При этом определяются следующие компоненты: рН, взвешенные вещества, азот аммонийный, нитрит-ион, нитрат-ион, хлорид-ион, сульфат-ион, фосфат-ион, нефтепродукты, ХПК, БПК-5, железо, медь, марганец, цинк, сухой остаток.

Водородный показатель (рН).

Содержание ионов водорода (гидроксония - H₃O+) в природных водах определяется в основном количественным соотношением концентраций угольной кислоты и ее ионов. Для удобства выражения содержания водородных ионов была введена величина, представляющая собой логарифм их концентрации, взятый с обратным знаком:

pH = - lg [H+] (4.1)

Для поверхностных вод, содержащих небольшие количества диоксида углерода, характерна щелочная реакция. Изменения тесно связаны с процессами фотосинтеза (при потреблении CO₂ водной растительностью высвобождаются ионы ОН-). Источником ионов водорода являются также гумусовые кислоты, присутствующие в почвах. Гидролиз солей тяжелых металлов играет роль в тех случаях, когда в воду попадают значительные количества сульфатов железа, алюминия, меди и других металлов.

В соответствии с требованиями к составу и свойствам воды водоемов у пунктов питьевого водопользования, воды водных объектов в зонах рекреации, а также воды водоемов рыбохозяйственного назначения, величина pH не должна выходить за пределы интервала значений 6,5-8,5.

Величина pH воды - один из важнейших показателей качества вод. Величина концентрации ионов водорода имеет большое значение для химических и биологических процессов, происходящих в природных водах. От величины pH зависит развитие и жизнедеятельность водных растений, устойчивость различных форм миграции элементов, агрессивное действие воды на металлы и бетон. Величина pH воды также влияет на процессы превращения различных форм биогенных элементов, изменяет токсичность загрязняющих веществ.

В водоеме можно выделить несколько этапов процесса его закисления. На первом этапе рН практически не меняется (ионы бикарбоната успевают полностью нейтрализовать ионы Н+). Так продолжается до тех пор, пока общая щелочность в водоеме не упадет примерно в 10 раз до величины менее 0,1 моль/дм³.

На втором этапе закисления водоема рН воды обычно не поднимается выше 5,5 в течение всего года. О таких водоемах говорят как об умеренно кислых. На этом этапе закисления происходят значительные изменения в видовом составе живых организмов.

На третьем этапе закисления водоема рН стабилизируется на значениях рН<5 (обычно рН 4,5), даже если атмосферные осадки имеют более высокие значения рН. Это связано с присутствием гумусовых веществ и соединений алюминия в водоеме и почвенном слое [29].

Природные воды в зависимости от рН рационально делить на семь групп (см. таблицу 4.1).

Таблица 4.1 - Группы природных вод в зависимости от рН

Группа	рН	Примечание
Сильнокислые воды	<3	гидролиза солей тяжелых металлов (шахтные и рудничные воды)
Кислые воды	3-5	поступление в воду угольной кислоты, фульвокислот и других органических кислот в результате разложения органических веществ
Слабокислые воды	5-6,5	присутствие гумусовых кислот в почве и болотных водах (воды лесной зоны)
Нейтральные воды	6,5-7,5	наличие в водах Ca (HCO3) 2, Mg (HCO3) 2
Слабощелочные воды	7,5-8,5	наличие в водах Ca (HCO3) 2, Mg (HCO3) 2
Щелочные воды	8,5-9,5	присутствие Na2CO3 или NaHCO3
Сильнощелочные воды	9,5	присутствие Na2CO3 или NaHCO3

Изменение водородного показателя (pH) в районе Березовского буроугольного месторождения в период с 1999 по 2008 гг. представлено на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 - Изменение величины pH в реке Урюп за период с 1999 по 2008 гг.

Средние величины рН во всех точках отбора проб - сброс в реку Урюп, содержание в реке Урюп выше и ниже точки сброса - не выходило за пределы нормативов и менялось с 1999 по 2008 год в пределах 7,4 - 8. Наибольшее содержание рН наблюдалось в 2005 году на расстоянии 500 м ниже точки сброса в реку Урюп и достигало 7,945. Наименьшее содержание pH наблюдалось в точке сброса в реку Урюп в 2002 году и составило 7.

Таким образом, воды реки Урюп в зоне влияния Березовского буроугольного месторождения можно определить как слабощелочные.

Взвешенные вещества

Взвешенные твердые вещества, присутствующие в природных водах, состоят из частиц глины, песка, ила, суспендированных органических и неорганических веществ, планктона и различных микроорганизмов. Концентрация взвешенных частиц связана с сезонными факторами и режимом стока, зависит от пород, слагающих русло, а также от антропогенных факторов, таких как сельское хозяйство, горные разработки и т.п. Взвешенные частицы влияют на прозрачность воды и на проникновение в нее света, на температуру, состав растворенных компонентов поверхностных вод, адсорбцию токсичных веществ, а также на состав и распределение отложений и на скорость осадкообразования. Вода, в которой много взвешенных частиц, не подходит для рекреационного использования по эстетическим соображениям [29]. Изменение концентрации взвешенных веществ в реке Урюп в районе Березовского буроугольного месторождения за период с 1999 по 2008 гг. представлено на рисунке 4.2.

Рисунок 4.2 - Изменение концентрации взвешенных веществ в реке Урюп за период с 1999 по 2008 гг.

В 1999 году количество взвешенных веществ во всех точках отбора не превышало ПДК рыбхоз. С 2000 года концентрация взвешенных веществ в реке Урюп заметно возрастает, максимального знаечения она достигает в 2003 году и составляет 47, 936 мг/дм³.

Загрязнения взвешенными веществами реки Урюп, то есть разницы в анализах с точек 500 м выше и 500 м ниже сброса, не наблюдается.

БПК полное.

