Создание водохранилищ
Ежегодно на всех континентах вступают в эксплуатацию сотни новых водохранилищ. В настоящее время в мире нет ни одной страны, в которой бы не было водохранилищ. Их общий объем на рубеже XIX и XX веков составлял 15 км3., а в конце ХХ века превысил 6600 км3. Сегодня на Земле эксплуатируется более 60 тыс. водохранилищ (из них 3 тысячи в России). Площадь их водного зеркала равна 400 тыс.км2. Это площадь одиннадцати Азовских морей.
Создание водохранилищ вызвано необходимостью: уменьшения или полной ликвидации вредных явлений природы: наводнений, маловодья, селей; перераспределения стока между сезонами года и годами различной водности, между днями недели и часами суток в интересах гидроэнергетики, ирригации, водоснабжения и создания акваторий в целях обводнения городов, развития рекреации, водного транспорта и др.; вовлечения в хозяйственное использование непродуктивных земель путем аккумуляции на них водных ресурсов и создания в ряде случаев более продуктивной водной среды (рыболовство и рыбоводство); улучшение природных условий прилегающих территорий: смягчение климата, водное благоустройство и т.п.; улучшения гидрографической сети, Наиболее ощутимые отрицательные последствия создания и эксплуатации водохранилищ.
Экология Воронежского водохранилища.
В районе крупных городов часто строят водохранилища с целью технического водоснабжения, так как вода используется на различных предприятиях как растворитель. С той же целью было создано в 1972 г. Воронежское водохранилище. Этот водоем узок (средняя ширина 2 км), мелководен (средняя глубина 2,9 м), площадь зеркала 70 км2, объем воды в чаше 204 млн. м3, он вытянут в меридиональном направлении на 35 км. В настоящее время в водохранилище обитает около 40 видов зообентоса, а ихтиофауна представлена 27 - 35 видами и подвидами рыб.Не секрет, что водохранилища подвергаются загрязнению. Самыми опасными являются нефть и нефтепродукты, СПАВ, соли тяжелых металлов и др. Загрязнение воды зачастую приводит к болезням, а иногда и к гибели организма, а по цепям питания - к болезням человека. Загрязненные воды являются местом размножения насекомых, переносящих различные заболевания и различных паразитов. Поэтому загрязнение воды очень опасно для организмов, населяющих ее, и человека.
Влияние производственно-хозяйственной деятельности на водные ресурсы в последнее десятилетие привело к изменению условий формирования подземного и поверхностного стока, что становится основным фактором ухудшения качества питьевых вод, причиной химического и биологического загрязнения поверхностных водоемов.
Основными источниками загрязнения и засорения Воронежского водохранилища являются недостаточно очищенные сточные воды промышленных и коммунальных предприятий. Только по выпускам с заводов АО "Воронежсинтезкаучук" и АО "Воронежшина" в водохранилище поступает 222 тыс. м3/сут. загрязненных сточных вод, в составе которых сбрасывается 1150 т органических веществ, 2,6 тыс. т взвешенных веществ, 33 т нефтепродуктов.
Нефтепродукты, осевшие на дно тяжелые фракции и т.д. - все это затрудняет процессы фотосинтеза в воде из-за прекращения доступа солнечных лучей, а также вызывает гибель растений и животных. При этом изменяется запах, вкус, окраска, поверхностное натяжение, вязкость воды, уменьшается количество кислорода, появляютсявредные органические вещества.На протяжении ряда лет не улучшается качество отводимых поверхностных стоков с промплощадок других крупных заводов города, не соответствуют категории нормативно чистых сбрасываемые воды предприятий теплоэнергетики (содержание нефтепродуктов достигает 1,6 ПДК, органических веществ – 2,7 ПДК). Недостаточно развита система ливневой канализации, из-за чего в водоемы попадает значительное количество загрязняющих веществ с территорий населенных пунктов. В ряде случаев отмечается превышение концентрации нефтепродуктов и взвешенных веществ в сотни раз.
