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 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 году наибольшая его концентрация составляла 1,64 мг/л, в 2010 году – 1,71 мг/л [2]. Сделано предположение, что увеличение концентрации железа общего в амурской воде в 1996–1998 годах связано с изменением клима­тических условий [6], повышенное его содержание зи­мой обусловлено 100%-м 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 составляет менее 1% от годового стока.

Исследования проводились на р. Амур у г. Хаба­ровск в 2000–2012 годах на пяти 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 трех равномерно распределенных по ширине реки пунктах. Пробы воды отбирали с поверхности и анализировали в Межрегиональном центре экологи­ческого мониторинга гидроузлов (№ ROCC RU 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 годов 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 [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 годах постоянно превы­шали 900 м³/сек, что почти в два раза выше, чем в предыдущие годы [8]. Содержание железа колебалось 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 годами. Максималь­ная концентрация валового железа, а соответственно и его сток отмечались в марте 1996 года (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 года 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 года после аварии в г. Цзилинь, причем больших различий в распре­делении по ширине реки не отмечалось. Подобная концентрация валового железа наблюдалась здесь и в марте 2006 года (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. 4.1). Высокая водность р. Бурея в марте 2009 (620 м³/с) и 2010 (764 м³/с) го­дов при стабильной концентрации валового железа

могла обусловить и более высокий его сток, порядка 15–18 т/сут.

Наблюдения в районе Хабаровска в 2005 году 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 хозяйственно­питьевой 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 годов достигали 1 261 и 1 348 м³/с соответственно, что составляло 86% от стока Амура у Хабаровска в феврале–марте 2008 и 2009 года. Но даже при снижении концентрации валового железа за счет повышения водности Амура его сток в марте 2008, 2009 годов 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 (рис. 4.5). В начале ледостава его со­держание распределяется относительно равномер­но. 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 годов 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. 4.5. 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 годах 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 годах 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 годах в среднем составлял 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. 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 виде ионов. Они 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 года 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 года 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 микроэ­лементов в подледной воде. Содержание марганца до­стигало 11 мг/л, меди – 0,153 мг/л [3].

Таким образом, в воде р. Амур в зимнюю межень 2007–2012 годов по сравнению с 1949–1975 годами в результате развития гидроэнергетического строи­тельства отмечено снижение концентрации валово­го железа в 1,4 раза и увеличение 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 годов 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).