Оценка степени загрязнения водной среды реки Волги в пределах города Саратова

В донных отложениях водохранилищ содержание нефтепродуктов колебалось от аналитического нуля (пески) до 263 мг/кг сухого грунта (песчанистые серые илы), соединения кадмия не обнаружены, концентрации свинца отмечены на уровне 0,8-18,0 мг/кг, меди – 1,9-36 мг/кг, цинка – <0,01-203 мг/кг. Максимальные концентрации тяжелых металлов характерны для песчанистых серых илов. Содержание марганца в песках также было более низким, чем в илах: 231-656 мг/кг и 1588-3813 мг/кг соответственно (Доклад.., 2011).

В целом условия обитания гидробионтов в Саратовском и Волгоградском водохранилищах в 2010 году можно признать удовлетворительными.

1.2. Биомониторинг и биоиндикация  водной среды

Под термином «биомониторинг» понимается проводимый методами биоиндикации мониторинг качества или биологический контроль, «здоровья» окружающей среды, ее отклонения от сбалансированного оптимума. Это оценка состояния водных объектов с использованием биологических свойств и других прямых измерений резидентной биоты. По сути, биомониторинг является составной частью экологического мониторинга — как мониторинга экологических параметров среды и частью системы управления качеством среды (Стрельцов, Захаров, 2003). Основной причиной перехода на биоконтроль является тот факт, что сообщества водных организмов отражают совокупное воздействие факторов среды на качество поверхностных вод. Существует три типа оценки (индикации): биомаркеры, биоиндикаторы и оценка экологических рисков. Биомаркеры — это организмы или их характеристики, которые позволяют диагностировать текущее состояние окружающей среды. В качестве характеристик выступают: физиологические, биохимические, иммунологические и другие свойства организмов. Биоиндикаторы не могут мгновенно реагировать на изменение экологических условий, т.к. их индикаторными условиями являются популяционные процессы и процессы в сообществе в целом. Не всегда кратковременное изменение условий является негативным (Семенченко, 2004). Оценка на всех уровнях  вероятности появления негативных изменений в окружающей среде, вызванных антропогенным или иным воздействием называется экологическим риском. При длительном загрязнении для оценки его интенсивности обычно пользуются описательным методом установления загрязнения по индикаторным организмам и их состоянию (Степановских, 2001). Контроль качества поверхностных вод в первую очередь важен для разработки эффективных мер по их использованию и для принятия управленческих решений относительно водных ресурсов. Эти решения должны основываться на научно-обоснованной оценке текущего состояния и основных тенденций в изменении качества водных ресурсов (Семенченко, 2004). Качество воды в водоеме формируется водными организмами на основе гидрохимических и гидрологических режимов. Пока еще нет единой системы оценок загрязнения вод по биологическим показателям, так как видовой состав индикаторных организмов будет соответствовать географическому положению и типу водоема. Чем больше хозяйственно полезных видов живет в водоеме, тем лучше в нем условия для обитания, тем чище вода. Загрязнение водоема вызывает замену сообществ обрастателей чистых вод, на комплексы, характерные для загрязненных вод. Благополучие экосистемы водоема определяется по сохранению полезных для человека биологических процессов — самоочищения, фотосинтезу и воспроизводству хозяйственно полезных гидробионтов (Строганов, Филенко, Лебедева, 1983).

Химический анализ природных сред всегда дает относительную оценку их состояния, что объясняется ограниченными возможностями лабораторных исследований, определяющих концентрацию загрязнителей, в пределах определенного перечня и диапазона чувствительности. Живые организмы, в отличие от приборного анализа, реагируют на весь комплекс негативных факторов и суммарный эффект их воздействия. Этим и определяется перспективность использования методов биоиндикации (Селина, 2010). Оценка состояния водоема должна включать не только качественное описание водных сообществ, но и данные о функциональном состоянии водных сообществ и экосистемы в целом (Бухарин, Розенберг, 2007).

1.3. Общая характеристика Волги  и Волгоградского водохранилища

Волга — крупнейшая река Европы и одна из самых длинных рек в мире. Бассейн Волги простирается от Валдайской и Среднерусской возвышенностей на западе до Урала на востоке. Протяженность Волги до создания водохранилищ и постройки Волжского каскада ГЭС составляла 3690 км, на сегодняшний день — 3530 км. Площадь Волжского бассейна 1 млн. 360 тыс. км², что составляет около 1/3 Европейской части РФ. Система бассейна Волги включает 151 тыс. рек, ручьев и временных водотоков общей протяженностью 574 тыс. км. В Волгу впадает 200 притоков (www.vokrugsveta.ru). На реках Волжского бассейна насчитывается около 300 водохранилищ. В районе Саратова бассейн реки резко сужается. Средний многолетний сток р. Волга в Каспийское море у г. Волгограда составляет 251 км³/год (Бухарин, Розенберг, 2007). Максимальный расход воды в Волге у Волгограда (8060 м³/с), по расходу воды среди российских рек она занимает 5 место.