Степень загрязнения воды органическими соединениями определяют как количество кислорода, необходимое для их окисления микроорганизмами в аэробных условиях. Биохимическое окисление различных веществ происходит с различной скоростью. К легкоокисляющимся ("биологически мягким") веществам относят формальдегид, низшие алифатические спирты, фенол, фурфурол и др. Среднее положение занимают крезолы, нафтолы, ксиленолы, резорцин, пирокатехин, анионоактивные ПАВ и др. Медленно разрушаются "биологически жесткие" вещества, такие как гидрохинон, сульфонол, неионогенные ПАВ и др.

Полным биохимическим потреблением кислорода (БПК полн.) считается количество кислорода, требуемое для окисления органических примесей до начала процессов нитрификации. Количество кислорода, расходуемое для окисления аммонийного азота до нитритов и нитратов, при определении БПК не учитывается [29].

Изменение концентрации БПК полн. в реке Урюп в районе Березовского буроугольного месторождения за период с 1999 по 2008 гг. представлено на рисунке 4.3.

Рисунок 4.3 - Изменение концентрации БПК полн. в реке Урюп за период с 1999 по 2008 гг.

Величины БПК полного, поступающего с водой с дренажной шахты и промплощадки, максимальных значений достигали также в 2001 году (12,0 мг/дм³ и 13,0 мг/дм³ соответственно) и с 2002 года стабилизировались в пределах 2,5 - 6,0 мг/дм³. БПК полное на сбросе в р. Урюп с 2003 по 2006 год снизился с 6,0 до 2,8 мг/дм³, то есть в настоящее время ниже ПДК рыбохозяйственных водоемов.

Азот аммонийный.

Содержание ионов аммония в природных водах варьирует в интервале от 10 до 200 мг/дм³ в пересчете на азот. Присутствие в незагрязненных поверхностных водах ионов аммония связано главным образом с процессами биохимической деградации белковых веществ, дезаминирования аминокислот, разложения мочевины под действием уреазы. Основными источниками поступления ионов аммония в водные объекты являются животноводческие фермы, хозяйственно-бытовые сточные воды, поверхностный сток с сельхозугодий в случае использования аммонийных удобрений, а также сточные воды предприятий пищевой, коксохимической, лесохимической и химической промышленности.

При переходе от олиготрофных к мезо - и эвтрофным водоемам возрастают как абсолютная концентрация ионов аммония, так и их доля в общем балансе связанного азота.

Присутствие аммония в концентрациях порядка 1 мг/дм3 снижает способность гемоглобина рыб связывать кислород. Признаки интоксикации - возбуждение, судороги, рыба мечется по воде и выпрыгивает на поверхность. Механизм токсического действия - возбуждение центральной нервной системы, поражение жаберного эпителия, гемолиз (разрыв) эритроцитов. Токсичность аммония возрастает с повышением pH среды [29].

Таблица 4.2 - Содержание аммония в водоемах с различной степенью загрязненности

Степень загрязнения (классы водоемов)	Аммонийный азот, мг/дм3
Очень чистые	0,05
Чистые	0,1
Степень загрязнения (классы водоемов)	Аммонийный азот, мг/дм3
Умеренно загрязненные	0,2-0,3
Умеренно загрязненные	0,2-0,3
Загрязненные	0,4-1,0
Грязные	1,1-3,0
Очень грязные	>3,0

Повышенная концентрация ионов аммония может быть использована в качестве индикаторного показателя, отражающего ухудшение санитарного состояния водного объекта, процесса загрязнения поверхностных и подземных вод, в первую очередь, бытовыми и сельскохозяйственными стоками.

Изменение концентрации азота аммонийного в реке Урюп в районе Березовского буроугольного месторождения за период с 1999 по 2008 гг. представлено на рисунке 4.4.

Рисунок 4.4 - Изменение концентрации азота аммонийного в реке Урюп за период с 1999 по 2008 гг.

Азот нитритный.

Нитриты представляют собой промежуточную ступень в цепи бактериальных процессов окисления аммония до нитратов (нитрификация - только в аэробных условиях) и, напротив, восстановления нитратов до азота и аммиака (денитрификация - при недостатке кислорода). Подобные окислительно-восстановительные реакции характерны для станций аэрации, систем водоснабжения и собственно природных вод.

В поверхностных водах нитриты находятся в растворенном виде. Повышенное содержание нитритов указывает на усиление процессов разложения органических веществ в условиях более медленного окисления NO₂ - в NO₃-, что указывает на загрязнение водного объекта, т.е. является важным санитарным показателем.

В соответствии с требованиями глобальной системы мониторинга состояния окружающей среды (ГСМОС/GEMS) нитрит - и нитрат-ионы входят в программы обязательных наблюдений за составом поверхностных вод [29].

Изменение концентрации азота нитритного в реке Урюп в районе Березовского буроугольного месторождения за период с 1999 по 2008 гг. представлено на рисунке 4.5.

Рисунок 4.5 - Изменение концентрации азота нитритного в реке Урюп за период с 1999 по 2008 гг.

Азот нитратный.

Присутствие нитратных ионов в природных водах связано с:

внутриводоемными процессами нитрификации аммонийных ионов в присутствии кислорода под действием нитрифицирующих бактерий;

атмосферными осадками, которые поглощают образующиеся при атмосферных электрических разрядах оксиды азота (концентрация нитратов в атмосферных осадках достигает 0,9 - 1 мг/дм³);

промышленными и хозяйственно-бытовыми сточными водами, особенно после биологической очистки, когда концентрация достигает 50 мг/дм³;

стоком с сельскохозяйственных угодий и со сбросными водами с орошаемых полей, на которых применяются азотные удобрения.

Главными процессами, направленными на понижение концентрации нитратов, являются потребление их фитопланктоном и денитрофицирующими бактериями, которые при недостатке кислорода используют кислород нитратов на окисление органических веществ.

