Введение
Актуальность темы. Самым удобным и дешевым ресурсом для сельскохозяйственных, бытовых и промышленных нужд, а также переработки отходов являются поверхностные воды. На качество воды наиболее существенное влияние оказывают антропогенные воздействия. Они вызывают изменения состояния поверхностных и подземных вод. При этом пресные водоемы оказываются наиболее уязвимыми. Динамика изменения качества воды обычно регулируется за счет процессов, протекающих в природе. Но концентрация радионуклидов в них возрастает гораздо быстрее, чем в морях и океанах из-за фактора разбавления. При чем слабая минерализация воды способствует более высокому накоплению радионуклидов пресноводными гидробионтами. Негативные последствия таких воздействий на малых реках и водоемах видны резче, чем на средних и крупных. Здесь нарушается режим стока, меняется характер русловых процессов и жизнедеятельности сообществ водных организмов - растений, бактерий, беспозвоночных, рыб. Это, как правило, ведет к ухудшению качества воды.
Особенно остра проблема использования малых рек, которые формируют водные ресурсы и гидрохимический режим средних и крупных рек, определяя их экологическую специфику, создают уникальные природные ландшафты, поддерживая в них устойчивое равновесие или перераспределение влаги.
Обеспечение водой населения и различных отраслей сельского хозяйства в необходимом количестве и требуемого качества становится одной из важнейших проблем. Крайне неравномерное распределение водных ресурсов по территории и во времени, недостаточный учет водного фактора при размещении промышленности и сельского хозяйства, нерациональное использование водных ресурсов - все это может привести к дефициту воды.
Источники водоснабжения изучены не в полном объеме. Особенно
5
отстала в изучении водных объектов Россия — одна из богатых данным ресурсом страна.
Малая изученность их связана с тем, что проводимые исследования носят локальный характер и подчинены конкретным задачам.
Основными источниками загрязнения объектов водоснабжения являются заводы, предприятия, жилищно-коммунальные службы, сельскохозяйственный комплекс. При уменьшении водопотребления, водоотведение в реки и водоемы остается значительным. Создалась угрожающая экологическая обстановка на речных ландшафтах, происходит усиление водной эрозии, снижение водности, ухудшение качества воды. Реки потеряли способность к самоочищению. Такое положение опасно для здоровья населения.
Изучением гидрологических условий, физико-химического и санитарно-бактериологического состояния водоемов занимался ряд ученых: Чеботаев А.И., Ворочинский К.К., Криволуцкий A.C., Кутырин И.М. и другие. Однако, при обобщении результатов различных работ оказалось, что не всем видам загрязнителей водоемов уделялось должное внимание, особенно радиоактивным. Авария на Чернобыльской АЭС сделала актуальной проблему изучения ее последствий. Данная проблема стала актуальной, особенно в последние годы. В связи с этим возникла необходимость исследования экологического состояния объектов водоснабжения, расположенных на радиоактивно загрязненных территориях и поиска путей его улучшения, применительно к объектам водоснабжения юго-западных районов Брянской области.
Цель и задачи исследований. Целью исследований является изучение состояния объектов водоснабжения, расположенных на радиоактивно загрязненных территориях Брянской области.
Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи: - изучить природно-климатические, ландшафтные и гидрологические условия соответствующих объектов;
6
- изучить влияние интенсивности радиоактивного загрязнения данных
территорий на состояние и возможность использования водных объектов;
определить санитарно-бактериологические и физико-химические показатели качества воды объектов водоснабжения;
- сделать экономическое обоснование необходимых мероприятий.
Научная новизна заключается в комплексном анализе состояния объектов водоснабжения, расположенных на радиоактивно загрязненных территориях. Обоснование мероприятий, направленных на улучшение экологического состояния объектов водоснабжения и качества воды, используемой для сельскохозяйственных, питьевых и бытовых целей.
Практическая значимость исследований. Внедрение результатов исследований и конкретных предложений позволит улучшить качество воды, экологическое состояние водных объектов.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Оценка радиоэкологического состояния водных ресурсов поверхностных и подземных вод.
2. Влияние техногенных загрязнений на качество воды и состояние водных объектов.
3. Оценка уязвимости поверхностных и подземных вод к интенсивному радиоактивному загрязнению.
4. Рекомендуемые меры по использованию объектов водообеспечения и качества воды.
Личный вклад автора заключается в составлении методики исследований, сборе и научном анализе экспериментального материала, обработке полученных результатов исследований, обосновании решения задач для достижения поставленной цели.
