г. Ульяновск                                                                                                    28 октября 2003 года

А.С.Литвинов, Л.Г.Корнева, А.И.Копылов,
Институт биологии внутренних вод РАН

При оценке экологического состояния региона и перспектив его развития ключевое значение имеет состояние водных ресурсов, во многом определяющее здоровье населения. В тоже время, водные ресурсы являются наиболее уязвимым звеном биосферы. Это определяется тем, что:

• все виды загрязнения атмосферы и почвы в конечном счете поступают в водоемы вместе с поверхностным стоком и суммируются со стоком из точечных источников загрязнения;
• гидробионты (особенно рыбы) являются наиболее чувствительным звеном водных биоценозов, для которых вода (в том числе и загрязненная) является постоянной средой обитания (Лукъяненко и др. 1994).

Общее количество источников сброса сточных вод в бассейне В.Волги составляет около 1000, из них 60% - стоки промышленных предприятий, 24 % - сельскохозяйственные стоки и 16% - муниципальные источники. Суммарный сброс сточных вод в водоемы В.Волги с территории пяти областей (Тверской, Ярославской, Костромской, Ивановской и Вологодской) составил в 1993 году свыше 4500 млн. м³. На одну тысячу км² сброс загрязненных сточных вод составляет, в среднем 6 млн. м³, изменяясь от 1,4 млн. м³, 1,9 млн. м³ в Костромской и Тверской до 10,1 и 10,6 млн. м³ в Ивановской и Ярославской областях.

По степени очистки воды источников загрязнения разделяются на три категории: без очистки (23%), недостаточная очистка (65%) и условно чистые (12%). Экономический кризис в России обусловил достаточно резкое сокращение контролируемых сбросов. С 1993 по 1996 гг. оно составило в среднем по всем областям около 30%.

По суммарному объему сброса сточных вод «лидируют« Костромская и Тверская области (около 1300 и 900 млн. м³/год на уровень 1996 г.), значительно опережая Ивановскую (около 230 млн. м³), Ярославскую (350 млн. м³) и Вологодскую (550 млн. м³) области. Однако по объему не очищенных и недостаточно очищенных вод впереди Ярославская область (около 390 млн. м³ в 1993 г.), затем Ивановская (217 млн. м³), Вологодская (206 млн. м³) и Костромская (78 млн. м³) области. Большинство из действующих очистных сооружений работает с перегрузкой и не обеспечивает необходимого качества очистки по всем параметрам.

Со сточными водами в водоемы и водотоки поступают: взвешенные вещества, легко окисляемые органические вещества, фосфор (фосфаты), соединения азота (азот аммонийный, нитриты, нитраты), сульфаты, хлориды, нефтепродукты, СПАВ, железо, медь, цинк, никель, фтор, полиароматические углеводороды (ПАУ), полихлорированные бифенилы (ПХБ) и др. Объем, состав и концентрации загрязняющих веществ в стоках зависят от специфики предприятий, технологических процессов и эффективности очистных сооружений. Особенностью промышленных стоков является наличие в них токсических веществ: тяжелые металлы, полициклические ароматические углеводороды, полихлорированные бефинилы, фенолы, сероводород и сульфиды, метан, формальдегид, метанол, бензол и др. Для коммунально-бытовых и сельскохозяйственных стоков свойственно высокое содержание взвешенных веществ, органических веществ и биогенов. В местах сброса промышленных сточных вод наблюдается накопление в донных отложениях тяжелых металлов, нефтепродуктов, полциклических ароматических углеводородов, полихлорированных бефинилов. Наиболее сложная экологическая обстановка складывается на участках водоемов, прилегающих к крупным помышленным центрам: Тверь, Конаково, Череповец, Рыбинск, Ярославль, Кострома.

Достаточно большая роль в загрязнении водоемов Верхней Волги принадлежит диффузным источникам загрязнения, к которым относятся поверхностные стоки с сельхозугодий, территории промышленных предприятий, селитебных зон, а также загрязнения, поступающие из атмосферы с выбросами предприятий, транспорта и при использовании водоемов для судоходства и рекреации.