В поверхностных водах нитраты находятся в растворенной форме [29].

Изменение концентрации азота нитритного в реке Урюп в районе Березовского буроугольного месторождения за период с 1999 по 2008 гг. представлено на рисунке 4.6.

Рисунок 4.6 - Изменение концентрации азота нитритного в реке Урюп за период с 1999 по 2008 гг.

Анализ содержания форм азота за период с 1999 по 2008 год, указывает на общее увеличение уровня процессов нитрификации (превращения азота аммонийного в азот нитритный и далее в нитратный). Выражается это в общей тенденции к снижению концентрации азота аммонийного во всех точках отбора и к увеличению концентраций азота нитритного и нитратного.

Образование нитратов из азота аммонийного является процессом благоприятным для поверхностных вод. Однако, не до конца осуществляющийся процесс нитрификации, с образованием промежуточного, более токсичного вещества, нитритов, процесс отрицательный.

Во всех точках отбора проб до 2005 году ни одна из форм азота не превышала величин ПДК для рыбохозяйственных водоемов. В 2005 году произошел резкий скачок концентрации всех форм азота [29].

Хлориды.

Хлориды являются преобладающим анионом в высокоминерализованных водах. Первичными источниками хлоридов являются магматические породы, в состав которых входят хлорсодержащие минералы (содалит, хлорапатит и др.), соленосные отложения, в основном галит. Значительные количества хлоридов поступают в воду в результате промышленные и хозяйственно-бытовые сточные воды.

В отличие от сульфатных и карбонатных ионов хлориды не склонны к образованию ассоциированных ионных пар. Из всех анионов хлориды обладают наибольшей миграционной способностью, что объясняется их хорошей растворимостью, слабо выраженной способностью к сорбции взвешенными веществами и потреблением водными организмами. Повышенные содержания хлоридов ухудшают вкусовые качества воды, делают ее малопригодной для питьевого водоснабжения и ограничивают применение для многих технических и хозяйственных целей, а также для орошения сельскохозяйственных угодий. Нет данных о том, что высокие концентрации хлоридов оказывают вредное влияние на человека [29].

Изменение концентрации хлоридов в реке Урюп в районе Березовского буроугольного месторождения за период с 1999 по 2008 гг. представлены на рисунке 4.7.

Рис.4.7 - Изменение концентрации хлоридов в реке Урюп за период с 1999 по 2008 гг.

Сульфаты.

Сульфаты присутствуют практически во всех поверхностных водах и являются одними из важнейших анионов.

Главным источником сульфатов в поверхностных водах являются процессы химического выветривания и растворения серосодержащих минералов, в основном гипса, а также окисления сульфидов и серы.

Значительные количества сульфатов поступают в водоемы в процессе отмирания организмов, окисления наземных и водных веществ растительного и животного происхождения и с подземным стоком.

В больших количествах сульфаты содержатся в шахтных водах и в промышленных стоках производств. Сульфаты выносятся также со сточными водами коммунального хозяйства и сельскохозяйственного производства.

Повышенные содержания сульфатов ухудшают органолептические свойства воды и оказывают физиологическое воздействие на живые организмы [29].

Результаты данных анализов по концентрации сульфатов в реке Урюп в районе Березовского буроугольного месторождения за период с 1999 по 2008 гг. представлены на рисунке 4.8.

Рисунок 4.8 - Изменение концентрации сульфатов в реке Урюп за период с 1999 по 2008 гг.

Сухой остаток.

Сухой остаток характеризует содержание в воде нелетучих растворенных веществ (главным образом минеральных) и органических веществ, температура кипения которых превышает 105-110°С [29].

Изменение концентрации сухого остатка в реке Урюп в районе Березовского буроугольного месторождения за период с 1999 по 2008 гг. представлено на рисунке 4.9.

Рисунок 4.9 - Изменение концентрации сухого остатка в районе Березовского буроугольного месторождения за период с 1999 по 2008 гг.

Нефтепродукты.

Нефтепродукты относятся к числу наиболее распространенных и опасных веществ, загрязняющих поверхностные воды. Нефть и продукты ее переработки представляют собой чрезвычайно сложную, непостоянную и разнообразную смесь веществ (низко - и высокомолекулярные предельные, непредельные алифатические, нафтеновые, ароматические углеводороды, кислородные, азотистые, сернистые соединения, а также ненасыщенные гетероциклические соединения типа смол, асфальтенов, ангидридов, асфальтеновых кислот). Понятие "нефтепродукты" в гидрохимии условно ограничивается только углеводородной фракцией (алифатические, ароматические, алициклические углеводороды) [29].

Изменение концентрации нефтепродуктов в реке Урюп в районе Березовского буроугольного месторождения за период с 1999 по 2008 гг. представлены на рисунке 4.10.

Рисунок 4.10 - Изменение концентрации нефтепродуктов в реке Урюп за период с 1999 по 2008 гг.

Как показали анализы, с 1999 по 2008 годы содержание нефтепродуктов в производственных и дренажных водах имело тенденцию к снижению до величин ниже по рога чувствительности метода (0,05 мг/дм³). Источниками нефтепродуктов являются нефтепродукты, поступающие в сточные воды с площадки мытья техники, нефтепродукты, входящие в состав атмосферных выбросов и осаждающиеся на территории предприятия, а также в результате случайных или аварийных разливов на территории промплощадки и карьера.

При этом при постоянной величине добычи угля, количества и интенсивности работы техники, количество нефтепродуктов, поступающих в производственные и карьерные воды, с годами остается величиной постоянной, а количество карьерных вод увеличивается. В результате концентрация нефтепродуктов в воде, поступающей на очистные сооружения, со временем снижается.

ХПК.

