ оказывают существенное влияние на процесс фотосинтеза у водорослей, а также соответственно на количество выделенного ими кислорода. Количество растворенного кислорода в воде является жизненно важным параметром водных экосистем, влияющих на процессы самоочищения. В качестве тест реакции на воздействие ТМ служила фотосинтетическая активность водорослей, о которой судили по количеству растворенного кислорода в среде, определяемого с помощью портативного термооксиметра. В качестве комплексообразующих веществ были испытаны следующие соединения: ЭДТА, тиосульфат натрия. Время экспозиции водорослей в растворах составило 24 часа, а время контакта комплексонов с растворами ТМ – 30 минут. Известно, что токсичность ТМ уменьшается в присутствии хелатообразователей – веществ, образующих с ними прочные неионизирующие растворимые в воде комплексы. В результате исследований было установлено, что эффективность защитного действия комплексонов значительно варьируется в зависимости от вида металла. Сравнение результатов, полученных на зеленых и сине-зеленых водорослей, показало, что чувствительность последних для наиболее токсичных металлов значительно превосходит таковую у зеленых водорослей.

    Таким образом, поступление ТМ в р. Кальмиус оказывает негативное воздействие на водные экосистемы. Следовательно, необходимо тщательно контролировать их поступление в реку с ливнестоком и со сточными водами от промышленных предприятий.

    Анализируя  изученную по данной проблеме литературу, также следует отметить, что уже имеется довольно много методов по обнаружению активности и содержания ТМ в реке. Среди них стоит выделить наиболее эффективные - эколого-геохимических методы и разработки экологических критериев (изменение биопродуктивности, фотосинтеза, активности каталазы), предназначенные для оценки установления воздействия тяжелых металлов на водную растительность [1,с.44].

    Также стоит отметить, что эти методы исследования (изменение биопродуктивности, фотосинтеза, ферментативной активности) имеют важное значение, так как именно они отражают изменение состояния живых организмов в результате воздействия ТМ. В частности, такой метод как изменение активности каталазы помог обоснованно оценить состояние водной растительности реки Кальмиус и предположить, что дальнейшее поступление и накопление ТМ вызовет серьезные изменения водной экосистемы реки. Чтобы это исключить, необходимо, прежде всего, вести первичный учет содержания ТМ в сточных водах перед сбросом в реку и предпринимать дополнительные меры (способы очистки) по уменьшению содержания ТМ в сточных водах.

    Основными принципами охраны бассейна р. Кальмиус являются: создание определенных условий, которые сохраняют природное  или приближенное к природному функционирование сбалансированной экологической системы  конкретного водотока. Река существует не сама по себе, а потому качество ее воды и экологическое состояние в целом зависят от состояния всего водозабора. Поэтому природоохранные мероприятия по отношению к р. Кальмиус обязательно должны учитывать вышеуказанные моменты.

    Экологическое состояние бассейна реки Кальмиус требует  усиления действий на государственном, региональном и местном уровнях  в сферах законодательства, определения  приоритетов экологической политики, природоохранных действий в производственной и коммунальной сферах, экологического мониторинга и контроля источников загрязнения, экологического информирования и привлечения к охране бассейна реки Кальмиус населения области. Только такой комплексный подход может оказать действительно эффективное действие не только на не ухудшение, но и на постепенную оптимизацию состояния р. Кальмиус и ее бассейна.

Выводы

    На  основе данных, приведенных в работе можно сделать следующие выводы.

    Река  Кальмиус по своей протяженности  относится к категории малых  рек, что в совокупности с небольшим количеством основных ее притоков делает ее довольно маловодной и, следовательно, очень подверженной действию загрязнителей в виду небольшого потенциала к самоочищению.

    В геологическом отношении бассейн  реки является очень разнообразным, что существенно отражается на химическом составе воды.

    Воды  реки Кальмиус и ее притоков интенсивно используются в хозяйственных нуждах, в т.ч. для орошения.

    В реки бассейна Кальмиуса производится интенсивный сброс разнообразных  промышленных вод из прудов-отстойников, с которыми в реки попадают большие количества нефтепродуктов, взвешенных и биогенных веществ, а особое значение в ухудшении экологического состояния реки имеет загрязнение реки тяжелыми металлами.

    Практически все применяемые меры по очистке  сточных вод промышленных предприятий и недопущению дальнейшего чрезмерного загрязнения воды являются малоэффективными, и требуют не только модернизации, но и, возможно, полной замены на более современные и эффективные. 
 
 
 
 
 
 
 

Список  литературы

    1. Охорона навколишнього середовища та раціональне використання природних ресурсів. / Збірка доповідей І Міжнародної наукової конференції аспірантів та студентів. Т.1-Донецьк: ДонНТУ, ДонНУ, 2002.-307с.

    2. Вісник Харьковського інституту  соціального прогресу. Сер: Екологія, техногенна безпека і соціальний прогрес. Х, 2003. – Випуск 1.-144с.

    3. Зайцева И.И. Экспериментальное  изучение влияния тяжелых металлов  на планктонные водоросли // Ботанический  журнал. -1999, №8 (с.33-39).

    4. Рекреационные зоны и туристско-экскурсионные маршруты Донецкой области "Мой Донбасс". Под ред. С.С. Куруленко. – Донецк: ДИТБ, 2001.-239с.

    5. Яцык А.В. Экологические основы  рационального водопользования.  – К. , 1997.-345с.

    6. Пельтихин А.С. Особенности рек  Донбасса и рекреация. Сб. материалов  научно-практической конференции "Туризм – перспективная отрасль экономики Украины". Донецк, 1995.-267с.

    7. Паладий И.П., Молодан Г.Н. Социально-экономические  аспекты сохранения аборигенной  биоты реки Кальмиус. Конференция  ДонНТУ, 2004.-244с.

    9. Поліщук В.В. Малі річки України та їх охорона. – Т-во Знання, 1988.-256с.

    10. Физико-географические условия формирования стока реки Кальмиус Донецкой области. Данные Донецкого областного управления водных ресурсов, 2004.-204с.