Рассмотрены основные факторы, определяющие процессы формирования техногенных донных отложений водотоков — приемников Западного Урала. Показано, что в формировании их состава наряду с высоким естественным содержанием подвижных форм металлов, в первую очередь, железа и марганца, в аллювиальных отложениях важную роль играют сбросы неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод предприятий металлургической, горнодобывающей и химической промышленности. Наиболее высокое содержание металлов, в первую очередь, железа, достигающее 247 г/кг, наблюдается в водотоках — приемниках кислых шахтных вод АО “Кизелуголь”. Мощные техногенные донные отложения являются источниками формирования повторного загрязнения водотоков-приемников. При этом наблюдается рост гетерофазнонеконсервативных поллютантов в водотоке при увеличении их расходов. Эти обстоятельства при ярко выраженном сезонном характере внутригодового распределения стока в реках рассматриваемой территории, привели к тому, что вынос металлов при достаточно постоянном сбросе в них сточных вод существенно неравномерен в течение года. Во время прохождения паводка выносится свыше 95 % годового поступления в них металлов. Основной аккумуляционной емкостью Западного Урала для выносимых поверхностными водотоками металлов, является Камское водохранилище. При этом интенсивность среднегодовых аккумуляционных потоков весьма велика и составляет — Fe (общ)=81.8 г/м²·год, Zn=1.2 г/м²·год, Cu=0.5 г/м²·год.

Длительная эпоха экстенсивного индустриального развития Урала как центра металлургической, машиностроительной и горнодобывающей промышленности России привела к значительному загрязнению поверхностных водных объектов, находящихся в зоне воздействия промышленных комплексов данного региона, тяжелыми металлами [1]. Данные ингредиенты, являясь гетерофазнонеконсервативными поллютантами, способны активно мигрировать между отдельными звеньями системы водавзвешенные наносыдонные отложения и накапливаться в наиболее инерционном звене донных отложениях. Таким образом, данные техногенные отложения выступают не только как своеобразная “память” водного объекта, но и как “накопитель”, который может вызывать при определенных гидрологических и гидрохимических режимах интенсивное повторное загрязнение. Поэтому задача изучения техногенных донных отложений заключается не только в анализе состава этих отложений, но и в установлении условий, при которых они могут выступать как источники загрязнения водных объектов.

Доминирующая роль донных отложений в формировании выноса данных металлов, наиболее отчетливо проявляется в характере связей между содержанием поллютантов в воде и расходами водотока (рис. 1). Как видно из рис. 1 содержание железа в реках, расположенных существенно выше зон активного техногенеза, значительно увеличивается с ростом расхода водотока до определенного уровня, а затем по мере вымыва подвижных форм металлов снижается.

Исследуемые в данной работе реки по характеру воздействия на них промышленных комплексов можно разделить на три группы:
1. Малые водотоки в пределах крупных городов с развитой на ее территории различных видов промышленности (р.р. Данилиха, Мулянка);
2. Реки, на гидрохимический режим которых доминирующее влияние оказывают предприятия угольной промышленности (р.р. Косьва, С. Вильва, Ю. Вильва);
3. Водотоки — приемники сформировавшиеся под воздействием предприятий металлургической промышленности(р.р. Черная, Поповка, Толыч, Лысьва, Чусовая).

Высокое содержание подвижных форм металлов в донных отложениях, в первую очередь, железа приводит к тому, что донные отложения становятся интенсивными источниками повторного загрязнения водотоков — приемников. В результате чего при достаточно постоянном объеме сброса рассматриваемых ингредиентов их содержание существенно возрастает с ростом расхода водотока — приемника (рис. 2) и соответственно с увеличением содержания взвешенных наносов в воде (рис. 3).

Характерной особенностью содержания металлов в техногенных донных отложениях является их очень существенная внутригодовая изменчивость. Проведенные в течение 1991-1993 гг. детальные исследования мощности техногенных донных отложений, а также содержания в них металлов показали, что при прохождении весеннего паводка происходит очень существенный размыв и вынос этих отложений. В то же время в летнюю и зимнюю межень происходит формирование этих отложений за счет осаждения взвешенных наносов. Наряду с изменением мощности донных отложений происходит существенное изменение содержания в них металлов. Во время прохождения весеннего паводка происходит не только размыв донных отложений, но и десорбция подвижных форм металлов, а во время межени их накопление (рис. 4).

