XIV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Проблемы питьевой воды зоны обслуживания посетителей национального парка "Таганай"

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Мусина А.С. 1

---

1МАОУ СОШ № 8

Середа М.С. 1

---

1ФГБУ "Национальный парк "Таганай"

Работа в формате PDF

207.6 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

Физико-химический состав и режим природных вод, веками формировавшиеся за счет контакта с окружающей средой (минеральными компонентами, биологическими объектами и атмосферными явлениями), в настоящее время всё больше определяются хозяйственной деятельностью человека. Именно поэтому, большой редкостью в природе становится присутствие вод с естественным влагооборотом, обеспечивающим естественную очистку воды, что применительно как к поверхностным, так и к подземным водам. Всё ближе человек в использовании воды продвигается к начальным участкам формирования стока – к родниковым выходам подземных вод. Однако, вследствие повсеместного нарушения экологического равновесия геосферы, качество жидкого природного ресурса порой далеко от соответствия нормам питьевой воды.

К настоящему времени в национальном парке «Таганай» (НП «Таганай») в вопросах изучения водных экосистем проведены исследования состояния качества воды по показателям макробентофауны [1], исследования в рамках Летописи Природы по инвентаризации и опробованию объектов гидрографической сети парка, а также изучение экологии ручьевой форели [2]. Работы по оценке экологического состояния водотоков парка в зоне обслуживания посетителей проводятся впервые.

Национальный парк «Таганай» расположен в северной части средневысотных Южно-Уральских хребтов, представляющих собой обособленный горный узел, с трех сторон переходящий в плоскогорья и далее в лесостепь. Высота хребтов Таганая не превышает 1177 м.

В схеме растительного районирования Урала Таганай находится в Южно-Уральском высокогорном округе Южно-Уральской провинции горных южно-таежных и смешанных лесов Уральской горной лесорастительной области [3]. Большую часть территории парка занимают темнохвойные южно-таежные леса.

Все водотоки, расположенные на исследуемой территории, имеют местное происхождение (нет транзитных водотоков) с истоками в горно-водораздельной

части Таганайских хребтов. Поэтому, их загрязнение возможно в результате:

выпадения и просачивания кислых осадков из эмиссионных воздушных потоков;

трансформации почвенных токсинов и пыли, образуемых путем антропогенного загрязнения, за счет смыва их дождевыми и паводковыми водами.

В такой ситуации состояние водных объектов является важной составляющей при оценке качества природной среды, так как водотоки являются зависимыми системами и динамично реагируют на внешние воздействия. Целью данной работы было дать оценку экологического состояния водотоков НП «Таганай» по гидрохимическим и санитарно-эпидемиологическим показателям в зоне обслуживания посетителей парка. Для достижения цели решались следующие задачи:

1. Провести и проанализировать гидрохимический и санитарно-эпидемиологический состав водотоков в зоне обслуживания посетителей и на прилегающей территории;

2. Оценить экологическое состояние водотоков и предусмотреть охранные мероприятия.

Полевые исследования на водотоках НП «Таганай» проводились в весеннее-летне-осенний период 2021 г., камеральная обработка данных осуществлялась осенью 2021 г.

Материалами для настоящих исследований послужили данные Летописи Природы и экологического мониторинга НП «Таганай», а также результаты личных исследований автора, проведенных на территории парка в 2021 году.

Отбор проб воды из водотоков проводился в меженный период (сразу за майским паводком – из родников, а летом и в сентябре – из ручьев, рек и, частично, из родников). В ручьях и реках пробы отбирались в местах сильного течения на глубине 20 см от уровня воды. На родниках – в местах каптажирования (водоотводящие трубы) или из истока на максимальной глубине. Пробы отбирались в полиэтиленовые бутылки с завинчивающимися пробками с предварительным 3-хразовым ополаскиванием водой, подлежащей отбору. Пробы снабжались этикеткой с указанием номера, места и даты отбора. Все пробы заносились в каталог общего экомониторингового опробования. Доставка проб в лабораторию осуществлялась в течение суток, в некоторых случаях пробы до анализа хранились в холодильнике около 3-х суток.

Анализы воды выполнены ФГУ «Центр лабораторного анализа и технических измерений по Уральскому ФО» и ФГУ «Центр гигиены и эпидемиологии в Челябинской области» на государственных проверенных приборах по утвержденным методикам, внесенным в перечень государственного реестра методик количественного химического и санитарно-эпидемиологического анализа.

При оценке экологического состояния водотоков применялись значения ПДК (предельно-допустимая концентрация) для водоемов рыбо-хозяйственного значения.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

В течение полевого периода 2021 г. в зоне интенсивного рекреационного использования НП "Таганай" (зона обслуживания посетителей) было опробовано и задокументировано 10 водопроявлений, из них: 3 родника, 2 ручья, 3 прудовых водоема, 1 болото, 1 скважина.