Апробация результатов работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на Региональных и Вузовских научно - практических конференциях и совещаниях «Вклад ученых и специалистов в национальную экономику» (Брянск 2002-2003 гг.).
7
Материалы диссертации используются в учебном процессе Брянской государственной инженерно-технологической академии.
Публикации. По теме диссертации опубликовано шесть научных статей и одна монография. Список опубликованных работ прилагается.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и рекомендаций, списка использованной литературы включающего 131 наименование, в том числе 11 на иностранных языках. Текст излагается на 138 страницах, включая 28 таблиц и 6 рисунков.
1. Состояние вопроса
Вода - своеобразный минерал, обеспечивающий существование живых организмов на Земле.
Самый крупный водопотребитель в нашей стране - сельское хозяйство, на втором месте стоят промышленность и энергетика, на третьем - коммунальное хозяйство. Водопотребление - использование воды на нужды населения, промышленного, сельского и других видов хозяйства с изъятием ее из водных объектов.
Огромное количество воды наших рек и водохранилищ идет на орошение. Часть воды, подаваемая на орошение, возвращается поверхностным и подземным путем в гидрографическую сеть или море. Безвозвратное водопотребление - наиболее важный показатель изменения водных ресурсов. Для промышленности вода является столь же важным элементом, как уголь, медь, железо и другие природные ресурсы.
За несколько тысяч лет до нашей эры человек уже использовал проточную воду как движущую силу. Исключительно большое значение имеет вода как источник энергии в наши дни. Особое место в использовании водных ресурсов занимает водопотребление для сельскохозяйственных нужд и населения. [2]
Исключительно большие водные ресурсы требуются для дальнейшего развития рыбного хозяйства.
Таким образом, значение водных ресурсов в народном хозяйстве - в развитии промышленности, сельскохозяйственного производства, энергетики, водного транспорта, рыбного хозяйства - огромное.
Однако, в результате антропогенного воздействия экологическое состояние водных объектов ухудшается. При этом пресные водоемы оказываются наиболее уязвимыми. Динамика качества воды обычно регулируется за счет процессов, протекающих в природе. Но концентрация радионуклидов в них возрастает гораздо быстрее, чем в морях и океанах, из-
9
за разбавления. При этом слабая минерализация воды способствует более высокому накоплению радионуклидов пресноводными гидробионтами и увеличению, тем самым, лучевых нагрузок на них. Поэтому данная проблема стала актуальной особенно в последние годы.
1.1 Изученность вопроса
С первых своих шагов по земле человек понимал - вода необходимое условие жизни. Неудивительно, что следы древних цивилизаций обнаружены на берегах рек: Тигра и Евфрата в Месопотамии, Нила в Египте, Инда в Индии, Хуанхэ (Желтой реки) в Китае. Постепенно люди стали создавать системы водоснабжения возводить плотины и дамбы, регулировать русла рек, прокладывать ирригационные и осушительные каналы. Остатки этих сооружений свидетельствуют о том, что человек уже очень давно имел некоторые знания о воде.
В VII в. появились первые независимые мыслители, такие как Роджер Бекон и Леонардо да Винчи. Леонардо да Винчи одним из первых нашел правильное толкование происхождения рек. Исследованиями происхождения рек и подземных источников водоснабжения занимался и Бернар Паллисси. Он исследовал механизм действия артезианских колодцев. Паллисси рассматривал примеры водоснабжения городов.[12]
По мнению Агриколы, подземные воды образуются двумя способами: благодаря просачиванию поверхностных вод и конденсации подземного пара, возникающего при нагревании глубоко просочившихся поверхностных вод. Причиной возникновения рек и источников Агрикола считал совместное действие дождя и сгущения паров.
Еще одним мыслителем, занимавшимся этим вопросом в то время, был Жако Бессон. В 1569 г он написал книгу « Искусство и наука
10
отыскивания подземных вод и источников». Книга разделена на три части: в первой говорится об образовании, местонахождении и течении воды на земле и под землей; во второй рассматриваются подземные воды, их количество, глубина и местоположение; третья посвящена методам обработки нездоровых и вредных вод и способам подачи вод на расстояния.
Ученые XVII века продолжили изучение данного вопроса. Бенедетто Кастелли дал объяснение соотношения между скоростью течения и расходом воды. Атанасиус Кирхер изучал происхождение рек, горячих источников и образование минеральных источников. Происхождением рек и подземных источников интересовался и член Лондонского Королевского общества Роберт Плот. Он предложил первую классификацию рек.