Величина, характеризующая содержание в воде органических и минеральных веществ, окисляемых одним из сильных химических окислителей при определенных условиях, называется окисляемостью. Существует несколько видов окисляемости воды: перманганатная, бихроматная, иодатная, цериевая. Наиболее высокая степень окисления достигается методами бихроматной и иодатной окисляемости воды.

Окисляемость выражается в миллиграммах кислорода, пошедшего на окисление органических веществ, содержащихся в 1 дм³ воды.

Состав органических веществ в природных водах формируется под влиянием многих факторов. К числу важнейших относятся внутриводоемные биохимические процессы продуцирования и трансформации, поступления из других водных объектов, с поверхностными и подземными стоками, с атмосферными осадками, с промышленными и хозяйственно-бытовыми сточными водами. Образующиеся в водоеме и поступающие в него извне органические вещества весьма разнообразны по своей природе и химическим свойствам, в том числе по устойчивости к действию разных окислителей. Соотношение содержащихся в воде легко - и трудноокисляемых веществ в значительной мере влияет на окисляемость воды в условиях того или иного метода ее определения.

В поверхностных водах органические вещества находятся в растворенном, взвешенном и коллоидном состояниях. Последние в рутинном анализе отдельно не учитываются, поэтому различают окисляемость фильтрованных (растворенное органическое вещество) и нефильтрованных (общее содержание органических веществ) проб.

В водоемах и водотоках, подверженных сильному воздействию хозяйственной деятельности человека, изменение окисляемости выступает как характеристика, отражающая режим поступления сточных вод. Для природных малозагрязненных вод рекомендовано определять перманганатную окисляемость; в более загрязненных водах определяют, как правило, бихроматную окисляемость (ХПК).

В программах мониторинга ХПК используется в качестве меры содержания органического вещества в пробе, которое подвержено окислению сильным химическим окислителем. ХПК применяют для характеристики состояния водотоков и водоемов, поступления бытовых и промышленных сточных вод (в том числе, и степени их очистки), а также поверхностного стока [29].

Величины ХПК в водоемах с различной степенью загрязненности приведены в таблице 4.3.

Таблица 4.3 - Величины ХПК в водоемах с различной степенью загрязненности

Степень загрязнения (классы водоемов)	ХПК, мг О/дм3
Очень чистые	1
Чистые	2
Умеренно загрязненные	3
Загрязненные	4
Грязные	5-15
Очень грязные	>15

Результаты данных анализов по концентрации ХПК в реке Урюп в районе Березовского буроугольного месторождения за период с 1999 по 2008 гг. представлены на рисунке 4.11.

Рисунок 4.11 - Изменение концентрации ХПК в реке Урюп за период с 1999 по 2008 гг.

Химическое потребление кислорода (ХПК) вод, сбрасываемых в р. Урюп, в соответствии с увеличением общего загрязнения сточных вод, с годами возрастало с 18 мгО/дм³ в 1999 году до 24 мгО/дм³ в 2008 году.

Железо.

Главными источниками соединений железа в поверхностных водах являются процессы химического выветривания горных пород, сопровождающиеся их механическим разрушением и растворением. В процессе взаимодействия с содержащимися в природных водах минеральными и органическими веществами образуется сложный комплекс соединений железа, находящихся в воде в растворенном, коллоидном и взвешенном состояниях. Значительные количества железа поступают с подземным стоком и со сточными водами предприятий металлургической, металлообрабатывающей, текстильной, лакокрасочной промышленности и с сельскохозяйственными стоками.

Являясь биологически активным элементом, железо в определенной степени влияет на интенсивность развития фитопланктона и качественный состав микрофлоры в водоеме [29].

Изменение концентрации железа в реке Урюп в районе Березовского буроугольного месторождения за период с 1999 по 2008 гг. представлено на рисунке 4.12.

Рисунок 4.12 - Изменение концентрации железа в реке Урюп за период с 1999 по 2008 гг.

Содержание железа в реке Урюп на расстоянии 500 м выше и ниже точки сброса до 2005 года оставалось в пределах ПДК рыбохозяйственных водоемов (0,1 мг/дм³), лишь в 2005-2008 годах превысило данную величину. Сброс же в реку Урюп из отстойника, превышал ПДК весь рассматриваемый период и составлял 0,29 - 0,56 мг/дм³.

Марганец.

В поверхностные воды марганец поступает в результате выщелачивания железомарганцевых руд и других минералов, содержащих марганец (пиролюзит, псиломелан, браунит, манганит, черная охра). Значительные количества марганца поступают в процессе разложения водных животных и растительных организмов, особенно сине-зеленых, диатомовых водорослей и высших водных растений. Соединения марганца выносятся в водоемы со сточными водами марганцевых обогатительных фабрик, металлургических заводов, предприятий химической промышленности и с шахтными водами. Понижение концентрации ионов марганца в природных водах происходит в результате окисления Mn (II) до MnO₂ и других высоковалентных оксидов, выпадающих в осадок. Основные параметры, определяющие реакцию окисления, - концентрация растворенного кислорода, величина рН и температура. Концентрация растворенных соединений марганца понижается вследствие утилизации их водорослями.