Практически все водотоки в пределах рекреационной зоны НП «Таганай» по последним данным гидрогеохимических исследований соответствуют нормам и стандартам питьевой воды [2]. К сожалению этого нельзя сказать в отношении водопроявлений в пределах зоны обслуживания посетителей. Анализы воды выявили аномалии железа в большинстве проб, а также содержание микрофлоры в питьевом роднике. Схема расположения водопроявлений и их характеристика приводятся в Приложениях 1, 2.

Подземные воды на участке исследований приурочены к пачке дислоцированных метаморфизованных пород – кристаллических сланцев с редкими прослоями кварцитов верхнего рифея (R3). Водоносный горизонт представлен трещинно-грунтовыми водами, которые на участке Центральной усадьбы имеют естественные выходы (род. Таганайский, Скрытый источник, Болотный исток), а также вскрыты скважиной. Глубина залегания подземных вод на участке составляет от 0 до 8 м от поверхности земли. По данным инженерно-геологических исследований[5]мощность водоносных пород, приуроченных к верхней трещиноватой зоне выветривания, достигает 20-30м. Воды, в основном, безнапорные (слабонапорные), со свободной поверхностью. Питание водоносного горизонта, в основном, инфильтрационное (атмосферные осадки), а также за счет поверхностных и конденсационных (образующихся путем конденсации водяных паров атмосферного воздуха в трещинах и пустотах горных пород) вод. Гидравлически связаны с подземными водами соседних трещин и поверхностными водами, где и осуществляется их основной дренаж. В Приложении 3 приведены результаты химического анализа воды Таганайского родника за 2006 и 2021 годы. По составу и свойствам подземные воды в пределах исследуемого участка являются:

- хлоридно-гидрокарбонатными кальциево-магниево-кали-натровыми;

- ультрапресными (минерализация не превышает 0,098г/л);

- слабощелочными (рН – 7,4);

- очень мягкими (жесткость – 0,5 мг.экв/л);

- без вкуса и без запаха;

- высокой прозрачности (30 см).

В пробах воды родника Таганайский за 2006 г. Feобщ.отсутствует. Анализ воды в роднике осенью 2021г. установил наличие Feобщ. (14 ПДК), в 2 раза снизилось содержание хлоридов и увеличилось содержание сульфатов почти в 1,5 раза.

Наличие Feобщ. установлено и в других пробах на участке исследований. А также за его пределами (Самосово озеро, колонка – вода Тесьминского вдхр.). Все железосодержащие объекты относятся к бассейну реки Большая Тесьма. Предположительно, поступление ионов Fe в подземные воды здесь связано с природной аномалией – наличием в геологическом разрезе железомедных месторождений. Напротив, в пробах, взятых из водопроявлений бассейна реки Каменка (бассейн реки Ай), наличие Feобщ. не установлено.

Среди антропогенных агентов и источников загрязнения подземных вод на участке исследований можно выделить пять их типов:

1. Поверхностный сток, который формируется за счет паводковых вод (весеннее-осенних) и атмосферных осадков в летнюю межень. Кислотные осадки могут существенно влиять на химический состав подземных вод. Попадая в почву, большинство из токсичных веществ накапливаются в зоне аэрации и вначале не фиксируются в значительных количествах в подземных водах. Однако емкость пород не безгранична, и в условиях ее наполнения или изменения водородного показателя (рН) в зоне аэрации может произойти повсеместное загрязнение грунтовых вод с последующим перетеканием загрязняющих веществ в трещинные воды [6].

2. Поверхностные воды (ручьи, пруды). Основным источником загрязнения можно считать ручьи Первый, Второй, Третий и формирующий их Болотный исток, которые гидравлически связанны с трещинными водами (выходы трещиноватых коренных пород установлены в русле и бортах ручьев). Химическое загрязнение перечисленных водотоков происходит за счет автомобильного транспорта (автодорога Златоуст-Магнитка), а бактериальное – за счет прогона скота по дороге и ее обочинам (в районе болотного истока после прогона наблюдается сильное помутнение воды плюс экскременты). Таганайский пруд также может служить поставщиком загрязняющих веществ, которые формируются в толще его воды в результате:

- поступления мусора с берегов;

- таяния льда;

- гниения органики на дне;

- подтока болотных вод.

Гидравлическая связь водоема с трещинными водами осуществляется непосредственно через дно, представляющее собой выход коренных водонасы-

щенных пород, и борта водоема, фильтрующая способность пород которых возрастает по мере длительности эксплуатации водоема.

3. Твердые отходы:

- бытовой мусор (на участке исследований зафиксирован в нескольких точках);

- фекальные отходы (санузлы на участке);

- горюче-смазочные отходы.