Только в XVII в. совместными усилиями ряда ученых была сделана попытка установить экспериментальным путем некоторые основные положения гидрологии. В рассматриваемый период времени основные работы по гидрологии принадлежат: Пьеру Перро, Эдмунду Мариотту и Эдмунду Галл ею. [2]
В XVIII в. развитие гидрологии затрагивало, в основном, область поверхностных вод. Важные результаты экспериментальных исследований были получены итальянскими и французскими учеными.
В XIX в. накопление знаний в области гидрологии шло поразительно быстрыми темпами. К этому времени прочно укоренились экспериментальные методы исследования. Наибольшее значение имели исследования подземных вод и изменения поверхностных стоков. Английский геолог Уильям Смит одним из первых попытался разрешить проблемы гидрологии подземных вод, исходя из принципов геологии. В докладе «О сохранении воды в горных породах для ее использования летом», представленном в 1827 г, он рассматривает возможности использования подземных вод для нужд города. Сначала он говорит о
II необходимости и желательности сохранения воды, затем предлагает
способ обеспечения города водой на все лето.
Теоретические основы гидрологии подземных вод заложил Дарси в отчете о системе водоснабжения города Дижона. В одном из приложений к отчету, посвященному методам очистки вод путем фильтрования через песок, он предложил формулу расхода воды.
Следом за французскими исследователями к изучению подземных вод обратились немцы и австрийцы. [38]
Первые сведения о реках и озерах России относятся еще к глубокой древности. Так, например, первое описание Нижнего Днепра до порогов относится к V веку до нашей эры. В древних русских летописях, начиная с XII века, появляются описания водных путей.
Более или менее систематические исследования водоемов в России начинаются с эпохи Петра 1, когда были произведены описания некоторых рек с целью выявления их судоходных условий и возможности соединения рек каналами. В это время была построена Вышневолоцкая водная система, соединившая реку Волгу с Балтийским морем. Велись работы по соединению рек Волги и Дона, был построен Ивановский канал, соединивший реки Оку и Дон. При Петре 1 велись изыскания с целью постройки Мариийской и Тихвинской водных систем. В 1767 г. учреждается Главное управление водяных коммуникаций и начинается более планомерное исследование и описание водных путей. Производятся съемки на реках Днепре, Северном Донце, Оке, Волхове, Волге, Оби и Лене. Развиваются экспедиционные географические исследования. Сооружаются небольшие плотины и водно-энергетические установки на Урале. Все это способствует накоплению сведений о водоемах России и усовершенствованию методик водных исследований.
Основное содержание добытых в этот период сведений было общегеографического и гидрографического направления и поэтому способствовало познанию лишь в общем виде водных объектов.
*^Т
12
Расширение интересов к использованию водных ресурсов и существенное развитие их исследований начинается с 70-х годов XIX века. Важным этапом в изучение водоемов России в рассматриваемый период явилась организация в 1875 г. Навигационно-описной комиссии для изучения русских судоходных рек. Эта комиссия, в процессе проведенных работ, заложила основы методики водных исследований. Дальнейшее развитие изучения рек России было продолжено работами Управления водных путей Министерства путей сообщения, которое было создано в 1899 году.
Одновременно с исследованиями водоемов, как путей сообщения, велись работы по изучению водоемов России в связи с осушением болот, а также с целью использования водных ресурсов для орошения и обводнения засушливых областей.
Большой вклад в изучение пресных водоемов внесли русские ученые: П.С. Паллас (1768-1774 гг.) - обследовал бассейн реки Волги,
И.И Георги в 1772 г. обследовал озеро Байкал, Э.И. Эйхвальд (1825-1826 гг.) - обследовал Каспийское море, И.Г. Гмелин (1733 г.) - обследовал водоемы Камчатки, И. И. Лепехин обследовал водоемы Европейской части России, Б. И. Дыбовский (1863-1871 гг.) - изучал гидрологию озера Байкал.
Большие исследования рек были начаты в 1909 г. Отделом земельных улучшений Главного управления земледелия и землеустройства. Были получены сведения по водоносности рек, наносам, химическому составу и другим данным, характеризующим гидрологический режим.
В первые годы после Великой Октябрьской социалистической революции, в связи с гражданской войной и иностранной интервенцией исследования рек и озер значительно сократилось. С началом периода восстановления народного хозяйства исследования
13
водных ресурсов страны начали развиваться очень быстро. В это время был составлен и издан « Водный кадастр Союза ССР».
