З.К. Иофин
Самоочищающая способность малых рек на примере р. Пельшмы в Сокольском районе Вологодской области

В качестве объекта исследований выбрана р. Пельшма – малая река, загрязненность которой известна в составе 10 самых загрязненных рек России. Задача исследования состояла в выявлении возможного остатка потенциала для самоочистки. Инструмент исследования – линейно-корреляционная модель применительно к химико-биологическим процессам в реке. В качестве показателей исследования были выбраны ХПК и БПК5, как характеристики содержания органики.

Самоочищение вод – это совокупность природных процессов, направленных на восстановление экологического благополучия водного объекта.

Способностью самоочищения, т. е. способностью восстанавливать свои природные свойства после загрязнения за счет физических и биологических процессов – испарения, осаждения, растворения, ассимиляции загрязнителей организмами, биодеструкции, химических реакций, в том числе окисления, обладают все природные воды суши и океана.

При небольшом объеме загрязнения экологические системы рек и водоемов справляются с этой нагрузкой, однако с развитием городов, промышленности, транспорта, увеличения народонаселения стремительно возрастает и уровень загрязнения водоемов. Способность рек к самоочищению изначально весьма ограничена и в ряде случаев практически исчерпана. В настоящее время некоторые реки и водоемы в целом находятся на пределе своих возможностей по самоочищению. Эвтрофирование малых рек, их химическое и тепловое загрязнение приводит к нарушению саморегулирования в гидробиоценозах, а как следствие – к нарушению общего экологического равновесия, дефициту растворенного кислорода. Наиболее эффективным способом обогащения воды кислородом является механическая аэрация.

Характерным моментом исследования является установление остаточных способностей к самоочистке сильно загрязненных водоемов. Для этой цели нами использована линейно-корреляционная модель в интерпретации химико-биологических процессов.

В частности для данного исследования приняты БПК5 и ХПК, опубликованные в годовых Докладах Департамента экологии.

В линейно-корреляционной модели, как было показано ранее, тангенс угла наклона корреляционной зависимости формально отражает потери величины, выраженной на ординате. Т.е. значение ординаты в идеальном случае должно было бы быть больше, но линия связи ограничивает это значение. Тангенс угла наклона зависимости, например, БПК5 = f(XПK), участвует в вычислении потерь БПК5 как

,

где S – способность реки к самоочистке, у – значение БПК5, к– угловой коэффициент.

Рассмотрим величину самоочищающей способности реки при экстремально высоком уровне загрязнения, проанализировав показатели БПК5 и ХПК реки Пельшмы в Сокольском районе Вологодской области. Для реки Пельшмы характерна экстремально высокая загрязненность воды лигносульфонатами – до 79 ПДК, фенолами – до 37 ПДК, легкоокисляемыми (по БПК5) органическими веществами – до 39,3 ПДК, трудноокисляемыми (по ХПК) органическими веществами – до 343 мг/л. В июле, августе и октябре в воде реки регистрируется аналитическое отсутствие кислорода. Динамика изменения индекса загрязнения водоема (ИЗВ) показана на рис. 1.

Согласно линейно-корреляционной модели дополнение до единицы тангенса угла наклона графика зависимости БПК5 от ХПК характеризует ту часть окисляемости, которая потенциально создает самоочищающую возможности реки. Несмотря на малое количество исходных данных, в качестве примера приводим зависимость БПК5 от ХПК для реки Пельшма (результаты взяты из ежегодного Доклада о состоянии и охране окружающей среды Вологодской области, подготавливаемого Департаментом природных ресурсов Вологодской области).

Полученный график связи характеризует реку Пельшма как очень загрязненную с минимальной способностью к самоочищению. Дополнение до единицы углового коэффициента в этой зависимости составляет 5,4 %, что равнозначно самоочищающей способности реки. Понятно, что анализируемые показатели (БПК5 и ХПК) изменяются в зависимости от водности и, соответственно, от коэффициента турбулентной диффузии. Поэтому дальнейшей задачей анализа является исследование КТД по сезонам года для малых и больших рек.

Графический анализ экологического состояния малой реки Пельшмы, известной своим экстремально высоким уровнем загрязненности, тем не менее показывает, что даже на таких загрязненных водотоках возможно частичное восстановление способности к самоочищению.

Источник: Иофин З.К. Самоочищающая способность малых рек на примере р. Пельшмы в Сокольском районе Вологодской области / З.К. Иофин, О.Н. Шастова // Вузовская наука – региону : материалы науч.-техн. конф. Т. 2 / [отв. ред. А.А. Плеханов]. – Вологда, 2008. – С. 364-366.