Здесь может иметь место непосредственное выщелачивание загрязняющих веществ в воды зоны аэрации с последующим проникновением в водоносный горизонт и образованием ореола некондиционных подземных вод. В данном случае загрязнение может быть как химическим (соединения азота, фосфора, калия, Cu, As, Fe и других микроэлементов, мочевина, органические кислоты), так и бактериальным (патогенные микроорганизмы, бактерии фекального загрязнения и гетеротрофные сапрофитные микроорганизмы). Установлено, что выживаемость бактерий в подземных водах больше по времени, чем в поверхностных водах. Это объясняется защищенностью подземных вод от солнечных лучей, более низкими их температурами и отсутствием в них антагонистических микробов, подавляющих заразные бактерии. Установлено, что для некоторых бактерий, в частности кишечной палочки, в подземных водах с температурой 4-6°С выживаемость достигает 400 суток [6].

4. Сточные воды, отводимые системой канализации после использования в процессе бытовой деятельности человека со стороны коттеджного поселка, граничащего с усадьбой. Попадая в зону аэрации, в результате подтопления паводковыми водами и атмосферными осадками, загрязненные сточные воды попадают в трещинные воды при высоком положении их уровня.

5. Твердый сток с эродированных земель со стороны коттеджного поселка. Формируется в результате сноса атмосферными осадками взвешенных загрязняющих веществ, образующихся в области сноса за счет техногенных отходов при строительстве (проходка котлованов, канав и т.п.). Твердый сток кроме взвесей может быть загрязнен химически (техногенные отходы: горюче-смазочные, сварочные, цементационные и т.п.). Аккумуляция компонентов твердого стока на территории исследуемого участка осуществляется в районе Болотного истока, расположенного у подножья склона, на вершине которого расположен коттеджный поселок. Глинистая фракция элювия, составляющая матрицу твердого стока, в результате высокого сорбционного эффекта увеличивает вероятность успешной трансформации загрязняющих веществ от источника до места гидравлической аккумуляции и дальнейшего просачивания в подземные воды.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Даже беглый взгляд на ситуацию наличия вышеперечисленных источников загрязнения, говорит о том, что экологическая обстановка на участке исследований крайне неблагоприятная. Это подтверждается нижеприведенным анализом соответствия Санитарным нормам в сфере использования и охраны водных объектов [7].

Санитарные нормы.

В историческом аспекте родник Таганайский известен местному населению с 1936 г. – года основания Таганайской дачи (ныне Центральная усадьба). Каптаж родника, отвечающий требованиям, произведен летом 2005 г. Сведений об официально проведенном анализе воды до 2005 года не обнаружено (проводились только анализы в частном порядке). Законодательные и нормативные документы, регламентирующие и устанавливающие обязательные для применения и исполнения требования к данному источнику питьевого водоснабжения, также отсутствуют. Ниже приводятся аспекты, регулирующие отношения в сфере водопотребления (ФЗ «О водоснабжении»), с комментариями автора.

1. Требования к каптажам родников. Каптаж родника Таганайский отвечает требованиям: исток каптажирован глухим срубом; вывод воды осуществляется через трубу в отдельный сруб, расположенный ниже по склону в 3 м, оборудованный бетонированным фундаментом и отводным лотком.

2. Требования к водостоку – система удаления с территории дождевых, дренажных, талых и других поверхностных вод в естественные водотоки. На участке исследований является открытой, стихийной, не обеспечивающей быстрый отвод с территории поверхностного стока. Наблюдения за водостоком должны строиться на санитарном контроле состава и влияния их на источник поверхностных вод, принятию мер к устранению обнаруженных недостатков.

3. Сточные воды – жидкие отходы бытовой деятельности человека. На участке исследований это отходы: фекальные, банные, помои. Они могут содержать минеральные и органические вещества в растворенном и взвешенном состоянии, ядовитые вещества бытовой химии, возбудителей инфекционных болезней и т.д.

Рекомендации по охране.

1. Охрана и использование питьевых источников должны регламентироваться Законами РФ от 19.04.1991 «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения (ст. 16) и № 2061-1 «Об охране окружающей природной среды» от 19.12.1991 (ст.4, разд. IV, VI, VII).

1.1. «Качество воды источников, используемых для…нецентрализованного водоснабжения,…отдыха населения…должно отвечать санитарным правилам».

Качество воды в роднике Таганайский не соответствует санитарным нормам:

содержание железа – до 14 ПДК;

содержание глюкозоположительных колиморфных бактерий, КОЕ – 0,3/100 см³.

1.2. «В целях устранения и предупреждения загрязнения источников водопользования населения министром РФ, исполнительными комитетами краевых, областных, городских советов народных депутатов устанавливаются зоны санитарной охраны (ЗСО) со специальным режимом».