Главная форма миграции соединений марганца в поверхностных водах - взвеси, состав которых определяется в свою очередь составом пород, дренируемых водами, а также коллоидные гидроксиды тяжелых металлов и сорбированные соединения марганца. Существенное значение в миграции марганца в растворенной и коллоидной формах имеют органические вещества и процессы комплексообразования марганца с неорганическими и органическими лигандами. Mn (II) образует растворимые комплексы с бикарбонатами и сульфатами. Комплексы марганца с ионом хлора встречаются редко. Комплексные соединения Mn (II) с органическими веществами (аминами, органическими кислотами, аминокислотами и гумусовыми веществами) обычно менее прочны, чем аналогичные соединения с другими переходными металлами. Mn (III) в повышенных концентрациях может находиться в растворенном состоянии только в присутствии сильных комплексообразователей, Mn (VII) в природных водах не встречается. Факторами, определяющими изменения концентраций марганца, являются соотношение между поверхностным и подземным стоком, интенсивность потребления его при фотосинтезе, разложение фитопланктона, микроорганизмов и высшей водной растительности, а также процессы осаждения его на дно водных объектов. Роль марганца в жизни высших растений и водорослей водоемов весьма велика. Марганец способствует утилизации CO₂ растениями, чем повышает интенсивность фотосинтеза, участвует в процессах восстановления нитратов и ассимиляции азота растениями. Марганец способствует переходу активного Fe (II) в Fe (III), что предохраняет клетку от отравления, ускоряет рост организмов и т.д. Важная экологическая и физиологическая роль марганца вызывает необходимость изучения марганца и его распределения в природных водах [29]. Результаты данных анализов по концентрации марганца в реке Урюп в районе Березовского буроугольного месторождения за период с 1999 по 2008 гг. представлены на рисунке 4.13.

Рисунок 4.13 - Изменение концентрации марганец в районе Березовского буроугольного месторождения за период с 1999 по 2008 гг.

Содержание марганца не превышало 0,05 мг/дм³ во всех точках отбора, за исключением содержания в скважине № 4, принятой за точку сброса с отстойника, при ПДК рыбохозяйственных водоемов 0,01 мг/дм³. Здесь содержание марганца колебалось в пределах 0,02 - 0,35 мг/дм³. Это может быть как результатом накопления ионов марганца в подземных водах в районе отстойника, так и результатом неправильного отбора проб из-за поступления марганца в пробу из железной трубы скважины. Данное замечание относится и к ионам железа.

Медь.

Медь - один из важнейших микроэлементов. Физиологическая активность меди связана главным образом с включением ее в состав активных центров окислительно-восстановительных ферментов. Недостаточное содержание меди в почвах отрицательно влияет на синтез белков, жиров и витаминов и способствует бесплодию растительных организмов. Медь участвует в процессе фотосинтеза и влияет на усвоение азота растениями. Вместе с тем избыточные концентрации меди оказывают неблагоприятное воздействие на растительные и животные организмы.

Основным источником поступления меди в природные воды являются сточные воды предприятий химической, металлургической промышленности, шахтные воды, альдегидные реагенты, используемые для уничтожения водорослей. Медь может появляться в результате коррозии медных трубопроводов и других сооружений, используемых в системах водоснабжения. В подземных водах присутствие меди обусловлено взаимодействием воды с медьсодержащими горными породами (халькопирит, халькозин, ковеллин, борнит, малахит, азурит, хризаколла, бротантин).

Для меди ПДКв (по иону меди) установлена 1 мг/дм³ (лимитирующий показатель вредности - органолептический), ПДКвр - 0,001 мг/дм³ (лимитирующий показатель вредности - токсикологический) [29].

Результаты данных анализов по концентрации меди в реке Урюп в районе Березовского буроугольного месторождения за период с 1999 по 2008 гг. представлены на рисунке 4.14.

Рисунок 4.14 - Изменение концентрации меди в реке Урюп за период с 1999 по 2008 гг.

Содержание меди в воде, поступающей в реку Урюп в период с 2003 года ниже величины ПДК рыбохозяйственного водоема. Основное поступление данного вещества в сточные воды происходит с промплощадки.

В результате исследований, проводимых в июле 2008 г. на станции № 1, где ранее проводилась добыча угля, зарегистрировано 4 вида донных беспозвоночных из класса насекомых (Insecta) псаммо-реофильного комплекса - личинки хирономид (отр. Diptera, сем. Chironomidae) и поденки (отр. Ephemeroptera) - по 2 вида (см. приложение Б). Индекс видового разнообразия Шеннона составил 1,28 бит (см. таблицу 4.4).

Численность донных беспозвоночных в пруду на рекультивированной территории составила 110 экз/м², биомасса - 0,15 г/м² (см. рисунки 4.15, 4.16, таблицу 4.4). По плотности доминировали личинки хирономид (82%, 91% от общей численности и биомассы соответственно), из которых преобладали Chironomus cingulatus. Функциональные показатели бентофауны составили: траты на обмен 7,76 кал/м² сутки, продукция - 3,68 кал/м²сутки (см. таблицу 4.4).

В пруду № 1 отстойника (станции № 2, 3,4) в составе зообентоса зарегистрировано 24 вида и формы донных беспозвоночных из 10 таксономических групп. Наиболее богато представлен класс насекомых (Insectd) (10 видов), в котором личинок поденок (Ephemeroptera) - 2, двукрылых (отр. Diptera) - 4, ручейников (отр. Trichoptera) - 2, жуков (отр. Coleoptera) и большекрылок (отр. Megaloptera) по 1 виду. Брюхоногих моллюсков (кл. Gastropoda) зарегистрировано 7 видов, олигохет (кл. Oligochaeta) - 3, пиявок (кл. Hirudinea) - 2, клещей (кл. Arachnoided) и амфипод (кл. Crustacea) по 1 таксону (см. приложение Б). На песчано-галечно-каменистых грунтах в районе исследования развились донные беспозвоночные лито-реофильного комплекса. По всем станциям исследования чаще других встречались моллюски Bithynia troscheli, Valvata ambigua, Lymnaea ovata и поденки Caenis horaria и Caenis miliaria.

Видовое разнообразие зообентоса варьировало по станциям исследования от 8 (станция № 3) до 15 таксонов (станция № 4). Индекс видового разнообразия Шеннона (Н) по районам исследования пруда-отстойника изменялся от 1,67 до 2,58 бит и в среднем составил 2,40±0,32 бит, что указывает о среднем видообразовании, не сложной организации сообщества донных организмов (см. таблицу 4.4).