Изучением водных объектов в это время занимались Д.И. Кочерина, М.А. Великанова, Б.Д. Зайков, СЮ. Беленков, Д.Л. Соколовский, A.B. Огиевский, Г.А. Алексеев, Н.Д, Антонов, Б.В. Пляков, П.С. Кузин, К.П. Воскрескнский и другие ученые.
Позднее, с развитием науки и техники открывались новые области изучения водных объектов. Большой вклад в изучение поверхностных вод внесли: Себенцов Б.М. (1925-1947 гг.), Жадин В.И. (1947-1960 гг.), Герд С. В. (1960 г.), Долгов А.Г. (1978-1987 гг.), Чеботаев А. И, (1965-1976 гг.), Криволуцкий Н.В. (1985-1991 гг.), Резников А, А. (1954-1963 гг.).
Прогресс науки привел к практическому применению ядерной энергии: созданию и испытанию атомного термоядерного оружия, а также к развитию новой отрасли промышленности — атомной энергетики. Ионизирующая радиация превратилась в постоянно усиливающийся фактор внешней среды, воздействующий на все живое, что привело к созданию радиоэкологии - новой области экологии.
Изучением радиологического состояния водоемов Брянской области занимались: Крышев И.И.(1996 г.), Газиев Я.И.(1996г.), Никитин А. И. (1996г.).
Развитие техники, открытие новых отраслей промышленности привело к ухудшению экологического состояния окружающей среды; антропогенное воздействие оказало влияние на все компоненты природной среды. Возникает все большая необходимость проведения исследований воздействия техногенных выбросов на природную среду.
'Ж'
.,
14
1.2 Водные ресурсы Брянской области
Водные ресурсы - это воды суши, пригодные для использования в хозяйстве: реки, озера, каналы, водохранилища, моря и океаны, подземные воды, почвенная влага, вода ледников, снежного покрова.
Озера - это котловины или впадины земной поверхности, заполненные водой и не имеющие прямого соединения с морем. Несмотря на большое разнообразие встречающихся в природе озер, среди них выделены определенные типы, имеющие сходства по ряду признаков. Прежде всего, выделяют определенные типы озер в зависимости от условий образования котловин. По характеру котловин, послуживших основой для образования озер, выделяют плотинные или запрудные, котловинные и смешанные озера.
Плотинные озера образуются в том случае, когда долины перекрываются обвалами, наносами и т. п.; в эту группу входят и
* искусственные озера - водохранилища. Водохранилище - это
искусственный водоем, создаваемый в целях накопления водных запасов и регулирования речного стока. К данной группе относятся: Бытошский, Ивотский, Старицкий, Вадьковский, Карачевский пруды. Другим типом речных озер являются пойменные озера. Этот тип озер с процессом образования стариц, возникающих вследствие преграждения рукавов реки грядой наноса и образования рекой нового русла. Озера этого
>^\ типа встречаются в поймах реки Десны (Ореховое, Солька, Бартынь,
Хвощное, Хотня), Ипути (Зломенье).
Котловинные озера получают название в зависимости от условий и причин образования котловин. Различают озера: маренные, каровые, карстовые, термокарстовые, дефляционные и тектонические (Чеботарев А.И.). Карстовые озера представляют собой результат химической деятельности подземных и поверхностных вод. Карстовые озера
I. встречаются в Жуковском районе (Святое, Бездонное), Дятьковском районе
15
'in (Круглое, Святое), Навлинском районе (Шумовец) и в Трубчевском районе
(Большой и Малый Жерон).
Смешанные озера образуются в результате воздействия на земную поверхность различных факторов. К числу котловин указанного происхождения можно отнести котловины озер Кульневского, Батаговского, Стеклянного. В настоящее время ученными разработан ряд классификаций озер: рыбохозяйственная, биологическая,
, геометрическая.
Практическое значение получила классификация М. П. Сомова (1920). Все озера он делит на шесть типов. Каждому типу озер автор дал название по тем рыбам, для которых условия среды обитания наиболее благоприятны и которые могут быть основными объектами хозяйства: сиговые озера, лещовые озера и карасевые озера.
На территории Брянской области имеются следующие типы озер: сиговые, окунево-плотвичные и карасевые.