По санитарно-эпидемиологическим правилам родники не классифицируются в структуре основных источников водообеспечения систем водоснабжения. Поэтому, их целесообразно отнести к промежуточному типу – подземные воды (по генезису) и поверхностные воды (по морфологии водопроявления). Родники, используемые населением в качестве источника воды, чаще всего не исследованы, имеют неустановленный химсостав и режим, тесную связь с приповерхностной, наземной и воздушной средой. При выборе ЗСО и мероприятий в пределах их границ целесообразно руководствоваться критериями, как для подземных, так и для поверхностных источников водоснабжения (Приложение 4).

1.3. «Предприятия, организации и граждане в случаях несоответствия качества воды санитарным правилам обязаны обеспечить прекращение использования населением водоисточников по постановлению главного государственного санитарного врача или его заместителя».

Так как, родник Таганайский не включен в реестр охраняемых источников водоснабжения населения по г. Златоусту (не соответствует зонам санитарной охраны), подобное постановление не выносилось.Санэпидемстанция ограничилась предоставлением протокола лабораторных испытаний и устным предупреждением о необходимости обязательного кипячения воды из данного родника. К слову сказать, копия протокола и объявление, повествующее о необходимости кипячения воды и причинах данного неудобства, за подписью администрации национального парка, провисели у родника пару недель. Жаждущее воды население восприняло это как провокацию со стороны работников парка, якобы пытающихся отбить охоту у народа использовать источник на своей территории.

1.4. Дополнительно необходимо учитывать те охранные мероприятия, которые предусмотрены ст. 65. Водного кодекса РФ от 3 июня 2006 г. № 74-ФЗ, а именно:

Статья 65. Водоохранные зоны …

…4. Ширина водохранной зоны рек или ручьев устанавливается от их истока для рек или ручьев протяженностью: (для родника Таганайский)

1). До десяти километров – в размере пятидесяти метров…

…11. Ширина прибрежной защитной полосы устанавливается в зависимости от уклона берега водного объекта и составляет…пятьдесят метров для уклона 3 и более градусов… (для Таганайского пруда)

…15. В границах водоохранных зон запрещается:…

…2). Размещение…скотомогильников, мест захоронения отходов…потребления, …отравляющих веществ…

…4). Движение и стоянка транспортных средств…

…17. В границах прибрежных защитных полос наряду с установленными частью 15 настоящей статьи ограничениями запрещается:

…3). Выпас животных…

Следует заметить, что ограничения, предусмотренные Водным кодексом, на исследуемом участке также не выполняются, а именно:

основная масса потребителей воды из родника приезжает на транспорте, причем каждый стремиться подъехать поближе, а некоторые умудряются еще и помыть машину тут же родниковой водой;

попутно сюда из домов несут и везут мусор, либо он образуется после пикников; зачастую – это гниющие остатки пищи, строительные отходы, различные химикаты;

нередко в пределах этих зон можно обнаружить мертвых животных.

На основании проведенных исследований, можно сделать вывод, что экологическое состояние водотоков НП "Таганай" по гилрохимическим и санитарно-эпидемиологическим показателям в зоне интенсивной рекреационной нагрузки не соответствует установленным нормам и правилам. Поэтому, в дальнейшем необходимо предусмотреть выполнение специальной Программы, предусматривающей проведение комплекса научно-технических работ, направленных на оздоровление сложившейся экологической ситуации. Составление данной Программы и будет являться следующим этапом исследований автора.

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Умнов А.Ю. Экологическая характеристика макробентофауны водотоков национального парка «Таганай» // Автореферат диссертации. Ульяновский госуниверситет, 2006.

2. Летопись Природы НП «Таганай». // Архив научного отдела, 2005-08.

3. Козлов А.В., Середа М.С. Таганайскими тропами. Златоуст: «ФотоМир». 2005.

4. Пояснительная записка к проекту ведения лесного хозяйства по НП «Таганай». Т.1. Воронеж: Воронежлеспроект, 1996.

5. Промежуточный отчет по инженерно-геологическим исследованиям северной части Ново-Златоустовского водохранилища на реке Ай в районе г. Златоуста Челябинской области. // Фонды Юж.-Ур. треста инж.-стр. изыс-ний (Челябинск), 1976. Заказ № 834.

6. Справочное руководство гидрогеолога. 3-е изд. перераб. и доп. Т. 1,2. Л.: Недра, 1979.

7. Санитарные нормы. Полный справочник. – М.: Эксмо, 2007.

б

13

бб

14

Характеристика водопроявлений и объектов на участке исследований Приложение 2.

П

15

риложение 3

Паспорт результата анализа воды

Химический состав и свойства воды

Паспорт результата анализа воды

Химический состав и свойства воды

П

16

риложение 4.

Мероприятия в пределах границ зон санитарной охраны (ЗСО)

на участке исследований

Граница первого пояса

Граница второго пояса

При определении границ учитывается: тип водозабора и фильтрационные характеристики водоносного пласта.