Комплексный анализ экологической ситуации в Волжском бассейне

Пространственно распределенная информация в ЭИС "REGION-VOLGABAS" позволила провести эколого-экономическое районирование территории Волжского бассейна, оценить структуру и динамику природоохранных затрат, дать предложения по организации экологического мониторинга и управлению рациональным природопользованием в Волжском бассейне, а также по финансированию экологических программ. Эти предложения были учтены при подготовке Федеральной целевой программы «ОЗДОРОВЛЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ НА РЕКЕ ВОЛГА И ЕЕ ПРИТОКАХ, ВОССТАНОВЛЕНИЕ И ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ ДЕГРАДАЦИИ ПРИРОДНЫХ КОМПЛЕКСОВ ВОЛЖСКОГО БАССЕЙНА» («ВОЗРОЖДЕНИЕ ВОЛГИ»), которая была одобрена Правительством Российской Федерации на заседании 10 ноября 1995 г. Некоторые из предложений вошли в коллективную монографию («Возрождение Волги», 1996 г.)

Вышеизложенное позволяет считать, что разработанная в ИЭВБ РАН экологическая информационная система для анализа пространственно распределенных эколого-экономических данных "REGION-VOLGAВАS" (как и системы "REGION-SАМАRА", "REGION-ТОGLIАТТI") способна на новом уровне решать задачи комплексного анализа состояния экосистем региона, оценивать характер антропогенной нагрузки, с помощью модельных "сценариев" осуществлять прогноз развития экологической обстановки в регионе и на этой основе давать рекомендации по достижению в регионе экологической безопасности, устойчивого эколого-экономического развития и направлений социально-экологической реабилитации территорий.

Промышленность и сельское хозяйство в Волжском бассейне дают весомую часть всей продукции России, и, соответственно, пропорционально этому велика антропогенная нагрузка на регион. В 1990 г. в Волжском бассейне произведено более 4-5% общего производства промышленной продукции России. Площадь сельскохозяйственных угодий в бассейне - 65,3 млн. га (29%), из них пашня - 45,2млн.га (34%). В бассейн р.Волги ежегодно сбрасывается 2,3 км³ загрязненных вод (20% всех загрязненных вод России), в атмосферу густонаселенных городов Поволжья выбрасывается 10,6 млн. т/год вредных веществ (27% от России). На территории Волжского бассейна произведено 26 ядерных взрывов (более 20% от всех мирных ядерных взрывов в России). Вылов леща за последние 30 лет сократился в 4,5 раза, воблы - в 8, сельди - в 16, судака - в 24 раза. В результате строительства гидросооружений площадь нерестилищ осетровых на р. Волге сократилась в 8 раз (до 450 га), полностью ликвидированы нерестилища белорыбицы и проходной сельди. Все ГЭС Волжского каскада производят примерно 49 млрд. кВт/ч электроэнергии в год. При их строительстве было затоплено 40 тыс.км² высокопродуктивных пойменных территорий. Иными словами, 1 м² затопленной территории дает в год чуть более 1 кВт/ч энергии (естественно, это грубая оценка, но и она свидетельствует о крайне нерациональном характере использования этих территорий).

Все это делает регион Волжского бассейна одним из наиболее напряженных по экологической обстановке. Подробная характеристика созданной в ИЭВБ РАН экологической информационной системы (ЭИС) "REGION" для той или иной территории ("REGION-VOLGABAS" - для Волжского бассейна, "REGION-SAMARA" - для Самарской области, "REGION-TOGLIATTI" - для г. Тольятти) опубликована в ряде статей и монографий (База эколого-экономических..,1991; Экологическая ситуация.., 1994; Розенберг и др., 1995; Розенберг, Краснощеков,1996).

Эколого-экономическая информация по Волжскому бассейну собиралась в виде различного рода карт распределения тех или иных параметров (рабочие масштабы - 1:2500000 и 1:4000000). Масштаб ЭВМ-карт примерно равен 1:10000000. Вся территория Волжского бассейна была разделена на 210 квадратов, каждый площадью около 6,5 тыс.км² (примерно 80х80 км). Всего ЭИС "REGION-VOLGABAS" содержит 509 параметров-карт, из них 85 - обобщенных показателей. Для математической обработки данных, хранящихся в ЭИС "RЕGION-VOLGAВАS", кроме общепринятых методов многомерного статистического анализа (регрессионный и факторный анализы, различные алгоритмы обработки временных рядов, кластерный анализ и т.д.), использованы алгоритмы построения прогнозирующих моделей по методу самоорганизации (метод группового учета аргументов, эволюционное моделирование), разработана эвристическая процедура «модельного штурма» (Брусиловский, Розенберг, 1983).