Для Верхне-Волжского региона характерна довольно развитая структура землепользования. В связи с незначительным содержанием гумуса и низким плодородием почв растениеводство базируется на применении минеральных и органических удобрений, содержащих азот, фосфор, калий. Сопоставление вносимых и вымываемых удобрений показывает, что растениями используется лишь 25-30% вносимого азота, а остальное теряется с поверхностным смывом, сорбируется почвой и грунтами, а затем мигрирует в грунтовые воды.

В каждой области региона имеются бытовые свалки и полигоны твердых и жидких отходов. Со свалок и полигонов загрязняющие вещества с поверхностным и грунтовым стоком попадают в водоемы и водотоки.

Водохранилища и реки Верхней Волги активно используются для судоходства и рекреации. Главные виды перевозок - нефтепродукты, руды и инертные сыпучие материалы. На фоне общего сокращения перевозок по водоемам Верхневолжского региона за последние годы, интенсивность движения в 1995 году составила: Рыбинский шлюз - 15 тыс. судов, створ г. Череповец - 7 тыс. судов, Угличский шлюз - 6 тыс. судов всех классов. В 1999 г. объем грузоперевозок по Рыбинскому водохранилищу составил 760,54 тыс. т, а в 2000 г. он вырос до 5,76 млн. т., в том числе пассажироперевозки достигали 461,4 тыс. человек и 565,9 тыс. человек соответственно. Выхлопные газы подвесных лодочных моторов, как правило, поступающие в воду, составляют 10-20% потерь топлива.

К сожалению, приходится констатировать, что количество исследований экологического состояния водоемов Верней Волги с 1991 года существенно сократилось. Если до 1991 года ИБВВ РАН проводил систематические исследования на большинстве водохранилищ Волжского каскада, то в последнее десятилетие они стали эпизодическими. В то же время исследования 1994-1996 гг. на Рыбинском водохранилище показали, что одним из крупнейших источников загрязнения Верхней Волги особо опасными поллютантами является Череповецкий промышленный узел, в котором сосредоточены предприятия металлургической (Череповецкий металлургический комбинат) и химической (п/о «Азот» и п/о «Аммофос») промышленности.

В результате в Шекснинский плес Рыбинского водохранилища сбрасывается ежегодно до 200 млн. м³ загрязненных сточных вод содержащих высокотоксичные для биоты загрязняющие вещества (ПАУ, ПХБ, тяжелые металлы, соединения азота, нефтепродукты и др.). В Рыбинском водохранилище ПХБ обнаружены в воде и в донных отложениях. Наибольшие концентрации отмечены в воде реки Шексны в черте г. Череповца, в р. Серовка и в р. Ягорба. В донных отложениях ПХБ найдены по всему Шекснинскому плесу водохранилища от г. Череповца до п. Мякса. Коэффициенты накопления ПХБ в донных отложениях по сравнению с содержанием их в воде составляют тысячи единиц (максимально до 13 тыс.). ПХБ обнаруживаются не только в воде и донных отложениях, но и в макрозообентосе (олигохеты, хирономиды, моллюски) и в рыбе. Концентрации их в безпозвоночных тесно коррелируют с содержанием в донных отложениях.

В сложившейся кризисной ситуации по контролю за экологическим состоянием водохранилищ Волжского каскада особое значение приобретает объединение усилий различных природоохранных и контролирующих организаций с целью выполнения мониторинга экологического состояния водохранилищ. В этой связи на наш взгляд положительное значение имеет опыт проведения совместных экспедиционных исследований Верхневолжского отделения Российской экологической академии, ИБВВ РАН и Ярославским городским центром санэпиднадзора весной и летом 1996 г. и летом и осенью 1997 г. по водоемам, расположенным на территории Ярославской области (Угличское, Рыбинское и часть Горьковского водохранилищ).

