О ЗАГРЯЗНЕНИИ ВОД АМУРА ЖЕЛЕЗОМ

Железо – широко распространенный элемент земной коры, который лимитирует качество речных вод. Основными источниками его поступления в русловую сеть являются процессы химического выветривания горных пород, подземный сток, сточные воды промышленности и сельского хозяйства.
В речной воде железо находится в растворенном, взвешенном и коллоидном состояниях. Во взвешенную форму принято выделять частицы с размером более 0,45 мкм, представляющие собой железосодержащие минералы и сорбированные на взвеси соединения железа. Растворенное железо может находиться в ионной форме, в виде комплексных соединений с минеральными и органическими веществами. На формы железа и их содержание большое влияние оказывают значения рН и Еh, концентрации органических кислот, растворенного кислорода, сероводорода, диоксида углерода, а также микроорганизмы, окисляющие и восстанавливающие железо. Для обозначения суммарной концентрации растворенных форм железа используют термин «железо общее» [8], ПДК которого в воде рыбохозяйственных объектов составляет 0,1 мг/л. Под «валовым содержанием» подразумевают суммарное содержание в воде растворенных и взвешенных форм железа, ПДК которого в водных объектах хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения составляет 0,3 мг/л.
Многие водные объекты Приамурья по данным Росгидромета характеризуются высоким содержанием в воде железа общего. В воде Амура в 2009 г. наибольшая его концентрация составляла 1,64 мг/л, в 2010 г. – 1,71 мг/л [2]. Сделано предположение, что увеличение концентрации железа общего в амурской воде в 1996–1998 гг. связано с изменением климатических условий [6], повышенное его содержание зимой обусловлено 100% преобладанием подземных вод в питании реки [3]. Установлено также доминирование концентрации растворенного железа над взвешенным [4].
Такие большие различия в содержании железа обусловили появление данной работы, в которой на основе данных Росгидромета, АБВУ и ИВЭП ДВО РАН дана оценка содержания разных форм железа в зимнюю межень (декабрь-март) – период, когда сток взвешенных веществ от годового стока составляет менее 1%.
Исследования проводились на р. Амур у г. Хабаровск в 2000–2012 гг. на 5 равномерно расположенных по ширине реки пунктах в зимнюю межень 1–2 раза в месяц. На р. Амур у с. Ленинское и р. Уссури у с. Казакевичево наблюдения осуществляли эпизодически на 3-х равномерно распределенных по ширине реки пунктах. Пробы воды отбирали с поверхности и анализировали в Межрегиональном центре экологического мониторинга гидроузлов (№ ROCCRU 0001 515988) при ИВЭП ДВО РАН. Содержание железа общего и валового определяли по РД 52.24.358–2006.
Редкие наблюдения Росгидромета на середине Амура у Хабаровска зимой 1949–1975 гг. свидетельствуют о большой амплитуде колебаний содержания железа в воде (0,19–1,45 мг/л). Такая повышенная концентрация железа была обусловлена преобладанием в питании реки подземных вод, а также низкой концентрацией растворенного кислорода в воде [7], при которой железо поступало из донных отложений в воду. Следует заметить, что в эти годы при определении железа пробы воды не фильтровали или фильтровали на бумажных фильтрах [1], т.е. определяли  валовое железо. Поэтому в марте (отобрано 51% от общего количества проб) среднее многолетнее содержание железа составляло 0,68 мг/л, а его сток – 47,7 т в сутки.
После зарегулирования р. Зея расходы воды р. Амур в марте 1979–2003 гг. постоянно превышали 900 м³/сек, что почти в два раза были выше, чем в предыдущие годы [8]. Содержание железа находилось в широких пределах (0,16–1,8 мг/л), а среднемноголетнее значение составило 0,72 мг/л, т.е. мало изменилось по сравнению с 1949–1975 гг. Максимальная концентрация валового железа, а соответственно и его сток отмечались в марте в 1996 г. (до 269 т/сутки). Среднемноголетний же сток этого вещества в эти годы в марте достигал 88 т/сутки, т.е. влияние Зейского водохранилища было существенным.
Наблюдения ИВЭП ДВО РАН на Среднем Амуре в марте 2002 г. свидетельствуют о неравномерном распределении содержания валового железа по ширине реки от российского берега до фарватера, пониженной концентрации у Благовещенска (0,30–0,39 мг/л) и повышенной – у с. Ленинское (0,67–0,75 мг/л). Ниже было содержание валового железа в воде у этого села в декабре 2005 г. после аварии в г. Цзилинь, причем больших различий в распределении валового железа по ширине реки не отмечалось. Подобная концентрация валового железа наблюдалась здесь и в марте 2006 г. (до 0,41 мг/л)
Большие изменения в содержании и стоке валового железа в воде Амура появились после сооружения Бурейской ГЭС, когда наряду с увеличением водного стока возросло в 1,9 раза содержание валового железа, что в свою очередь привело к увеличению на порядок его стока (табл.). Высокая водность р. Бурея в марте 2009 г. (620 м³/сек) и 2010 г. (764 м³/сек) при стабильной концентрации валового железа, могли обусловить и более высокий его сток, порядка 15–18 т/сут.
 
Таблица.  Средние расходы воды, содержание и сток валового железа в воде р. Бурея в марте 1911–1987 и 2004–2008 гг.