В 1997 г. Государственный комитет по охране окружающей среды Астраханской области получил экспедиционное судно «Экопатруль-2», построенное в Санкт-Петербурге и предназначенное для осуществления экологического контроля за состоянием водной среды с помощью судового гидрохимического комплекса «Акватория». В 1998 г. были выполнены экспедиционные работы на акватории от Волгограда до Астрахани, в дельте Волги и в прилегающих к ней частях Северного Каспия. Задачами этого исследования были:

- определение влияния транзитного переноса загрязняющих веществ из вышележащих регионов, с оценкой гидрохимической обстановки по створам, равномерно расположенным по продольному профилю р. Волги;

- оценка качества вод водотоков восточной части дельты Волги;

- оценка качества вод на шельфе Каспийского моря и отработка методов контроля за возможными источниками загрязнения при добыче в этом районе углеводородного сырья.

Результаты этих работ были опубликованы (Чуйков, Михайлов и др., 1999).

В 1999 г. была проведена экспедиция от Н. Новгорода до Астрахани с целью определения качества волжских вод на этом отрезке реки, выявления источников загрязнения и состояния волжских водохранилищ. Результаты экспедиции опубликованы в монографии (Гуральник и др., 2000)

В 2000 г. на этом же судне проведено обследование мелководий Северного Каспия и устьевого взморья. Результаты опубликованы (Чуйков, Курапов и др., 2003).

Приведем краткую информацию из этих работ.

Материалы экспедиции от Н. Новгорода до Астрахани, 1999 г. (Гуральник и др., 2000).

Степень минерализации. Волжская вода выше устья Оки по степени минерализации отличалась от вод Оки (в Оке она примерно в 4 раза выше). В дальнейшем воды Оки и Волги практически не смешиваются на протяжении 150 км. Средняя минерализация от устья Оки до конца Чебоксарского водохранилища постепенно снижалась, что может быть связано с влиянием менее минерализованных притоков. После г.Чебоксары средняя величина минерализации начинала возрастать вплоть до верхней части Волгоградского водохранилища. В Волгоградском водохранилище этот показатель вновь снижался, и дальше – от Волгограда до Астрахани – возрастал.

Водородный показатель (рН). Величина этого показателя по маршруту изменялась в широких пределах (от 6,32 до 9,3). Участки акватории с наибольшими значениями рН были характерны, в основном, для промышленных зон поволжских городов. По р. Оке это акватория г. Павлово, по Чебоксарскому водохранилищу – промзона Н. Новгорода (а отдельных точках величина рН достигала 9). Высокие значения рН отмечены для пограничного створа между Нижегородской областью и Республикой Чувашия (8,1-9) и районе верхнего бьефа Чебоксарской ГЭС. По Куйбышевскому водохранилищу повышенный уровень этого показателя отмечен от границы Татарстана до Ульяновска. В водах Саратовского водохранилища показатель рН превышал 8,5 в районе очистных сооружений г. Тольятти. В Волгоградском водохранилище величина рН изменялась в пределах от 6,4 до 7,9. Но отмечены отдельные точки с величинами, близкими к 8 (промзона г. Саратов, устье р. Еруслан, промзона г. Камыши). В нижнем течении Волги высокие уровни рН отмечены в районе промзоны и ниже по течению г. Ахтубинск. Область низких показателей (меньше 6,5) отмечена в Волгоградском водохранилище (Саратовская и Волгоградская область).

Обобщенные данные показывают, что на обследованном участке можно выделить три зоны. Первая зона включает акватории Чебоксарского и Куйбышевского водохранилищ в пределах Нижегородской области, Республики Чувашия и Ульяновской области (усредненные показатели превышают 7,5). На подходах к Ульяновску зафиксировано максимальное среднее значение (около 9). Вторая зона – зона резкого сдвига в пределах Саратовского и Волгоградского водохранилищ с уменьшением значений до 6,3. Третья зона – зона плавного роста от минимальных значений (6,5) до 7,5 – от г. Волгограда до г. Астрахань. На общем фоне просматриваются устойчивые области со значениями рН, находящимися за допустимыми пределами: акватории выше г. Ульяновска (более 8,5) и ниже г. Саратова (менее 6,5).