Таблица 4.4 - Средние показатели численности (экз/м²), биомассы (г/м²), деструкции (кал/м² сутки), продукции (кал/м² сутки), индекса Шеннона (бит) зообентоса прудов-отстойников, июль 2008 г.

Показатель	Пруд на рекультив. территории	Пруд № 1 отстойника
	Станция 1	Станция 2	Станция 3	Станция 4	Среднее
Численность	110	241	90	685	339
Биомасса	0,15	3,53	1,25	27,65	10,81
Деструкция	7,76	75,65	31,60	468,70	191,97
Продукция	3,68	2,94	15,40	213,10	87,32
Индекс Шеннона	1,28	2,40	1,67	2,58	2,40

Индекс сходства видового состава между станциями исследования варьировал от 0,27 до 0,55, что говорит о том, что сходство видового состава зообентоса было незначительно.

Средняя численность бентофауны пруда № 1 отстойника была невысокой и составила 339 экз/м², биомасса - 10,81 г/м². Максимальная плотность зообентоса (685 экз/м²; 27,65 г/м²) зарегистрирована в районе станции № 4, минимальная (90 экз/м²; 1,25г/м²) - в районе станции № 3 (см. рисунки 4.15, 4.16, таблицу 4.4). По плотности практически повсеместно преобладали моллюски, из которых доминировали Bithynia troscheli и Valvata ambigua.

Рисунок 2.15 - Численность (экз/м²) зообентоса по группам в пруду на рекультивированной территории (ст.1), пруда № 1 отстойника (ст.2, 3,4), июль 2008 года

Рис.2.16 - Биомасса (г/м²) зообентоса по группам в пруду на рекультивированной территории (ст.1), пруда № 1 отстойника (ст.2, 3,4), июль 2008 года

Таблица 4.5 - Средние показатели численности (N, экз/м²), биомассы (В, г/м²) групп зообентоса прудов-отстойников, июль 2008 г.

Группа	Показатель	Пруд на рекульт. территории	Пруд № 1 отстойника
		Станция 1	Станция 2	Станция 3	Станция 4
Хирономиды	N	90	-	10	10
	В	0,14	-	0,001	0,01
Поденки	N	20	50	15	65
уап	В	0,02	0,04	0.13	0,1
		Станция 1	Станция 2	Станция 3	Станция 4
Моллюски	N	-	95	45	310
	В	-	3,35	1,10	26,54
Амфиподы	N	-	40	-	175
	В	-	0,04	-	0,34
Ручейники	N	-	16	-	80
	В	-	0,06	-	0,36
Прочие	N	-	40	20	45
	В	-	0,04	0,031	0,31

Примечание: "-" - группа зообентоса не зарегистрирована.

В качестве субдоминантов по численности в районе станции № 2, 4 отмечались амфиподы Gammarus lacustris, в районе ст. № 3 - поденки (см. таблицу 4.5). Функциональные показатели зообентоса в пруду № 1 отстойника в среднем составили: деструкция - 191,97 кал/м² сутки, продукции - 87,32 кал/м² сутки. Максимальный энергетический баланс донного сообщества в сутки (468,70 кал/м², 213,10 кал/м² соответственно) зарегистрирован в районе станции № 4, и минимальные траты на обмен (31,60 кал/м² сутки) отмечались в районе ст.3, продукция (2,94 кал/м²сутки) - в районе станции № 2 (см. таблицу 4.5).

Для анализа качества воды и состояния экосистемы прудов-отстойников №№ 1, 2 использовали метод индикаторных сапробных организмов, наиболее адекватно отражающий реальное состояние вод разных зон одного и того же исследуемого водоема.

Состояние воды в пруду на рекультивированной территории по индексу сапробности оценено IV классом качества, вода "умеренно-загрязненная" (см. таблицу 4.6).

Экологическое состояние пруда № 1 отстойника по индикаторным организмам бентофауны так же, как и пруда-отстойника №1, соответствовало IV классу качества, вода "умеренно-загрязненная".

Таблица 4.6 - Оценка качества воды прудов по зообентосу по индексу сапробности (S, балл), июль 2008 г.

Водный объект	Станции	S	Класс качества	Зоны	Степень загрязненности воды
Пруд на рекульт. территории	1	1,95	III	Я-мезосапробная	Умеренно-загрязненные
Пруд № 1 отстойника	2	2,40	III	Я - мезосапробная	Умеренно - загрязненные
	3	2,13	III	Я - мезосапробная	Умеренно - загрязненные
	4	2,01	III	Я - мезосапробная	Умеренно - загрязненные
Среднее по пруду № 1 отстойника	2,18	III	Я - мезосапробная	Умеренно - загрязненные

Следует учитывать, что система сапробности и Вудивисса должны иметь региональный характер, нужно их адаптировать к условиям конкретного водоема, с целью получения более достоверной информации о качестве воды.

По одномоментно взятым пробам зообентоса в изучаемых прудах зарегистрировано небольшое видовое разнообразие бентофауны (4 вида) в пруду на рекультивированной территории и богатое видовое разнообразие (24 вида) - в пруду № 1отстойника-шламонакопителя. Видовой состав донных беспозвоночных в пруду на рекультивированной территории представлен личинками хирономид и поденок, в пруду № 1 отстойника - в основном личинками насекомых и моллюсками.

Численность донных беспозвоночных в пруду на рекультивированной территории была невысокая - 110 экз/м², биомасса - 0,15 г/м², преобладали личинки хирономид. В пруду № 1 отстойника плотность зообентоса составила - 339 экз/м², 10,81 г/м², доминировали моллюски.

Анализ видового состава зообентоса в 2008 гг. показал, что воды изучпемых прудов относятся к Я - мезосапробной зоне.