Таким образом, основными источниками загрязнения водных объектов являются ЖКХ г. Воронеж, с очистных сооружений которого сбрасывается более половины всех загрязненных сточных вод области, и ОАО "Воронежсинтезкаучук", доля которого составляет 30%. Проведенные за 1999 г. водоохранные мероприятия позволили снизить объем сброса загрязненных сточных вод в поверхностные водные объекты почти на 1,4 млн. м3 (до 224,8 млн. м3). Около 3% объема водоотведения приходится на нормативно очищенные сточные воды.
В то же время не решен ряд водоохранных проблем: не реализуются ранее утвержденные проекты строительства очистных сооружений в шести районных центрах; не решается вопрос об очистке сточных вод (до 50 тыс. м3/сут) в Воронеже перед сбросом их в р. Дон; высока опасность аварийного сброса навозосодержащих стоков от накопителей на 32 крупных животноводческих комплексах.
Загрязняющие вещества, попадая в природные водоемы, приводят к качественным изменениям воды, которые в основном проявляются в изменении физических свойств воды, в частности, появление неприятных запахов, привкусов и т.д.); в изменении химического состава воды, в частности, появление в ней вредных веществ, в наличии плавающих веществ на поверхности водыи откладывании их на дне водоемов.
Загрязнение сточными водами в результате промышленного производства, а также коммунально-бытовыми стоками ведет к эвтрофикации водоемов – обогащению их питательными веществами, приводящему к чрезмерному развитию водорослей, и к гибели других водных экосистем с непроточной водой (озер, прудов), а иногда к заболачиванию местности.
Довольно вредным загрязнителем промышленных вод является фенол. Он содержится в сточных водах многих нефтехимических предприятий. При этом резко снижаются биологические процессы водоемов, процесс их самоочищения, вода приобретает специфический запах карболки.Сточные воды, содержащие растительные волокна, животные и растительные жиры, фекальную массу, остатки плодов и овощей, отходы сахарных и пивоваренных заводов, предприятий мясомолочной, консервной и кондитерской промышленности, являются причиной органического загрязнения водохранилища. В сточных водах обычно около 60% веществ органического происхождения.
Повышение температуры воды, в результате сброса горячих сточных вод, способно нарушить структуру растительного мира водоёмов. Характерные для холодной воды водоросли заменяются более теплолюбивыми и, наконец, при высоких температурах полностью ими вытесняются, при этом возникают благотворные условия для массового развития в водохранилищах сине-зеленых водорослей - так называемого “цветения воды”.
Это одно из главных бедствий рукотворного Воронежского моря. Была проведена акция по зарыблению водохранилища породами рыб, способными поедать водоросли. В воды водохранилища выпущено 7 тыс. т рыбы двухлеток толстолобика и белого амура. Эти рыбы питаются сине-зелеными водорослями, причем каждая особь способна очистить до 30 литров воды в сутки. Теперь главная проблема не допустить вылова этой рыбы браконьерами.
Воронежским Государственным Университетом проводилось исследование экологического состояния гидросистемы "Воронежское водохранилище - грунтовые воды" которое связано с влиянием техногенного фактора.
Городские водозаборы, используемые для водоснабжения населения и коммунально-хозяйственной службы г. Воронежа, в основном сосредоточены в северных районах прибрежной части водохранилища. Известно, что 75% эксплуатационных запасов вод водозаборов формируется за счет фильтрации воды из водохранилища. В связи с этим, очевидно, что экологическое состояние вод водозаборов находится в тесной зависимости от качественного состояния воды водохранилища.
Исследовались два участка: северный и южный. Северный, включающий территорию водохранилища и водозаборов от с.Чертовицкое и до северного моста. Южный, включающий территорию водохранилища и левобережья от Чернавского моста до плотины. В пределах первого участка в подземных водах в сфере влияния водозаборов № 8, 11, 4, 3 наблюдается изменения химического состава, проявляющиеся в перераспределении макрокомпонентного состава и формировании гидрогеохимического профиля по схеме HCO3 ® HCO3SO4 и HCO3 ® HCO3Cl или ClHCO3. В макрокомпонентном составе намечается тенденция в увеличении сульфатов и повышении минерализации воды.