Данная особенность формирования техногенных донных отложений приводит к тому, что во время летней и зимней межени происходит аккумуляция металлов в донных отложениях, а во время паводка их вынос. Интенсивность миграции металлов в системе водавзвешенные наносыдонные отложения приводит к тому, что при относительно равномерном поступлении в них сточных вод, вынос металлов в Камское водохранилище существенно неравномерен внутри года (табл. 6).

Таблица 6.

Внутригодовое распределение вноса металлов по реке Толыч в Камское водохранилище

Металлы Суммарное годовое техногенное поступление металлов, т/год Вынос в меженный период, т/год Доля выноса в меженный период от общего поступления, % Доля выноса в паводок, % Хром общий 9.9 1.2 11.9 88.1 Медь 10 0.7 6.9 93.1 Титан 99.2 42.2 0.3 0.8

Основным аккумулятором как естественных, так и техногенных потоков металлов, транспортируемых по водным артериям региона является Камское водохранилище. Интенсивность процессов аккумуляции в нем составляет Fe (общ)=81.8 г/м²·год, Zn=1.2 г/м²·год, Cu=0.5 г/м²·год.

Литература

1. Горбунова К.А., Максимович Н.Г., Андрейчук В.Н. Техногенное воздействие на геологическую среду Пермской области. - Пермь, 1990. - 44 с.
2. Кадукин А.Н.. Внутриводные накопительные процессы в системе рекаводохранилище и их влияние на состав и свойства речных вод. //Автореферат на соискание ученой степени доктора биологических наук. - Москва, 1992. -29 c.
3. Красинцева В.В. и др. Процессы и формы нахождения химических элементов в поровых водах донных отложений в Иваньковском водохранилище. // Геохимия, 1988. - № 9.- С.1342-1355.
4. Лепихин А.П., Капитанова Е.Н. Техногенные воздействия на реку Чусовую в ее среднем течении. //Проблемы защиты окружающей среды от техногенного за-грязнения в угольной промышленности: сб.научных трудов /ВНИИОС уголь. - Пермь, 1992. - С. 39-47.
5. Лепихин А.П., Лаптева Л.К., Казакова Н.С., Казисов А.Г., Максимович Н.А. Особенности влияния предприятий Пермской области "Кизелуголь" на камское водохранилище. //Актуальные вопросы охраны окружающей среды в топливно-энергетическом и угольном комплексах: сб. научных трудов./ВНИИОС уголь. - Пермь, 1990. - С. 33-39.
6. Максимович Н.Г. Геохимия угольных месторождений и окружающая среда//Вестник Перм.ун-та. Геология. - 1997. - Вып.4. - С.171-185.
7. Максимович Н.Г., Блинов С.М., Малеев Э.Е. Техногенные изменения геологической среды Кизеловского района //Вопросы физической географии и геоэко-логии Урала: межвуз.сб.науч.тр. - Пермь, 1994. - С. 32-39.
8. Осовецкий Б.М. Тяжелая фракция аллювия.- Иркутск: Из-во Иркутского ун-та, 1986.
9. Паутов А.И.. Свойства наилков северных рек Пермской области. //Рациональное использование и охрана почв Нечерноземья: межвуз.сб. науч-ных трудов. - Пермь, 1987. - С. 17-27.
10. Ghergari L., Muressan I., Ivan I., Bergeanu M. Jarosite and romerite within the oligocene qusrtz- and kaolin-bearing sands in the Sard-Mihaiesti area (Cluj district) //Oligocene Transilvanian Basin, Romania: 1-st Nat.Sump. Geol.Format.Mak.Transylvanian, May 20-21, 1988: Transl.from Rom.- Cluj-Napoca, 1989.- C.451-458.
11. Maximovich N.G., Gorbunova K.A. Geochemical aspects of the geological medium changes in coal fields//Proceeding 6 Int.Congress Int.Ass. of Engineering Geology. A.A.Balkema, Rotterdam. 1990. P.1457-1461.
12. Maximovich N.G., Blinov S.M., Menshikova E.A. The influence of Kizel coal basin on the river ecology conditions//Abstracts XIII international Congress on carboniferous-permian. Poland, Krakov, 1995. P.99.