Заключение

Поверхностные воды в районе Березовского буроугольного месторождения испытывают высокое антропогенное давление, ведущее к практически необратимым изменениям в их качественных и количественных характеристиках. Именно поэтому необходима оценка существующего экологического состояния для прогнозирования их дальнейшего развития, что и являлось целями данного исследования.

Оценка экологического состояния реки Урюп на основе гидрохимического анализа и методов биоиндикации.

На основе обработки имеющегося в распоряжении материала и анализа литературных данных можно сделать следующие выводы.

1. Существующая на территории Березовского буроугольного месторождения система водоотведения имеет ряд существенных недостатков, оказывающих влияние на поверхностные водные объекты:

положение отстойника-шламонакопителя в водоохраной зоне реки Урюп;

недостаточная степень очистки сточных вод в отстойнике с превышением величин ПДС по взвешенным веществам, сульфатам, нитратам, железу, марганцу

отсутствие системы отдельного сбора и очистки производственных стоков.

2. Оценка состояния вод реки Урюп на расстоянии 500 м выше точки сброса сточных вод по гидрохимическим показателям свидетельствует о незначительных превышениях величин ПДК для рыбохозяйственных водоемов по БПК полному (в 1999-2003 гг.) и по железу (в 2005-2008 гг.).

3. Оценка состояния вод реки Урюп в районе сброса сточных вод по гидрохимическим показателям свидетельствует о превышении величин ПДК для рыбохозяйственных водоемов по взвешенным веществам, сульфатам, азоту нитритному, азоту аммонийному, БПК полному, нефтепродуктам, железу, меди, марганцу (на протяжении всего периода наблюдений).

4. Анализ видового состава зообентоса в 2008 гг. показал, что воды изучаемых прудов относятся к Я - мезосапробной зоне.

5. Оценка состояния вод реки Урюп на расстоянии 500 м ниже точки сброса сточных вод по гидрохимическим показателям свидетельствует о превышение величин ПДК для рыбохозяйственных водоемов по азоту нитритному, БПК полному, нефтепродуктам, железу. Концентрации рассматриваемых веществ на протяжении всего периода наблюдений оказались значительно выше концентраций тех же веществ на расстоянии 500 м выше точки сброса сточных вод.

Таким образом, результаты анализов показали, что река Урюп представляет собой довольно неблагополучную акваторию по степени загрязнения. Результаты, полученные с помощью химического метода, показывают большую степень загрязнения реки в 2008 году по сравнению с предыдущими годами. Анализ бентосных сообществ выявил заметное ухудшение состояния поверхностных вод исследуемого района. Поскольку биологические методы имеют ряд преимуществ по сравнению с химическим, можно говорить о наблюдаемой тенденции к ухудшению экологического состояния исследуемого водного объекта.

Гидрохимический метод очень точен, но дает информацию о степени загрязнения непосредственно в момент отбора проб. Гидробиологические методы позволяют оценить антропогенную нагрузку в интегральной форме, но имеют ряд технических недостатков. Поэтому для полной оценки экологического состояния малых водных объектов необходимо использовать эти методы в совокупности.

В заключении хотелось бы отметить, что поскольку малые водные объекты формируют общие водные ресурсы и являются наиболее уязвимым элементом, необходимо для каждого водного объекта разрабатывать комплекс мероприятий по сохранению и улучшению баланса их экосистем.

Список использованных источников

1. Научно-прикладной справочник по климату СССР. Серия 3. Многолетние данные. Части 1-6, вып.21 Красноярский край, Тувинская АССР. Книга 1. - Л.: Гидрометеоиздат. - 1990. - 623 с.

2. Водный кодекс Российской Федерации от 03.06.2006.

3. Проект. Реконструкция разреза "Березовский-1" на мощность 6 млн. тонн угля в год. Горная часть. Пояснительная записка. Т.2.1 - Красноярск: ООО Управление проектных работ АО "Красноярскуголь". - 2006. - 127 с.

4. Проект. Реконструкция разреза "Березовский-1" на мощность 6 млн. тонн угля в год. Промплощадка. Пояснительная записка. (ТМ, ОВ, ВК, ЭС) Т.3.2 (водоснабжение, водоотведение). - Красноярск: ООО Управление проектных работ АО "Красноярскуголь". - 2006. - 142 с.

5. Отчет о научно-исследовательской работе "Провести эколого - гидрогеологические исследования по оценке влияния шламонакопителя разреза "Березовский-1" на подземные и поверхностные воды". ВНИИОСУголь. - Пермь. - 1992. - 385 с.

6. Требования к мониторингу месторождений полезных ископаемых. - МПР, М. - 2000. - 38 с.

7. Проект. Реконструкции разреза "Березовский-1" на мощность 6 млн. тонн угля в год. Дренаж и водоотлив. Т.2.2 - Красноярск: ООО Управление проектных работ АО "Красноярскуголь". - 2006. - 226 с.

8. Алимов А.Ф. Разнообразие, сложность, стабильность, выносливость экологических систем / А.Ф. Алимов // Гидробиологический журнал. - 1994. - 55, № 3, - с.285-301.

9. Баканов А.И. Состояние сообществ донных организмов Верхней Волги / А.И. Баканов, Б.А. Флеров // Гидробиологический журнал. - 1998. - 34, №4, - с.38.

10. Баканов А.И. Использование зообентоса для мониторинга пресноводных водоемов / А.И. Баканов // Биология внутренних вод. - 2000. - №1, - с.68-82.

11. Балушкина Е.В. Хирономиды, как индикаторы степени загрязнения вод / Е.В. Балушкина // Методы биологического анализа пресных вод. - Л.: Наука. - 1976. - с.168.

12. Закономерности гидробиологического режима водоемов разного типа. - М.: Научный мир. - 2004. - 296 с.

13. Финогенова Н.П. Оценка степени загрязнения вод по состоянию водных животных / Н.П. Финогенова, А.Ф. Алимов // Методы биологического анализа пресных вод. - Л.: Гидрометеоиздат. - 1976. - с.45-62.