 
Наблюдения в районе Хабаровска в 2005 г. выявили влияние зашугованности русла Амура на содержание валового железа, которое достигало 3,64 мг/л. Повышенные концентрации железа на зашугованных участках Амура наблюдаются и в настоящее время. Поэтому их значения (> 1,0 мг/л) в амурской воде в отдельные годы (1951, 1954, 1976 и др.) могли быть обусловлены именно этим явлением.
В маловодные зимы (2007–2009) концентрация валового железа в амурской воде изменялась в пределах 0,23–0,73 мг/л, а среднее значение составило 0,47 мг/л, т.е. было в 1,6 раза выше хозяйственно-питьевого ПДК. Снижение концентрации валового железа могло быть обусловлено улучшением кислородного режима [7] и значительным преобладанием стока рек Зея и Бурея над стоком остальных притоков Амура. Суммарные расходы воды этих двух рек в январе 2008 и 2009 гг. достигали 1261 и 1348 м³/с соответственно, что составляло 86% от стока Амура у Хабаровска в феврале-марте 2008 и 2009 гг. также соответственно. Но даже при снижении концентрации валового железа за счет повышения водности Амура его сток в марте 2008, 2009 гг. составил в среднем 58,3 т в сутки, т.е.  остался на прежнем уровне.
Большие изменения происходят и в распределении содержания валового железа по ширине Амура у Хабаровска. В начале ледостава его содержание распределяется относительно равномерно. Начиная со второй половины января, в правобережной части Амура из-за влияния р. Уссури концентрации повышаются, достигая в конце ледостава максимальных значений. Наблюдения на р. Уссури у с. Казакевичево в феврале 2008 и 2012 гг. свидетельствуют о повышенном содержании валового железа в воде этой реки (до  0,9 мг/л), более высокой его концентрации у левого берега (в 1,7-2,5 раза), по сравнению с правым. В левобережной части Амура концентрация валового железа возрастает меньше из-за более низких значений в воде рек Зея и Бурея.

Рис. Соотношение содержания растворенного железа к валовому железу в воде по ширине р. Амур от правого до левого берега в зимнюю межень 2011-2012 гг.

Первые сведения о содержании растворенного железа в воде р. Амур в зимний период были получены в 2008–2009 гг. у Хабаровска и с. Богородское в ходе  выполнения российско-японского проекта «Амур-Охотск». Было установлено, что содержание этой формы железа в амурской воде у Хабаровска изменяется от 0,20 до 0,28 мг/л, а у с. Богородское – от 0,12 до 0,22 мг/л [5]. В 2009–2012 гг. концентрация  растворенного железа изменялась в более широких пределах (0,04–0,36 мг/л), а среднее значение составляло 0,21 мг/л.Сток растворенного железа в марте 2010–2011 гг. в среднем составил 43,3 т в сутки, т.е. мало отличался от стока валового железа в 1950–1975 годах. Наблюдения на пограничных участках Амура и Уссури свидетельствуют, что основное количество растворенного железа в Амур поступало с водами рек Зея и Бурея, меньше Сунгари и Уссури. Поэтому от устья р. Сунгари до Хабаровска это железо доминировало в воде левобережной части Амура.
Наряду с изменениями в содержании валового и растворенного железа в течение ледостава меняется и соотношение между различными формами железа. В начале ледостава в воде в основном доминирует взвешенное железо, в дальнейшем, по мере возрастания стока рек Зея и Бурея в стоке Амура содержание растворенного железа возрастает и начинает доминировать в левобережной части (рис.). Изменяется и соотношение между стоком этих форм железа: в конце декабря – начале января различия в стоке отсутствуют, в остальное время преобладает сток взвешенного железа.    
Особо следует остановиться на содержании железа в ионной форме. Последние появляются в воде при изоляции некоторых участков реки от основного русла ледяными перемычками, при котором создается дефицит растворенного кислорода в воде, что в свою очередь способствует поступлению железа из донных отложений в водную толщу. Подобные явления постоянно отмечаются на многих водных объектах Приамурья. Так в марте 1998 г. в воде р. Пильда (бассейн оз. Удыль) содержание двухвалентного железа достигало 39 мг/л, в изолированной от основного русла Амура протоке Бол. Шаманка – 13,7 мг/л. Аналогичная ситуация имела место и в январе 2006 г. в районе с. Малмыж, когда при снижении уровня воды р. Амур  расположенная у левого берега яма размыва оказалась изолированной от основного русла реки, что привело к аномальным концентрациям в подледной воде микроэлементов. Содержание марганца достигало 11 мг/л, меди – 0,153 мг/л [3].
Таким образом, в воде р. Амур в зимнюю межень 2007–2012 гг. по сравнению с 1949–1975 гг. в результате развития гидроэнергетического строительства отмечено снижение концентрации валового железа в 1,4 раза и увеличению его стока в 1,6 раза. Установлено преобладание в левобережной части Амура от устья р. Сунгари до Хабаровска содержания растворенной, а в правобережной – взвешенной формы железа. Показано, что концентрации растворенного и валового железа в зимнюю межень 2011–2012 гг. не превышают 4 ПДК и обусловлены  природными факторами, что свидетельствует об отсутствии загрязнения вод Амура и его притоков железом.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект 10-05-00227) и МНТЦ (проект 4008).
 

В.П. Шестеркин
Институт водных и экологических проблем ДВО РАН, Хабаровск
Тезисы доклада на VII Международную конференцию «Реки Сибири и Дальнего Востока»

IRON POLLUTION OF AMUR WATERS
 
V.P. Shesterkin
Institute for Water and Ecology Problems, Russian Academy of Sciences,
Far East Branch
 
The effects of natural factors on total and dissolved iron concentrations in water of the Amur and its main tributaries are described. Hydro-energy facilities are found to impact iron flux and concentrations in river water and the distribution of concentrations of suspended and dissolved iron forms across the Amur in winter.