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

Введение. 3

1. Характеристика состояния реки Кальмиус. 4

1.1. Общие сведения о реке Кальмиус. 4

1.2. Оценка источников загрязнения реки Кальмиус. 5

2. Экологическое состояние реки Кальмиус и пути его улучшения. 8

2.1. Общее экологическое состояние реки Кальмиус. 8

2.2. Оценка содержания тяжелых металлов в реке Кальмиус. 10

Выводы.. 15

Список литературы.. 16

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.

Год	Gr_3	Fe	Mn	Pb	Al	Cu	Zn	Ni	Gr_6
1996	0,098	154,90	1,894	0,058	2,82	0,984	3,204	1,312	0,698
1997	0,098	124,80	4,321	0,984	2,91	1,41	4,84	1,284	1,841
1998	0,150	103,20	5,938	1,073	2,147	4,161	5,652	1,050	2,075
1999	0,22	98,22	11,22	0,953	1,572	2,171	3,086	1,120	0,247
2000	0,672	93,44	10,50	0,90	2,788	1,861	7,438	1,384	1,723
2001	1,677	87,11	9,86	0,194	2,147	3,346	5,180	1,384	1,723
2002	1,885	129,0	20,05	0,0	2,257	4,779	10,09	1,132	0,188

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.