Редокс-потенциал (Еh). Наиболее устойчивая зона с минимальными значениями этого показателя отмечена на акватории промзоны г. Ульяновска (особенно в районе городских очистных сооружений). Общий характер изменений направленности изменений данного показателя по продольному профилю реки характеризуется явно выраженным его снижением от плотины Чебоксарской ГЭС до границы с Ульяновской областью и последующим плавным нарастанием в границах Саратовского водохранилища до г. Саратова.

Хлориды. Этот показатель изменялся от 1 мг/дм³ в верхнем течении Волги (до Н. Новгорода) до 73 мг/дм³ в районе промзоны г. Саратова. Изменения усредненных концентраций хлоридов во многом совпадали с изменениями степени минерализации. Концентрация хлоридов резко возрастала при впадении Оки, и в дальнейшем уменьшалась, достигая минимума на участке 1200-1300 км, затем плавно возрастала до участка 1800-1900 км, затем падала почти до самых низовий Волги. Максимальные значения отмечены в водосбросе промзоны Саратова.

Фториды. Уровень содержания фторидов в Оке на два порядка превосходил таковой в Волге до г.Нижний Новгород. Этот показатель в волжской воде в целом не превышал нормативов, установленных для рыбохозяйственных водоемов. Исключение составляла промышленная зона Н.Новгорода, где отмечены отдельные точки, в которых отмечались концентрации близкие к ПДК. На всем остальном протяжении реки концентрации фторидов, как правило, не превышали 0,2 ПДК.

Нитриты. Этот показатель имеет довольно широкий разброс значений на обследованном участке реки (от 0,2 до 3 ПДК). В Оке выделялись два очага загрязнения – в районе устья р. Тарка (г. Павлово – до 3 ПДК) и в месте выпуска сточных вод г.Дзержинска (1-2 ПДК). В верхней части Чебоксарского явного загрязнения нитритами не было отмечено, выделялась только промзона г.Правдинска, где концентрации приближались к 1 ПДК. 1-2 ПДК отмечено в зона влияния устья р. Суры. В Куйбышевском водохранилище концентрации нитритов несколько возрастали вниз по течению. В месте влияния очистных сооружения Новочебоксарска и впадения р. Цивиль были отмечены максимальные значения (2-3 ПДК). Еще один загрязненный участок этого водохранилища отмечен в промзоне г.Ульяновска. В Саратовском водохранилище выделялись зоны, связанные с влиянием устья р. Чапаевка и промзоной г. Сызрань (1 ПДК). Волгоградское водохранилище и участок реки от Волгограда до Астрахани характеризовался увеличением содержания нитритов (0,5-0,7 ПДК). В промзоне г. Саратова отмечены концентрации в 2 ПДК, на участке реки от с. Енотаевка до с. Верхнее Лебяжье – до 1,5 ПДК.

Нитраты. Содержание нитратов в волжской воде за период экспедиции изменялось в пределах 0,02-0,3 ПДК. Степень загрязнения Оки по этому показателю также на порядок выше, чем в верхнем течении Волги (до Н. Новгорода). Максимальное содержание отмечено в устьях р. Клязьмы (0,34 ПДК) и р. Тарка (0,2 ПДК).

Аммоний-ион. Регулярные измерения этого показателя были начаты в Ульяновской области. Высокие значения этого показателя отмечены в следующих точках: промзона г. Ульяновска (6 ПДК), убежище Криуша (2 ПДК), убежище Сенгилей (5 ПДК), промзона Тольятти (1 ПДК), промзона Самары (1 ПДК), промзона г. Балаково (5 ПДК), акватория г. Ахтубинска (2 ПДК), акватория с. В. Лебяжье (1 ПДК).

