Статья: Установление гидрохимического фона верховых болот различных регионов России для обоснования нормативов допустимого воздействия на болота

Примечание: N-- число членов в выборке; Сф -- среднее многолетнее содержание; C_v-- коэффициент вариации среднего.

2. Результаты исследования и их обсуждение

Из анализа полученных фоновых характеристик можно сделать важный вывод о том, что в водах олиготрофных болот, территориально удаленных друг от друга, изменение содержания главных ионов находится в близких пределах, средние величины общей минерализации вод исследованных болот варьируют в узком интервале очень малой минерализации, не превышающей 50 мг/дм³. Вариабельность содержаний главных ионов очень высокая (C_v= 0.30-1.6). Коэффициент вариации общей минерализации изменяется в относительно узком интервале (C_v= 0.3-0.6), что определяет ее наибольшую репрезентативность. В соответствии с классификацией О. А. Алекина (1970) эти воды относятся к сульфатному (реже хлоридному) классу, группе кальция IV типа. Необходимо отметить, что эти данные согласуются с основными гидрохимическими характеристиками верховых болот, установленными в работах предшествующих исследователей и полностью подтверждают их атмосферный характер питания (Ларгин и Тюремнов, 1966). Общими гидрохимическими признаками исследованных болот является кислая (реже слабокислая) реакция среды, обусловленная высоким содержанием органических гуминовых и фуль- вокислот при средних значениях химического потребления кислорода (ХПК) до 232 мгО/дм³ с некоторым снижением (до 80 мгО/дм³) в водах верховых болот Ленинградской области. Кислая реакция среды (рН < 5) определяет тип карбонатного равновесия вод олиготрофных болот, которое полностью сдвинуто в сторону высокого молярного содержания углекислого газа на фоне следовых содержаний (фактического отсутствия) гидрокарбонатных ионов, что и приводит к аномально высоким (по сравнению с речными водами) содержаниям растворенного углекислого газа (> 100 мг/дм³). Эти особенности газового состава болотных вод определяют их свойства общекислотной и выщелачивающей агрессивности, характерной для вод олиготрофных болот. Низкий уровень содержания растворенного кислорода (от 20 до 30 % насыщения) обуславливает создание восстановительной обстановки в исследуемых болотных водах, которая определяет особенности их биогенного состава. Как видно из табл. 2, воды всех исследованных болотных массивов наиболее обогащены аммонийным азотом, кремнием, железом, фоновые содержания которых достигают значений единиц миллиграмм в литре, тогда как в атмосферных и речных водах они варьируют на уровне сотых и десятых долей миллиграмм в литре. И наоборот, содержания окисленных форм азота крайне низкие: для ни- тритного и нитратного азотов для болот разных регионов фоновые содержания варьируют на уровне от сотых до десятых долей миллиграмм в литре.

Анализ обобщенных данных микроэлементного состава исследованных болот позволяет выявить следующие закономерности в распределении содержаний микроэлементов в исследуемых болотных водах. Последовательность изменения содержаний химических элементов в болотных водах можно представить в виде ряда: Si >Fe >Al >Mn > Zn >> Cr > Cu > Pb > Ni > Co > As > Cd. При этом содержания алюминия, общего железа и кремния максимальны и варьируют на уровне сотен и тысяч микрограмм в литре, марганца и цинка -- до десятков микрограмм, меди, свинца, никеля -- единиц микрограмм, кобальта, мышьяка и кадмия -- до десятых долей микрограмм в литре. Следует отметить, что, несмотря на значительные (в 3-5 раз) превышения фоновых содержаний ряда тяжелых металлов (меди, цинка) предельно допустимых концентраций вод рыбохозяйственного назначения (ПДКр/х) (Перечень..1995), их содержания сопоставимы с фоновыми содержаниями этих элементов в речных водах (Никаноров, 2011). Повышенные содержания металлов (железа, алюминия, цинка), по нашему мнению, обусловлены процессами выщелачивания этих элементов из торфяного субстрата кислыми болотными водами.Отметим, что данные микроэлементного состава болотных вод носят предварительный и ориентировочный характер и, безусловно, нуждаются в подтверждении повторными определениями с большим количеством проб, отобранных в разные гидрологические фазы водности.

3. Расчет нормативов допустимого воздействия на верховые болота

В рамках данной статьи выполнено для примера упрощенное определение годовой величины допустимых сбросов на болото Ламмин-Суо без выбора варианта сброса. Расчет выполнен по формуле

где m-- масса привноса загрязняющего вещества в г/м²; О -- слой атмосферных осадков в метрах; Е -- слой испарения в метрах; С^{ОДК --} ориентировочно допустимая концентрация компонента в сбрасываемых сточных водах в г/м³.

В данном примере расчета нормативов допустимого воздействия (НДВ) принята интенсивность сброса очищенных сточных вод, равная интенсивности стока воды с болота в естественных условиях, при которой не наблюдается негативная трансформация болота. Под негативной трансформацией болота подразумевается: 1) активизация эрозионных процессов, проявляющаяся в появлении дополнительных звеньев внутриболотной гидросети, врезанных в торфяную толщу под воздействием сточных вод (промоины); 2) деградация первичной болотной растительности вдоль линии стекания на участке более чем 10 % от общей площади болота. Интенсивность стока воды в естественных условиях определяется по величине климатического стока, рассчитанного по разности годового слоя осадков (О) и испарения (Е). В соответствии с водно-балансовыми расчетами среднемноголетний слой климатического стока воды с болота за период 1950-2000 гг. составляет 445 мм или 0.445 м, а максимальный слой климатического водного стока -- 720 мм соответственно (Батуев, 2018).