Оценка эпидемиологической безопасности воды Угличского, Рыбинского и Горьковского водохранилищ проведенная по комплексу микробиологических показателей: общее микробное число, коли-индекс (количество бактерий группы кишечной палочки в 1 литре), индексу ФКП-показатели бактериального загрязнения и БОЕ-фагам (бляшко-образующие единицы)- показатель вирусного загрязнения воды, на содержание яиц гельминтов и патогенной микрофлоры показала, что в 1996-1997 гг. на большинстве исследованных участков волжская вода не соответствовала санитарно-гигиеническим требованиям по коли-индексу. При норме для водоемов 2 категории водопользования по коли-индексу не более 5000 и 10000 для водоемов 1 категории, в некоторых пробах воды он достигал очень высоких значений - 2400000 (г. Рыбинск, 1 км ниже очистных сооружений г. Ярославля, р. Которосль в черте г. Ярославля, водозабор и 5 км ниже п. Кр.Профинтерн, р. Нора.

В летние периоды 1996 года на 5 станциях из 27 (18%) и 1997 года на 6 станциях из 40 (15%) были обнаружены БОЕ-фаги (бляшко-образующие единицы), являющиеся показателем вирусного загрязнения воды (норма неболее 100 БОЕ/л): в 10 км ниже г. Череповца - 333 БОЕ/дм³, г. Углич, п. Переборы, г. Ярославль - 333 БОЕ/л, 1 и 5 км ниже очистных сооружений г. Ярославля - 666 БОЕ/л. В осенний период 1997 года на 8 станциях из 38 (21,1% ) также обнаружены БОЕ-фаги: водозабор и очистные сооружения г. Мышкина, нижняя граница г. Углича, Северный водозабор г. Ярославля, верхняя граница п. Кр.Профинтерн - по 666 БОЕ/л, нижняя граница п. Кр.Профинтерн- 999 БОЕ/л.

Объединение усилий ИБВВ РАН с ФГУ (федеральнное государственное учреждение) «СИАК по Приволжскому региону» (специализированная инспекция аналитического контроля), позволило в 2001 году провести совместные исследования на Горьковском и Чебоксарском водохранилищах с целью оценки их экологического состояния и качества воды по комплексу гидрологических, гидрохимических и гидробиологических показателей.

В настоящее время ИБВВ РАН и Ярославским центром по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды с целью объединения усилий в условиях сокращения финансирования федеральных программ, заключено соглашение по которому ИБВВ РАН предоставляет оборудование для отбора гидробиологических проб, проводит первичную их обработку и производит текстовое описание исследуемых водоема, а Ярославский областной центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды предоставляет ряд гидрометеорологических данных ИБВВ по Рыбинскому водохранилищу.

Немаловажное значение для преодоления кризисного экологического состояния водоемов акватории р.Волги имеет вопрос пересмотра правил эксплуатации водохранилищ. При этом большее внимание должно быть уделено вопросам качества воды и сохранению биоты водоемов. В частности, чрезвычайно важным оказывается вопрос об оптимизации уровенного режима водохранилищ, которая должна быть направлена на удовлетворение требований рыбного хозяйства. Так, например, чрезвычайно низкий уровень Рыбинского водохранилища весной текущего года привел к тому, что практически полностью были утрачены поколения щуки и синца 2003 года, а плотвы и леща - большая часть. Прямые потери не заполнением нерестилищ на конец второй декады мая по предварительному расчету составили 60 млн. рублей (по данным Верхневолжскрыбвода).

В новых правилах эксплуатации Рыбинского и Горьковского водохранилищ (которые в настоящее время находятся на утверждении) по рекомендации Верхневолжскрыбвода, предложено отметку минимальной зимней сработки Рыбинского водохранилища уменьшить на 0,5 м (99,5 м БС вместо 99,0) и ужесточить сроки и отметки весеннего наполнения.

При зарегулировании стока рек в условиях водохранилищ сине-зеленые водоросли получают возможность развиваться на значительной площади. Их массовое развитие вызывает такое явление как «цветение воды». Продолжительность «цветения» сине-зелеными в толще воды может продолжаться от нескольких дней до нескольких месяцев. В период массового развития летом, сине-зеленые находятся в толще воды в двух состояниях - колониальном, для которого характерно значительное разнообразие форм колоний с хорошо сформированной слизью и нейстонная фаза (в поверхностной пленке воды), для которой характерны агрегации, которые могут выбрасываться на берег и образовывать сухие корки, сохраняемые жизнеспособность длительное время. Механизм взрывного характера размножения заложен в колоссальном потенциале размножения сине-зеленых водорослей (до 1020 потомков одной клетки за сезон). Одним из факторов, обеспечивающих их развитие является обеспеченность минеральным фосфором, другим фактором - процесс заиления, поскольку илы - идеальный субстрат для развития сине-зеленых водорослей. Избыточная масса сине-зеленых способствует накоплению биологических токсикантов, выделяемых сине-зелеными в процессе их жизнедеятельности, которые опасны для различных гидробионтов и человека. Вода, насыщенная продуктами метаболизма водорослей, аллергенна, токсична и непригодна для питьевых целей.