Падение Волги небольшое: исток находится на высоте 228 м над уровнем моря, а устье лежит на 28 м ниже уровня моря. Волга спускается на 256 м. Уклон Волги 0,07%. Средняя скорость течения невысокая — от 2 до 6 км/ч. Тип питания: 60% — талые снеговые воды; 30% — грунтовые воды; 10% — дождевые воды (главным образом летом).

Годовой режим: высокое и продолжительное весеннее половодье (в апреле — июне, в среднем 72 дня). Максимум подъема воды приходится обычно на первую половину мая, через полмесяца после весеннего ледохода. Ледостав: в верховьях обычно начинается в конце ноября и заканчивается в апреле, в низовьях — с декабря по март. Ледоход: у Астрахани обычно начинается в середине марта, на территории от Астрахани до Камышина — в первой половине апреля, на всём остальном протяжении — в середине апреля. Волга остается свободной ото льда около 200 дней, а в районе Астрахани — около 260. Годовой режим Волги изменился после создания водохранилищ: в верховьях река стала вскрываться позднее, а в низовьях — раньше, разлив реки и амплитуда колебания уровня воды уменьшилась, весеннее половодье теперь выражено слабее, так как весенний сток контролируется и почти полностью аккумулируется водохранилищами. С точки зрения гидрогеологии, после сооружения плотин и возникновения системы водохранилищ Волга на сегодняшний день — уже не река в чистом виде, а проточное озеро (Соколов, 1952).

Волгоградское водохранилище создавалось в 50-60-е гг. ХХ в. И является одним из крупнейших в России. Общая протяженность водохранилища около 450 км,   из которых 250 км  приходится на территорию Саратовской области. Водохранилище протянулось от верхнего бьефа Волжской ГЭС (г. Волжский Волгоградской области) до нижнего бьефа Саратовской ГЭС (г. Балаково Саратовской области) (Пилипенко и др.,2006; Волкова, Рыхлов, 2008). Средняя глубина водоема составляет 10 м. Наибольшие глубины находятся в верхнем бьефе Волгоградской плотины и достигают 41 м, по направлению  к северу глубины постепенно уменьшаются и у Балаково составляют в среднем 10-12 м (Волкова, Рыхлов, 2008). Волгоградское водохранилище используется для целей гидроэнергетики, водоснабжения, водного транспорта, лесосплава, ирригации, рыбного хозяйства и для нужд рекреации (Ланцова, Григорьева, Тихомиров, 2003).

2. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЯ

Волгоградское водохранилище является одним из крупнейших в России. Общая протяженность водохранилища около 450 км,   из которых 250 км  приходится на территорию Саратовской области. Исходя из геоморфологических и гидрологических особенностей водохранилище подразделяется на три зоны: верхнюю – от г. Балаково до г. Саратова, среднюю – от г. Саратова до г. Камышина, нижнюю – от г. Камышина до плотины Волжской ГЭС (Седова, 2009).

1. Рельеф и геологическое строение

В связи с затоплением прибрежных участков и притоков Волги образуется извилистая береговая линия водохранилища значительной протяженности — около 2500 км. Рельеф дна связан с характером затопляемой территории и постепенно с течением времени выравнивается. Затопленная прибрежная зона в самой северной части водохранилища представлена пойменной террасой Волги, в средней части саратовского участка — склоном первой надпойменной террасы и нижним склоном второй.

Берега Волгоградского водохранилища ассиметричны. Рельеф восточного склона Приволжской возвышенности характеризуется крупной ярусностью. Здесь выделяются поверхности равнин верхнего, среднего          и нижнего ярусов, которые различаются высотой и происхождением. Поверхность равнины верхнего яруса расположена на абсолютных отметках 280-300 м, которые снижаются с севера на юг. Она представлена преимущественно плоскими останцами и практически не затронута современной эрозией.

Переход верхнего яруса к среднему выражен в рельефе в форме уступов и пологих скатов различной высоты. Средняя равнина — это остатки древней денудационной поверхности с отметками 200-250 м, местами 160-180 м. Поверхность ее разделена на обширные участки с волнистым слабоступенчатым строением, ближе к речным долинам — увалистого характера. Поверхность нижней равнины прослеживается вдоль Волги и имеет вид довольно широкой террасовой ступени, ограниченной на западе главным уступом возвышенности высотой в 100-200 м. Поверхность главного уступа изрезана глубокими залесенными оврагами, балками и ущельями, которые несвязанны современной гидрографией. На южных склонах сформировались оползневые цирки, лишенные признаков активности. Абсолютная высота равнины колеблется в пределах 120-140 м, которая на востоке граничит с береговой полосой долины Волги.