Отмечается периодическое появление в воде скважин высокого содержания марганца и железа в концентрациях превышающие в 8-10 раз ПДК питьевого и рыбохозяйственного ГОСТов. Установлено, что загрязнение вод водозаборов тяжелыми металлами осуществляется водами донных отложений. Фактические данные указывают на высокие концентрации марганца не только в донных отложениях Воронежского водохранилища, но и во взвесях малых рек бассейна р. Воронеж реки Усманка, Ивница и др.
Еще одним фактическим источником загрязнения воды водохранилища являются намывные грунты для строительства микрорайонов левобережья города вблизи Отрожки. Поднятые со дна водохранилища песчано-глинистые отложения, обогащенные тяжелыми металлами, в течение срока функционирования водоема подвергаются инфильтрации атмосферных осадков, паводковых вод, которые способствуют вымыванию загрязнителей и выносу их в водохранилище.
На южном участке отмечается техногенез, приведший к появлению в грунтовых водах Cr6+, Mn2+ за счет фильтрации стоков из дефектных труб водонесущих коммуникаций, за счет вымывания загрязнителей из почв городского типа в районе р. Песчанка.
Таким образом, выявляется неблагополучное экологическое состояние гидросистемы в целом. Во втором районе в настоящее время создаются очаги загрязнения вод марганцем и нитратами. Воронежским центром Госсанэпиднадзора неоднократно отмечались различные виды загрязнения воды Воронежского водохранилища и грунтовых вод на водозаборных участках, среди которых особо выделяются тяжелые металлы (железо, марганец, хром, медь и др.) Марганец - один из элементов, которые играют универсальную роль для биосферы. Однако повышенные его содержания оказывают токсичное действие. Пространственно-временной анализ изменения концентрации загрязнителей Feощ, Mn2+ в грунтовых и поверхностных водах, в почво-грунтах, в донных отложениях, свидетельствует о тенденции их накопления в депонирующих средах в сфере влияния водохранилища таким образом, что создаются условия для формирования техногенно-геохимической провинции железо-марганцевой специализации.
Приведенные данные позволяют рассматривать экологическое состояние гидросистемы "Воронежское водохранилище грунтовые воды" как неудовлетворительное, что подтверждается прогрессирующим ухудшением здоровья населения и в особенности детей. Результаты исследования указывают на непосредственную связь загрязнения грунтовых вод и водохранилища с влиянием техногенного фактора. Соответственно и основные меры водоохранных мероприятий должны быть обращены на вопросы снижения прессинга техногенеза. В качестве первоочередной меры водоохранных мероприятий рекомендуется очистка дна водохранилища от наносов и разлагающейся растительной массы, уменьшения сбросов условно-чистых вод в водохранилище
Как известно, создание водохранилищ на равнине связано с пространственно-временными изменениями природных экосистем негативного и позитивного характера. Негативные изменения связаны с преобразованием рельефа местности, отторжением части суши и переходом ее в водное пространство, сопровождаемое полной сменой биоценоза и заменой сухопутной растительности на водную и влаголюбивую. Возникает подтопление и заболачивание прибрежной территории, создается дополнительная вертикальная нагрузка на литосферу, и дно водохранилища опускается. Особенно крупные изменения связаны с гидрогеологическими и гидрогеохимическими условиями. При инфильтрации речных вод в берега наблюдается подъем уровня грунтовых вод и обводнение прибрежных водовмещающих пород, качество подземных и поверхностных вод ухудшается. Активизация абразионной переработки берегов водохранилища определяет формирования донных отложений. Позитивные изменения связаны с пополнением ресурсов подземных вод в гидравлически взаимосвязанных с водохранилищем водоносных горизонтах и комплексах, что положительно влияет на эксплуатационные запасы инфильтрацион ных водозаборов, расположенных в береговой зоне.
Воронежское водохранилище размешается на территории Окско-Донской низменности, в долине реки Воронеж, в пределах г. Воронеж.