Железо. Особенно высокое содержание ионов железа отмечено в Оке, на акватории, прилегающей к г. Павлово, и в верхнем течении Чебоксарского водохранилища (от 5 до 17 ПДК). На остальных участках Чебоксарсокого и Куйбышевского водохранилищ этот показатель продолжал оставаться высоким (2-5 ПДК). До 15 ПДК этот показатель доходил на акватории Куйбышевского водохранилища в районе промзоны Ульяновска. Затем величина этого показателя постепенно снижается и до границы Волгоградской и Астраханской областей находится в пределах 0,5 ПДК. На этом общем низком фоне выделялись отдельные сильно загрязненные участки: промзона г.Самары (5 ПДК), устье р.Чапаевка (2 ПДК), промзона Саратова (выше 5 ПДК), промзона г. Камышин (до 3 ПДК). Ниже Волгограда этот показатель вновь возрастал, и на всем протяжении от Волгограда до Астрахани он находился в среднем на уровне 2 ПДК.

Фосфаты. Уровень загрязнения вод по этому показателю оказался очень высоким, превышение ПДК зафиксировано на 48% обследованной акватории. Ниже впадения Камы этот показатель изменялся от 2 до 4 ПДК. В районе Ульяновска он достигал 10-20 ПДК. Уровень загрязнения Куйбышевского водохранилища на территории Самарской области был несколько ниже, чем в Ульяновской области, однако превышал ПДК в 2-3 раза. В районе Самарского промузла этот показатель достигал 4 ПДК. Такая же ситуация характерна и для Саратовского водохранилища в пределах Самарской и Саратовской областей. В Волгоградском водохранилище этот показатель также несколько снижался (до 2 ПДК). Однако, промзона Саратова характеризовалась очень высоким загрязнением по этому показателю – до 20 ПДК. В нижней части Волгоградского водохранилища этот показатель находился в пределах 1-2,5 ПДК. Ниже Волгоградской ГЭС этот показатель не превышал ПДК.

Сульфаты. По этому показателю отмечено превышение ПДК на 12,7% обследованной акватории. Максимальные концентрации были зафиксированы на границе Куйбышевского водохранилища в г.Тольятти. Превышения ПДК отмечены также в район г.Балаково и у плотины Саратовской ГЭС.

Цветность. В изменении цветности воды по маршруту экспедиции выделяли две зоны максимальной окраски вод – р.Ока в районе г.Павловска и Чебоксарское водохранилище выше г.Н.Новгорода. Вторая зона повышенной цветности характерна для Нижней Волги от г.Ахтубинска до Астрахани.

Перечисленные выше показатели определялись непосредственно по ходу движения судна в проточном режиме. Кроме того, были отобраны 82 пробы для лабораторного анализа по тем показателям, которые невозможно определить в автоматическом режиме. Эти характеристики на основе данных лабораторного анализа приведены ниже.

Химическое потребление кислорода (ХПК). Минимальны значения этого показателя отмечены на акватории Куйбышевского водохранилища, максимальные – в районе г.Правдинска (Нижегородская обл.). Значительные величины ХПК отмечены практически по всему маршруту экспедиции. Средняя величина ХПК составила 44 мг О/ дм³, что заметно превышает средний за 10 лет уровень ХПК волжской воды на границе Волгоградской и Астраханской областей (33 мг О/дм³).

Нефтепродукты. Общий уровень загрязнения нефтепродуктами волжской воды оказался значительным. Средняя концентрация составила 1,46 ПДК. Максимальные значения (5 ПДК) отмечены в районе г. Правдинска Нижегородской области и убежища Криуши Ульяновской области. Минимальное загрязнение отмечено в Волгоградской области в районе Волго-Донского канала (0,3 ПДК). В целом отмечена тенденция снижения концентраций нефтепродуктов вниз по течению от Н. Новгорода до Астрахани.

Средние величины этого показателя по отдельным участкам реки были следующими: р. Ока – 2,17 ПДК; Чебоксарское водохранилище – 2,4 ПДК; Куйбышевское водохранилище – 2,1 ПДК; Саратовское водохранилище – 1,2 ПДК; Волгоградское водохранилище – 1,5 ПДК; река от Волгограда до Астрахани – 0,62 ПДК.

Фенолы. В 45% исследованных проб содержание фенолов оказалось ниже пределов чувствительности метода анализа. По полученным достоверным данным средний уровень загрязнения по этому показателю составил: р.Ока – 9,7 ПДК; Чебоксарское водохранилище – 6,1 ПДК; Куйбышевское водохранилище – 4 ПДК; Саратовское водохранилище – 0,7 ПДК; Волгоградское водохранилище – 1,2 ПДК; река от Волгограда до Астрахани – 0,9 ПДК. На этом среднем уровне выделялись сильно загрязненные участки: район г.Правдинска – 21 ПДК; район Сормовского водозабора – 12 ПДК; р.Ока ниже очистных сооружений г.Дзержинска – 17 ПДК; район п.Ильинки в Чебоксарском водохранилище – 10 ПДК и некоторые другие. Большинство сильно загрязненных участков по этому показателю были связаны с конкретными источниками – выпусками очистных сооружений и крупными промзонами.

Синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ). В целом на момент обследования загрязнение вод по этому показателю не превышало установленных нормативов качества. Средний уровень СПАВ в волжской воде составил 0,31 ПДК. Наиболее «грязными» по этому показателю были воды Волгоградского водохранилища и Волги в пределах Волгоградской и Астраханской областей.

Тяжелые металлы. Содержание валовых форм тяжелых металлов в поверхностных водах в период проведения экспедиции было достаточно высоким.

Концентрация меди в Оке в среднем составила 10,7 ПДК. В водах Чебоксарского водохранилища – 10,1 ПДК; в Куйбышевском водохранилище – 5,9 ПДК; в Саратовском водохранилище – 6,4 ПДК; в Волгоградском водохранилище – 6,6 ПДК; в реке ниже Волгограда до Астрахани – 7,1 ПДК. Фон по этому показателю составил примерно 5 ПДК. Максимальные концентрации меди отмечены в Чебоксарском водохранилище у г. Правдинска (27 ПДК) и в районе с. Енотаевка Астраханской области (18 ПДК).

Средний уровень загрязнения цинком на момент проведения экспедиции составил 3,3 ПДК. Наиболее высокие концентрации отмечены в следующих точках: г. Правдинск (9 ПДК), р. Ока ниже очистных сооружений г.Дзержинска (20 ПДК); Саратовское водохранилище район устья р. Курдюм (7 ПДК); Волга в районе с. Енотаевка Астраханской области (8 ПДК).

Загрязнение воды кадмием в среднем не превышало допустимого уровня. В среднем по Оке – 0,7 ПДК; по Чебоксарскому водохранилищу – 0,95 ПДК; по Куйбышевскому водохранилищу – 0,43 ПДК; по Саратовскому водохранилищу – 0,44 ПДК; по Волгоградскому водохранилищу – 0,35 ПДК; ниже г. Волгограда – 0,29 ПДК. Максимальные значения по этому показателю достигали 4 ПДК (с. Макарьево Нижегородской области).

Среднее содержание марганца в волжской воде было близким к ПДК. По Оке оно составило 0,98 ПДК; по Чебоксарскомц водохранилищу – 0,83 ПДК; по Куйбышевскому водохранилищу – 0,93 ПДК; по Саратовскому водохранилищу – 1,03 ПДК; по Волгоградскому водохранилищу – 0,71 ПДК; от Волгограда до Астрахани – 0,68 ПДК. Максимальные величины были отмечены в следующих точках: устья рек Самары и Татьянки (1,54 ПДК); устье р.Чапаевка (1,2 ПДК); с. Печерское Самарской области (1,1 ПДК); верхний бьеф Саратовской ГЭС (1,87 ПДК); устье р. Караман (1,8 ПДК); Волга в районе с. Енотаевка Астраханской области (1,2 ПДК).

Средний уровень загрязнения хромом был невысоким: р.Ока – 0,3 ПДК; Чебоксарское водохранилище – 0,3 ПДК; Куйбышевское водохранилище – 0,14 ПДК; Саратовское водохранилище – 0,39 ПДК; Волгоградское водохранилище – 0,26 ПДК; Волга ниже Волгограда – 0,2 ПДК. Максимальные показатели отмечены в следующих точках: район г. Правдинска (1,3 ПДК); Саратовское водохранилище (с. Печерское – 0,55; г. Сызрань – 0,52 ПДК; г. Хвалынск – 2 ПДК); Волгоградское водохранилище (п. Увек – 0,7 ПДК; Красный текстильщик – 0,75 ПДК); Астраханская области – с. Енотаевка (0,5 ПДК).

Загрязнение воды свинцом было незначительным – среднее по всему маршруту 0,07 ПДК. Максимальные величины отмечены в следующих точках: г. Правдинск (0,52 ПДК); Сормовский водозабор (0,2 ПДК); граница Волгоградской и Астраханской областей (0,25 ПДК); с. Енотаевка (0,3 ПДК).