* Сиговые озера имеют сравнительно большие глубины, что
обеспечивает более низкую температуру воды. Водная растительность развита слабо. Дно илистое, а на многих участках - каменистое и песчаное. Дефицит кислорода зимой не достигает значительных величин. Эти водоемы относятся к эвтрофному типу озер, которые находятся на начальной ступени эвтрофии. В таких озерах могут обитать сиг и форель. Из теплолюбивых рыб, для которых условия среды в сиговых озерах также
ш достаточно благоприятны, могут обитать лещ, уклея, окунь, плотва, судак,
ерш, язь. К этому типу относятся озера карстового происхождения: озеро Святое Жуковского района, озера Бездонное и Святое Дятьковского района, Круглое, Шумовец, Жеренское озера.
Окунево-плотвичные - распространенные типы озер. К ним относятся мелководные равнинные водоемы с хорошо развитой надводной и подводной растительностью. Незначительная глубина озер с наличием
^ зарослей высшей водной растительности и хорошей прогреваемостью
16 воды, создают благоприятные условия для обитания плотвы и окуня,
которые, как правило, являются основными рыбами среди ихтиофауны, населяющей такие водоемы. Для обитания щуки в этих озерах также имеются необходимые условия. В эту группу входят следующие озера: Бытошь, Заломенье, Ореховое, Вадьковское, Карачевское, Солька, Кульневское, Батаговское, Хотня, Хвощное, Старское.
Карасевые - это водоемы с резким дефицитом кислорода в зимний период. В них может обитать только карась. Озера этого типа подразделяются на две группы: озера с крайней степенью эвтрофии; и озера, которые представляют собой дистрофные водоемы, расположенные среди сфагновых болот с кислой реакцией среды. В эту группу входит озеро Ивот.
Наиболее крупными естественными озерами Брянской области являются: Вихолка, Большое Жерино, Кажановское, Заломенье.
Озеро Вихолка находится в Красногорском районе на территории совхоза «Мирный». Площадь водного зеркала составляет 182 га, объем воды 5460 тыс. м3., средняя глубина - 3 м. Озеро Большое Жерино находится в Трубчевском районе, в 3-х км от железной дороги Москва - Киев. Площадь зеркала воды - 76 га, объем воды -1022,8 тыс. м3., средняя глубина — 1,3 м. Озеро быстро зарастает, за 25 лет его площадь сократилась на 20 га. Озеро Кожановское находится в Красногорском районе на территории совхоза «Мирный». Площадь зеркала воды озера составляет 40 га, объем воды -800 тыс. м3., средняя глубина - 2,0 м. Озеро Заломенье находится в Клинцовском районе, в 1,5 км от села Творишино. Площадь зеркала составляет 35 га, объем воды - 750 тыс. м , средняя глубина - 2,0 м.
Область также сильно изрезана разветвленной речной сетью. Река - это водный поток, сравнительно больших размеров, питающийся атмосферными осадками и подземными водами и текущий в разработанном им русле. Всего протекает
17
по территории Брянской области 2867 рек. Длина всех рек области составляет более 11600 км.
Реки классифицируют по размерам и площади водосбора, т. е. площади, с которой атмосферные осадки стекают в данную реку. При этом выделяют большие, средние и мелкие реки.
Большие реки протекают через несколько географических зон. К ним относятся реки с площадью водосбора более 50 тыс. км . Средняя река протекает в пределах одной географической зоны: это равнинные реки с площадью водосбора в пределах от 2 до 50 тыс. км . Малые реки в течение года не пересыхают или пересыхают на короткое время, протекают в равнинной местности и имеют площадь водосбора 1-2 тыс. км2.
Крупной рекой Брянской области является Десна. В пределах области она течет с севера на юг через всю восточную часть. Река Десна является первым по длине и второй по величине бассейна левобережным притоком Днепра. Длина реки около 11300 км, площадь бассейна - 88,9 тыс. км . Река Десна берет начало в болотах южного склона на Смоленской возвышенности на востоке 238 м над уровнем моря и впадает в Каневское водохранилище Днепра, в 10 км выше города Киева.
К основным притокам Десны относятся реки: Сейм, Снов, Судость, Нерусса, Навля, Ревна, Снежеть, Болва и другие. На берегах Десны расположены города: Ельня, Жуковка, Брянск, Трубчевск, Новгород северский, Чернигов. Ширина поймы Десны от 4 до 6 км, а русла - 50-200 м.[20]
Выбранное речным потоком ложе, по которому происходит сток до выхода в пойму, называется речным руслом, а часть дна речной долины, сложенная наносами и периодически затапливаемая в половодье и паводки, называется поймой (Железняков Г.В, 1984).
Второй является река - Ипуть, приток реки Сож. Течет она по западной части области в юго-восточном направлении, меняя его на |
