Анализ пространственно-временных изменений качества водных ресурсов Европейской части России, динамика их состава и загрязнений за последние 50 лет под влиянием нестационарного климата и хозяйственной деятельности на водосборах

Аннотация к заявке:

Проект направлен на решение фундаментальной проблемы  дальнейшего развития научно-методических основ формирования качества вод суши в современных условиях нестационарного климата и возрастающего антропогенного воздействия на компоненты окружающей среды. Данная научная проблема связана с приоритетным направлением «Рациональное природопользование» и внесет определенный вклад в развитие технологий охраны окружающей среды.

В условиях высокого антропогенного воздействия на  природные воды актуальной становится оценка качества природных вод, особенно их химического состава с учетом наблюдаемых негативных последствий. Именно поэтому выявление пространственно-временных изменений качества водных ресурсов Европейской части России,  динамики химического состава и степени загрязнения воды за последние 50 лет особенно актуальны в условиях нестационарного климата и интенсивной хозяйственной деятельности на водосборах.

Известно, климат – ведущий фактор формирования водных ресурсов и их состава. В связи с этим полученные ранее авторами проекта уточненные величины общего речного стока и его генетических составляющих позволяют решать проблему количественной оценки гидрохимического стока и его отдельных показателей на новой современной основе.

Актуальность планируемых исследований особенно значима для водных объектов и водосборов Европейской части России, где современные антропогенные воздействия на окружающую среду приводят не только к негативным, но и катастрофическим последствиям для гидробионтов (малые озера Карелии), а также к существенному изменению водного и гидрохимического режима водных объектов, что в совокупности с загрязнением водоисточников непосредственно влияет на здоровье человека.

Полученные результаты позволят классифицировать водные объекты ЕЧР по степени их загрязнения  по значениям удельного комбинаторного индекса загрязненности воды (в соответствии с комплексной методикой ГХИ) с выделением приоритетных загрязняющих веществ и динамики их концентраций во времени. Выполненная классификация будет положена в основу выявления и уточнения закономерностей формирования и распределения показателей  гидрохимического стока в целом и отдельных его компонентов с учетом непосредственного влияния хозяйственной деятельности на водосборах. Наряду с этим  будет дана оценка самоочищающей способности речных вод (экологический сток), а также  установлены ведущие факторы формирования водного и гидрохимического стока при современных климатических условиях и масштабах хозяйственной деятельности на водосборах.

Аннотация к отчету по результатам реализации проекта:

За весь период исследований проанализированы крупные водосборы рек Европейской части России (ЕЧР) – Северная Двина, Ока, Дон, Волга и Кама, а также отдельные реки Севера (Северо-Запад, Кольский полуостров и бассейн реки Печора) и Юга (малые и средние реки Азово-Черноморского бассейна, реки бассейнов Кубани и Терека).

На основе собранных баз данных рассчитаны среднемноголетние, средние за период и годовые величины стока и значения наиболее информативных ингредиентов химического состава вод. Для анализа характеристик стока и состава вод рассмотрены их изменения за временные интервалы как в пределах всех речных бассейнов, так и отдельных их частей. С этой целью предложен принцип выделения так называемых «частных водосборов», когда расчетные величины оцениваются в пределах части бассейна между двумя створами. Для этих створов рассчитаны значения гидролого-гидрохимических показателей, а также возобновляемых ресурсов поверхностных и подземных вод, последние из которых оценивались преимущественно по среднему меженному расходу воды. Рассмотрение всего бассейна и его частей позволяет оценить вклад каждого частного водосбора в общую динамику стоковых и гидрохимических величин и установить их изменения под влиянием нестационарности климата последних десятилетий и интенсификации хозяйственной деятельности.

На основании анализа данных водно-балансовых станций рассчитаны поверхностный склоновый сток в период половодья с различных ландшафтов и его изменения под влиянием агротехнических мероприятий и климата в южной части Русской равнины. Показано, что современный поверхностный склоновый сток в лесостепных и степных районах в несколько раз меньше, чем был 50–70 лет назад.

Оценка многолетней динамики качества воды и степени ее загрязненности проведена на основе сочетания дифференцированного и комплексного способов оценки. Для дифференцированного способа используется оценка качества воды по отдельным загрязняющим веществам (ЗВ) с использованием их ПДК и статистических методов. Комплексная оценка позволяет судить о гидрохимическом состоянии водной среды по ряду показателей качества воды и классифицировать степень ее загрязненности при антропогенной нагрузке. Проведен анализ химического состава речных вод репрезентативных бассейнов по 15 гидрохимическим показателям.

Подготовлены рабочие таблицы по изменчивости значений УКИЗВ и класса качества воды рек в пределах выбранных репрезентативных бассейнов ЕЧР за многолетний период. Составлен перечень приоритетных загрязняющих веществ – критических показателей загрязненности (КПЗ) воды рек.

Для визуализации полученных характеристик ингредиентов применена адаптированная методика картографических моделей пространственного распределения в бассейне конкретной реки. Для площадного распределения используется показатель химического состава и качества вод – модуль гидрохимического стока и интегральные показатели загрязнения речных вод, которые позволяют дать пространственно-временную характеристику качества водной среды и выявить его динамику за последние годы под влиянием климатических и антропогенных факторов.

В качестве примера приведены карты среднего показателя модуля стока нефтепродуктов и фосфора фосфатного с участка речного бассейна Волги (тонн/год с км²) за 1990-2015 гг.

Средний показатель модуля стока нефтепродуктов с территории речного бассейна (тонн/год с км²)

Средний показатель модуля стока фосфора фосфатного с территории речного бассейна (тонн/год с км²)