14. Методические указания по принципам организации системы наблюдений и контроля за качеством воды водоемов и водотоков на сети Госкомгидромета в рамках ОГСНК. - Л.: Гидрометиоиздат. - 1984. - с.38.

15. Понкратова В.Я. Личинки и куколки комаров П/Сем. Chironominae / В.Я. Понкратова // Фауна СССР (Diptera, Chironomidae Tendipedidae). - Л.: Наука. - 1983. - 295 с.

16. Понкратова В.Я. Личинки и куколки комаров П/Сем. Ortocladiinae. / В.Я. Понкратова // Фауна СССР (Diptera, Chironomidae Tendipedidae). - Л.: Наука. - 1970. - 346 с.

17. Понкратова В.Я. Личинки и куколки комаров П/Сем. Podonominae и Tanipodinae. / В.Я. Понкратова // Фауна СССР (Diptera, Chironomidae Tendipedidae). - Л.: Наука. - 1977. - 153 с.

18. Определитель пресноводных беспозвоночных России и сопредельных территорий / под ред. С.Я. Цаллолихина. - СПб.: ЗИН РАН. - 1999. - Т.4. - 1000 с.

19. Лепнева С.Г. Личинки и куколки П/Отр. Кольчатощупиковых (Annulipalpia). / С.Г. Лепнева // Фауна СССР. - Л.: ЗИН АН СССР. - 1964. - Т. II, вып.1. - 562 с.

20. Лепнева С.Г. Личинки и куколки П/Отр. Цельнощупиковых (Integripalpia). / С.Г. Лепнева // Фауна СССР. - Л.: ЗИН АН СССР. - 1966. - Т. II, вып.2. - 563 с.

21. Определитель пресноводных беспозвоночных России и сопредельных территорий / под ред. С.Я. Цаллолихина. - СПб: ЗИН РАН. - 2001. - Т.5. - 840 с.

22. Чекановская О.В. Водные малощетинковые черви фауны СССР / О.В. Чекановская. - М.: АН СССР. - 1949. - 160 с.

23. Определитель пресноводных беспозвоночных России и сопредельных территорий / под ред. С.Я. Цаллолихина. - СПб.: ЗИН РАН. - 1997. Т.3. - 780 с.

24. Определитель пресноводных беспозвоночных Европейской части СССР (планктон, бентос). - Л.: Гидрометеоиздат. - 1977. - 510 с.

25. Гольд З.Г. Определение продукции популяции водных сообществ / З. Г Гольд // Учебно-методическое пособие. - Новосибирск: Наука. - 2000. - С.47-50.

26. Макрушин А.В. Биологический анализ качества вод / А.В. Макрушин, под ред.Г. Г. Винберга. - Л.: Наука. - 1974. - С.60.

27. Песенко Ю.А. Принципы и методы количественного анализа в фаунистических исследованиях / Ю.А. Песенко. - М.: Наука. - 1982. - С.162.

28. Плохинский Н.А. Математические методы в биологии / Н.А. Плохинский. - М.: МГУ. - 1978. - С.48-52, 248.

29. Гусева Т.В. Гидрохимические показатели состояния окружающей среды / Т.В. Гусева, Я.П. Молчанова, Е.А. Заика. - М.: Эколайн. - 1999. - С.156.

Приложения

Приложение А

	Водный объект
Вид	Пруд на рекультивированной территории	Пруд № 1 отстойника
	Станция 1	Станция 2	Станция 3	Станция 4
Тип Mollusca
Класс Gastropoda
Сем. Bithyniidae
Bithynia troscheli Paasch		+	+	+
Сем. Lymnaeidae
Lymnaea lagotis Schranck				+
Lymnaea ovata Draparnaud		+		+
Lymnaea stagnalis Linne				+
Сем. Planorbidae
Choanomphalus rossmaessleri Schmidt		+
Сем. Valvatidae
Valvata ambigua Westerlund		+	+	+
Valvata depressa С. Pfeiffer				+
Тип Annelides
Класс Oligochaeta
Сем. Naididae
Stylaris lacustris Limnaeus		+
Сем. Tubificidae
Limnodrilus sp.		+
Tubifex tubifex O. F. Muller		+
Класс Hirudinea
Сем. Glossiphoniidae
Glossiphonia complanata Linne		+
Helobdella stagnalis Linne		+
Тип Arthropoda
Класс Arachnoidea
Отр. Acarina
Hydracarina sp.			+
Класс Crustacea
Gammarus lacustris Sars		+		+
Класс Insecta

Приложение Б

	Водный объект
Вид	Пруд на рекультивированной территории	Пруд № 1 отстойника
	Станция 1	Станция 2	Станция 3	Станция 4
Отр. Diptera
Сем. Ceratopogonidae
Culicoides sp.			+
Сем. Chironomidae
п/сем. Chironominae
Chironomus cingulatus Meigen	+
Cladotanytarsus gr. mancus Walker			+
Dicrotendipes nervosus Staeger				+
Glyptotendipes glaucus Meigen	+
Tanytarsus pseudolestagei Shilova			+	+
Отр. Ehpemeroptera
Сем. Baetidae
Baetis ussuricus Kluge	+
Сем. Caenidae
Caenis horaria Linne		+	+	+
Caenis miliaria Tshernova	+	+		+
Отр. Trichoptera
Сем. Leptoceridae
Mystacides longicornis L.		+		+
Сем. Polycentropodidae
Cymus fennicus Klingstedt		+		+
Отр. Coleoptera
Сем. Haliplidae
Haliplus sp.			+	+
Отр. Megaloptera
Sialis sordida Klingstedt				+
Всего видов	4	14	8	15
		24

Примечание: "+" - вид зарегистрирован.

Размещено на Allbest.ru