Наибольшей степени развития сине-зеленые достигают в летний период в озерных участках водохранилищ, в устьях рек и в прибрежье. В местах же поверхностного скопления водорослей, на мелководных участках и в устьях рек биомасса сине-зеленых в водохранилищах может достигать до 20 - 30 г/м³, что соответствует интенсивному «цветению» воды (более 10 г/м³). Наибольшая биомасса сине-зеленых водорослей наблюдается в наиболее высоко трофных водоемах Волги: Иваньковском, Горьковском и Чебоксарском водохранилищах. Каковы же пути преодоления отрицательных последствий «цветения» воды сине-зелеными водорослями? Прежде всего, это - уменьшение нагрузки биогенных веществ (фосфор, азот) за счет контроля их источников, удаление биогенных веществ из воды, производство таких биогенных веществ, с которыми связан меньший синтез биомассы водорослей. Необходима Программа контроля эвтрофируемых водоемов, основанная на законе, предусматривающем установление на всех очистных сооружениях устройств для удаления из воды фосфатов.

Экологическое состояние водохранилищ Верхней Волги во многом зависит от хозяйственной деятельности на водосборе и его природных особенностей. Поэтому ведущей концептуальной идеей любых программ по оздоровлению их экологического состояния должно быть представление об органическом единстве водоема и водосбора и все мероприятия по улучшению качества воды должны начинаться на водосборе. Сообщества водных растений и животных чутко реагируют на многофакторные антропогенные воздействия, неизбежно возникающие при комплексном использовании водоемов. Именно поэтому критерием качества воды и рационального водопользования являются нормальное состояние биоценозов и популяций рыб. Реальная оценка масштабов антропогенного воздействия на водоемы и уровня экологического неблагополучия водных биоценозов позволяет оценить степень опасности здоровью человека.

Как ни велики негативные последствия антропогенного загрязнения водных и наземных экосистем, в случае снижения, а тем более полного прекращения выбросов и сбросов загрязняющих веществ, они обратимы, причем в достаточно обозримые сроки. Конструктивный выход из сложившейся ситуации состоит в пересмотре приоритетов в комплексном использовании водных ресурсов Волжского бассейна на основе всесторонне обоснованных представлений о том, что основная, природой обусловленная функция воды на земле - жизнеобеспечивающая. Вода является, прежде всего, средой обитания большей части живых существ планеты, а также источником питьевого водоснабжения для человека и наземных существ. Все остальные виды водопользования (гидроэнергетика, судоходство, промышленность) допустимы лишь в той степени и до той поры, пока они не влияют на жизнеобеспечивающую функцию воды. В связи с этим, первоочередные по оздоровлению экосистемы водоемов Верхней Волги должны заключаться в следующем:

1. Оптимизация режима стока в каскаде водохранилищ в интересах:
   • обеспечения нормального функционирования гидробиоценозов и водообеспечения населения экологически полноценной (качественной) водой;
   • рекреации и рыбного хозяйства;
   • сельского хозяйства;
   • энергетики;
   • водного транспорта;
   • промышленности.
2. Законодательное запрещение сброса в водоемы и водотоки неочищенных или недостаточно очищенных промышленно-бытовых сточных вод.
3. Приведение в порядок всех существующих очистных сооружений до степени, позволяющей производить сбросы в водоемы только нормативно очищенные сточные воды.
4. Установление водоохранных зон на всех водоемах и водотоках (или пересмотр существующих) с неуклонным соблюдением правил их хозяйственного использования.
5. Поэтапный переход к полному прекращению сброса сточных вод в водоемы, выбросов вредных веществ в атмосферу и утилизация бытовых отходов на земле.