Расчеты НДВ проведены по среднемноголетнему и максимальному стокам воды с единицы площади болота на гектар, представленных в табл. 3. НДВ массы привноса химических веществ рассчитаны по действующим на сети Росгидромета нормативам (ПДК) и разработанным авторами ориентировочно допустимым концентрациям (ОДК). В последних графах табл. 3 приведены значения масс химических веществ, поступающих на всю площадь болотного массива.

Анализ данных табл. 3 выявляет значительные различия в величинах НДВ, рассчитанных по ПДК и ОДК, наиболее выраженных для ионов Cl, Na, Ca и нитратов. НДВ масс сбросов этих ионов должны быть в 8-10 раз ниже НДВ по действующим нормативам санитарно-гигиенических ПДК. Нормы же масс сбросов по ХПК, марганцу, цинку, меди, аммонию и общему железу могут быть в 5-50 раз выше НДВ по действующим нормативам рыбохозяйственных ПДК. НДВ^ОДК и НДВ^ПДК по нефтепродуктам и нитритам совпадают.

Таблица 3. Нормативы допустимого воздействия по годовому привносу масс химических веществ на единицу площади и со всего болотного массива Ламмин-Суо

Примечание: * НДВ рассчитано для среднемноголетнего значения слоя водного стока, ** НДВ рассчитано для максимального значения слоя водного стока, *** НДВ рассчитано для среднемноголетнего значения слоя водного стока со всей площади болота.

4.Обоснование нормативов допустимого воздействия на верховые болота

В основе разработки нормативов допустимого воздействия на болота лежит определение фоновых значений основных химических показателей олиготрофных болот независимо от их географического положения, рассчитанных по объединенным выборкам всех исследованных болот (табл. 3). На основе статистической оценки представленных данных можно сделать вывод о том, что к наиболее «устойчивым» и меняющимся в достаточно узком диапазоне концентраций химическим показателям относятся: рН, общая минерализация (15-30 мг/л), высокие содержания органического углерода (ХПК = 80-200 мгО/дм³), высокие (1-4 мг/дм³) содержания общего железа, кремния. Для биогенного состава болотных вод различных регионов страны характерны повышенные содержания аммония (до 1-3 мг/дм³) и относительно низкие содержания минерального фосфора и нитратного азота (0.01-0.60 мг/дм³). К специфическим особенностям болотных вод относятся их ультрамалая общая минерализация (< 50 мг/дм³) на фоне малых (на пороге обнаружения) концентраций главных ионов. Минимальное содержание (< 10 мг/дм³) ионов кальция определяет тип растительности характерных олиготрофных болотных микроландшафтов: сфагновые мхи, пушица, подбел, не требовательных к богатому минеральному питанию растений.

На основе установленного гидрохимического фона верховых болот авторами разработаны ориентировочно допустимые концентрации основных компонентов химического состава сбрасываемых на болота сточных вод, позволяющих сохранить олиготрофный или мезотрофный (в зависимости от времени сброса) уровень трофности верховых болот (табл. 4). При этом порог концентраций минеральных форм и окисленных форм химических веществ (общая минерализация, главные ионы, нитратный азот, фосфор фосфатов) в сточных водах определен по верхней границе их фоновых содержаний в болотных водах. Наиболее жесткие требования к сбрасываемым сточным водам должны предъявляться к концентрациям ионов кальция, натрия, хлоридам и общей минерализации, которые должны быть в 5-10 раз ниже установленных санитарно-гигиенических ПДК (табл. 4).

Таблица 4. Фоновые и ориентировочно допустимые значения ОДК гидрохимических показателей сбрасываемых на верховые болота сточных вод (число членов в выборках 50-100 членов)

Примечание: *фоновые содержания рассчитаны как среднемноголетние по всем исследованным болотам, ** приведены санитарно- гигиенические ПДК, *** приведены рыбохозяйственные ПДК.

В случае сбросов сточных вод в соответствии с общепринятыми предельно допустимыми концентрациями (санитарно-гигиеническими ПДК) олиготрофная болотная растительность, адаптированная к очень низким природным концентрациям (менее 10 мг/л) деградирует и переходит к мезотрофным и в дальнейшем к эвтрофным видам. И наоборот, содержание в сточных водах таких компонентов как органическое вещество (ХПК), аммонийный азот, общее железо, тяжелые металлы должно быть регламентировано верхней границей их фоновых содержаний в болотных водах, многократно превышающих ПДК вод рыбохозяйственных водоемов. При этом отпадает необходимость очистки сточных вод до требуемых значений ПДКр/х, что создает значительную экономию при очистке сточных вод. Все эти факторы были положены в основу разработки ОДК, сбрасываемых на верховые болота сточных вод, представленных в табл. 4. Как отмечалось в начале статьи, обеспечение минимизации антропогенного воздействия на болота при различных видах хозяйственного использования вызывает необходимость разработки нормативов допустимого воздействия по сбросу воды и привносу загрязняющих веществ. В них должны быть отражены состояние внутриболотной гидрографической сети и способ сброса очищенных сточных вод (концентрированный, рассеянный на поверхность или в торфяную залежь, в центр болота или окрайки). Перечисленные условия могут быть учтены при планировании оптимального варианта сбросов с помощью математического моделирования (Лавров, 2018).