Воронежское водохранилище является одним из крупнейших в Черноземье. Оно создано в 1972 году для использования поверхностных вод в развивающей промышленности и сельском хозяйстве.
По морфометрическим параметрам Воронежское водохранилище, протяженностью 36 км при средней ширине 2, 5 км, с зеркалом воды 70 км2, представляет собой мелководный водоем руслового типа с замедленным водообменном, полным отсутствием регулирующей емкости и практически постоянным уровнем воды [2]. По гидрологическим признакам в акватории выделено пять гидрологических районов: 1) Приплотинный, 2) Промежуточный; 3) Южный; 4) Северный; 5) Мелководный. Границами между ними являются мостовые переходы города (с севера на юг: Окружной, Железнодорожный, Северный, Чернавский, Вогрессовский и Плотина) (рис. 1). На речном катере были сделаны маршрутные обследования водохранилища, начиная от р. Воронеж у с. Чертовицкое до плотины. На протяжении водохранилища, в его русловой части, у берегов и у площадок водозаборов были отобраны пробы воды на общий химический анализ, макро- и микрокомпонентный состав. Также были отобраны пробы донных отложений и почв. На рис. 1 представлены места отбора в водоеме и за его пределами. Для удобства анализа полученных материалов система расположения станций профильная.
В период с 1995 по 2006 г. нами проводились исследования для выявления гидрогеоэкологического режима. Отбирались гидрогеохимические и литохимические пробы воды, донных отложений и песков гидронамывов. Отобранные пробы воды и пород подвергались химическому, атомно-абсорбционному анализам (рис. 2). Песчаные породы исследовались на гранулометрический состав. Аналитические работы проводились по традиционным методикам. При написании статьи использовались геоинформационные технологии.
По результатам анализа полученных материалов видно, что минерализация воды колеблется от 0, 27 до 0, 6 г/дм3. Максимальная минерализация характерна в пятом гидрологическом районе. В водохранилище распространены следующие гидрогеохимические типы вод:
– гидрокарбонатно-хлоридный кальциево-натриевый или смешанного катионного состава; – гидрокарбонатно-сульфатный кальциево-натриевый или смешанного катионного состава;
– смешанного анионно-катионного состава.
В целях увеличения городской площади под строительство в районе Воронежского водохранилища созданы зоны искусственного литогенеза (намывные грунты). Вода у гидронамывов в летний период характеризуется слабощелочной реакцией среды (рН 7, 3–8, 3), невысокими значениями Еh (+230–+280 mv), минерализацией 0, 2–0, 45 г/дм3.
Экологическое состояние характеризовалось появлением и миграцией в воде микроэлементовзагрязнителей: марганец, железо, хром, азотные соединения. Содержание марганца в воде водохранилища у гидронамыва близ Окружного моста в пятом гидрологическом районе колебалось от 0, 03 до 2 мг/дм3, общее железо – 0, 3 мг/дм3, шестивалентного хрома 0, 002–0, 007 мг/дм3. Трансформация химического состава микроэлементов характеризуется путем сопоставления концентраций элементов загрязнителей в воде, донных отложениях и грунтовых водах в северной части водохранилища (5, 4 и 3 гидрологические районы) и в южной части (2 и 1 гидрологические районы).
Как видно из таблицы 1, наблюдаются прогрессирующие загрязнения водных экосистем при движении с севера на юг. Содержание азота нитратов в воде водохранилища колеблется от 0, 34 до 0, 38 мг/ дм3, в 2003 г. оно увеличилось в южной части до 57, 5 мг/дм3, нитритов – увеличилось до 1, 36 мг/дм3, аммония – до 8, 74 мг/дм3, железа – до 0, 47 мг/дм3, а марганца – до 0, 130 мг/дм3, систематически наблюдаются высокие значения коли-индекс, превышение ПДК по БПК (содержание органических веществ).
Водохранилище является водоприемником возвратных вод, включая хозяйственно-бытовые и производственно-сточные воды, ливневые и талые сточные воды с жилой и промышленной части города. В период весеннего снеготаяния в водохранилище поступает в зависимости от снежности зимы от 30 до 70 млн м3 тонн талых вод, две трети из которых стекает с территории города.