Береговая полоса правого берега Волги имеет не широкую зону,            в пределах которой развиты комплексы четвертичных террас, долины             и береговые оползни. Почти на всем протяжении правобережья Волгоградского водохранилища встречаются овраги с симметричными склонами, которые берут начало на отметках порядка 50-100 м. К Волге выходят балки средних размеров (длинной до 3 км) с симметричными склонами, плоскими днищами, часто залесены. После заполнения водохранилища в них образовались крупные заливы. На различных участках водохранилища определенные характеристики меняются. Так наиболее заостровленным участком является озеровидное расширение в районе сел Усовка и Чардым, где острова и мелководья составляют 40 % от общей площади озеровидного расширения. Южнее площади островов и мелководий уменьшается и, начиная примерно от с. Ахмат до с. Ровное приближаются      к нулю. У самой южной границы Саратовской области площади островов и мелководий вновь возрастают.

Острова на водохранилище слабо задернованы, большинство из них покрыто пойменной растительностью и залесены, в период паводка значительная их часть оказывается подтопленными. Между островами имеется множество проток и воложек (Волкова, Рыхлов, 2008).

2. Климат

Климатические особенности рассматриваемого района приобретают черты резкой континентальности, значительной засушливости и большой изменчивости погодного режима от года к году (Волкова, Рыхлов, 2008).

Температура поверхности воды в районе Саратова изменяется в течении безледоставного периода довольно значительно и зависит от характера изменения температуры воздуха. Наиболее ощутимые различия между температурами воды и воздуха наблюдаются в переходные сезоны. В апреле разность температур составляет более 12°С. Лишь в июле средние месячные значения температуры воды и воздуха практически равны. Начиная с августа знак равности, меняется и в третьей декаде ноября достигает 6 °С. С начала августа водохранилище, способствует повышению температуры на суше. Таким образом, в целом центральная часть Саратовской области имеет климатические условия присущие юго-востоку Европейской части России, но долина Волги и водохранилище вносят существенные изменения практически во все элементы климата побережий (Волкова, Рыхлов, 2008). Наблюдается общее уменьшение количества осадков с северо-запада на юго-восток, что приводит к увеличению засушливости климата и смене ландшафтно-географических зон. Количество осадков зависит от высоты местности: на плато и водоразделах их суммы больше, чем в долинах (Соколов, 1952). Ветровой режим над водохранилищем характеризуется некоторым усилением скоростей ветра в приводном слое.

3. Почвы

В пределах поймы различают почвы прирусловой, центральной              и притеррасной частей. В прирусловой части поймы на прирусловых валах под ивняками образуются слабо сформированные рыхлопесчаные дерновые почвы. В более увлажненных ложбинах, разделяющих прирусловые валы, под травянистой растительностью располагаются более мощные дерновые почвы. В центральной части поймы под покровом богатой травянистой растительности и пойменных дубрав формируются аллювиальные луговые почвы и черноземовидные почвы большой мощности. В притеррасной части поймы, где уровень грунтовых вод расположен близко к поверхности, под зарослями черной ольхи развиваются аллювиальные болотные почвы (Болдырев, Пискунов, 2006). Почвы прирусловой зоны — это почвогрунты, находящиеся в периоде своего формирования, т.е. постепенного нарастания. На почвах прирусловой зоны видимых признаков почвенного процесса не наблюдается, на низких уровнях ими затрагивается только верхний горизонт до 10 см мощностью. Почвы прирусловой зоны именуются иловатыми песками с косой слоистостью. Почвы центральной зоны глинисты, без заметной слоистости, структурны почти по всей своей толще. В центральной пойме находятся вполне сформировавшиеся почвы, затронутые почвенным процессом на глубину больше метра (Шингарева-Попова, 1935).

4. Растительность

Биологическое разнообразие растительного мира Саратовской области определяется рядом причин: внутриконтинентальным положением области на юго-востоке Русской равнины с наибольшей в Европе удалённостью от Атлантического океана и близостью к пустыням Казахстана; значительной протяжённостью по широте и по меридиану, что обуславливает разнообразие природных ландшафтов; чередованием возвышенных и низменных участков в направлении с запада на восток, вызывающим климатические изменения; увеличением с северо-запада на юго-восток континентальности и аридности климата (Буланый, 2010). Структура растительного покрова поймы определяется ее строением на конкретном участке реки, которое зависит от процессов поемности и аллювиальности. В результате различной напряженности этих процессов образуются обособленные эколого-генетические зоны: прирусловая, центральная и притеррасная. Волжская пойма характеризуется четкой выраженностью прирусловой и центральной частей, притеррасные условия на всем протяжении не выражены (Пискунов, 2002). В пойме распространение древесных пород и формирование типов леса связано в первую очередь с зональностью и затем в пределах каждой зоны тесно связано с рельефом и почвой (Шингарева-Попова, 1935), но в тоже время растительность поймы не приурочена к той или иной климатической области (Фурсаев, 1930). Спокойный рельеф центральной зоны и большая однородность почв не вызывает большого разнообразия и в типах леса. Расчлененный рельеф, различная быстрота течений образующихся во время половодья в различных пунктах прирусловой зоны, а также различия в почвах, создают значительные колебания в условиях местопроизрастания и вызывают разнообразие типов леса (Шингарева-Попова, 1935).