Большой объем выносимых загрязняющих веществ негативно влияет на процессы самоочищения в водохранилище. В современное время 13 промышленных предприятий левобережной части г. Воронеж имеют свои выпуски в водохранилище ливневых и условно-чистых вод. Наибольший вклад в химическое загрязнение водохранилища вносят АООТ «Воронежсинтезкаучук» и АООТ «Воронежшина», на долю которых приходится 2/3 загрязнений.[4] Основными химическими загрязнителями воды являются нефтепродукты, которые обнаруживаются в концентрациях выше нормативных (от 1, 1 до 9, 1 ПДК) в районе пляжа СХИ, Северного, Чернавского, Вогресовского мостов, и устья р. Песчанка.
Главным источником поступления является приток речных вод, приносимых р. Воронеж из г. Липецк. С ними в водохранилище в среднем за год поступает 72, 96 т – нефтепродуктов при средней концентрации – 0, 038 мг/дм3 (В. И. Ступин).
Еще одним из мощных источников поступления является сброс сточных вод, прошедших очистку на сооружениях АООТ «Воронежсинтезкаучук» с учетом средних объемов сброса и концентраций это составляет 42, 83 т/год. Общий объем нефтепродуктов в водоеме достигает в среднем 152, 94 т/год.
На протяжении последних нескольких лет водохранилище продолжает оставаться неблагополучным по эпидемиологической ситуации.
По данным лабораторных исследований органов санэпидемнадзора г. Воронеж (С. А. Куролап, Н. П. Мамчик, 2006 г.) из воды водохранилища выделены антигены вирусного гепатита А, цисты ламблий, сальмонелы и др. Отмечается почти во всех контрольных превышение нормативов по колииндексу. Весьма высокая степень бактериального загрязнения водохранилища отмечалась на пляжах зон отдыха населения (санаторий им. Горького, Березовая роща).
Основным источником бактериального загрязнения воды водохранилища, кроме аварийных выпусков промпредприятий, поступлений на очистные сооружения стоков левобережного промкомплекса, являются ливневые сточные воды, которые в летний период составляет почти одну треть от поступающей в водохранилище чистой воды.
Воронежское водохранилище выполняет роль восполнения водного дефицита города за счет инфильтрационного питания водозаборов. Основная часть водозаборов располагается в пятом мелководном (0, 5–1, 5 м) гидрологическом районе, расположенном в верховье водохранилища. С водоотбором на участках водозаборов связано образование депрессионных воронок, что ведет к усилению притока воды из водохранилища в скважины подающие питьевые воды населению.
Отсюда следует, что возникает необходимость в реконструировании левобережных очистных сооружений в целях усиления очистки сточных вод перед сбросом в Воронежское водохранилище.
Подземные воды
Территория располагается в зоне Приволжско-Хоперского гидрогеологического бассейна.
Пресные подземные воды приурочены к четырем основным водоносным комплексам, широко используемым для целей водоснабжения: неоген-четвертичному, турон-коньякскому, апт-сеноманскому и девонскому.
Основным водоносным комплексом, широко используемым для целей водоснабжения является неоген-четвертичный комплекс.
Неоген-четвертичный водоносный комплекс, приурочен к пескам различного гранулированного состава верхнеплиоценового и четвертичного возраста. В кровле водоносного комплекса залегают пески или невыдержанные по площади суглинки, поэтому он подвергается поверхностному загрязнению. Воды гидрокарбонатно-натриево-кальциевые.
Оценка обеспеченности населения ресурсами пресных подземных вод
По данным материалов, находящихся на хранении в филиале по Воронежской области «Территориальный фонд информации по природным ресурсам и охране окружающей среды МПР России по Центральному федеральному округу» территория Аннинского района обеспечена ресурсами пресных подземных вод.
Для большинства сел района работы по оценке эксплуатационных запасов подземных вод никогда не проводились, поэтому централизованные водозаборы, в большинстве случаев, отсутствуют.