Oil products in gully alluvium in the territory of Saratov: seasonal dynamics and geoecological assessment

Full Text

Введение Аллювиальные образования как компонент аквальных ландшафтов представляют собой конечное звено местных ландшафтных сопряжений, четко фиксируют техногенные потоки рассеяния и могут рассматриваться в качестве важного индикатора геоэкологического состояния территории [1; 2]. В долинных комплексах формируется специфическая среда аллювиального осадконакопления. Балочный аллювий, формирующийся в руслах овражно-балочных комплексов, в определенной степени отражает геохимические особенности водосборного бассейна или его части. Сток с городской территории - один из основных путей транспорта загрязняющих веществ в приемный бассейн [3]. Максимальное количество взвешенного материала с водосбора поступает в периоды весеннего половодья, зимних оттепелей и ливневых осадков [4]. Наиболее интенсивно взмыв и перенос осажденных ранее загрязняющих веществ происходит в периоды паводков. В городских водотоках доля транспортируемого материала техногенного генезиса может составлять десятки процентов, превышая содержание наносов природного происхождения. В результате твердый сток с урбанизированных территорий в водные объекты по составу существенно отличается от «фоновых» условий. Резкое увеличение объемов мелкодисперсного материала в стоке способствует загрязнению водных объектов. Содержание нефтепродуктов (НП) в конкретных пробах определяется источниками и механизмами поступления, временем нахождения в анализируемой среде и другими процессами. В городской среде важным источником их поступления служат заправка двигателей, выбросы в воздух и последующее осаждение несгоревших компонентов топлива, используемого автотранспортом. В воду и донные осадки овражно-балочных комплексов НП поступают при плоскостном смыве с талыми и дождевыми водами, чему способствует ливневая канализация с дождеприемными колодцами и решетками на элементах улично-дорожной сети. В водных объектах осаждаются и накапливаются в донных осадках преимущественно тяжелые НП, влияя на окислительно-восстановительные условия и биоту [5]. Для борьбы с поступлением НП рекомендуется устройство локальных очистных сооружений и снегоплавильных пунктов [6]. В работе исследуются донные осадки водотоков овражно-балочных комплексов на территории Саратова. Представлены данные, полученные в течение сезонов 2022-2023 гг., когда обследованы балки по всей длине от верховья к устьям. Ранее в 2020-2021 гг. изучались только устьевые створы [7]. На отдельных участках могут действовать специфические источники углеводородного загрязнения. На севере Саратова в бассейне оврагов Маханный, Безымянн ый и Сеча расположено Соколовогорское нефтяное месторождение, и непосредственно при нефтедобыче и транспортировке нефти многократно фиксировались аварийные разливы. На юге города в бассейне водотока Назаровка расположен нефтеперерабатывающий завод, геологическая среда и водные объекты в районе которого загрязнены в течение многих десятилетий. Цель исследования - анализ сезонной динамики и геоэкологическая оценка содержания нефтепродуктов в балочном аллювии на территории Саратова. Материалы и методы Отбор проб проводился из поверхностного слоя до 2 см, который надежно отражает сезонные изменения химического состава вещества. Объединенная проба состояла из 3-5 частных, отобранных по поперечному профилю водотока. Образцы доведены до воздушно-сухого состояния, измельчены, средняя проба отобрана методом квартования. Суммарно отобрано 90 проб (по 45 проб в конце летнего сезона и после снеготаяния), расположенных в тальвегах 11 балок (рис.). Содержание НП во фракции < 1 мм определено расчетом их массовой доли гравиметрическим методом[33] как среднее по результатам двукратных измерений. Схема отбора проб: I - южная часть города; II - северная часть города Источник: составлено А.С. Шешнёвым на космическом снимке из системы Google Earth. Sampling scheme: I - southern part of the city; II - northern part of the city Source: compiled by A.S. Sheshnev on a satellite image from the Google Earth system. При оценке загрязнения балочного аллювия по содержанию НП использованы критерии: чистые - до 100; слабозагрязненные - от 100 до 200; среднезагрязненные - от 200 до 600; грязные - от 600 до 1000; очень грязные - более 1000 мг/кг.[34] Результаты Результаты определения содержания НП в балочном аллювии и оценка степени загрязнения представлены в табл. 1. Таблица 1. Содержание нефтепродуктов в балочном аллювии на территории Саратова, август-сентябрь 2022 г. и апрель 2023 г. № проб Водоток Лето 2022, мг/кг Степень загряз- нения Весна 2023, мг/кг Степень загрязнения № проб Водоток Лето 2022, мг/кг Степень загряз- нения Весна 2023, мг/кг Степень загрязнения 1 Назаровка 1480 V 2280 V 24 Крутенький 1320 V 1940 V 2 700 IV 700 IV 25 60 I 400 III 3 260 III 440 III 26 4360 V 3140 V 4 1900 V 2920 V 27 Маханный 2840 V 460 III 5 220 III 540 III 28 480 III 960 IV 6 4720 V 2460 V 29 980 IV 60 I 7 1580 V 2340 V 30 800 IV 360 III 8 460 III 200 III 31 Сеча 1160 V 520 III 9 780 IV 920 IV 32 200 III 100 II 10 460 IV 740 IV 33 560 III 1100 V 11 Токмаковский 7660 V 8940 V 34 Безымянный 580 III 540 III 12 4940 V 1780 V 35 15800 V 15120 V 13 3340 V 2820 V 36 Висячий 280 III 260 III 14 10000 V 3540 V 37 380 III 420 III 15 Залетаевский 2340 V 8160 V 38 Алексеевский 80 I 400 III 16 13560 V 3540 V 39 560 III 620 IV 17 1340 V 4100 V 40 620 IV 360 III 18 320 III 260 III 41 1360 V 2460 V 19 Мутный ключ 13700 V 10660 V 42 Дудаковский 520 III 200 III 20 4220 V 6240 V 43 520 III 400 III 21 100 II 120 II 44 360 III 420 III 22 Крутенький 2600 V 3200 V 45 3820 V 3300 V 23 3520 V 1820 V Примечание. Степень загрязнения: I - чистые, II - слабозагрязненные, III - среднезагрязненные, IV - грязные, V - очень грязные. Источник: составлено А.С. Шешнёвым. Table 1. content of petroleum products in ravine alluvium in the territory of Saratov, August-September 2022 and April 2023 No. Sample Water- course Summer 2022, mg/kg Pollu- tion degree Spring 2023, mg/kg Pollu- tion degree No. Sample Water- course Summer 2022, mg/kg Pollu- tion degree Spring 2023, mg/kg Pollu- tion degree 1 Naza- rovka 1480 V 2280 V 24 Kru- tenkiy 1320 V 1940 V 2 700 IV 700 IV 25 60 I 400 III 3 260 III 440 III 26 4360 V 3140 V 4 1900 V 2920 V 27 Mak- hannyi 2840 V 460 III 5 220 III 540 III 28 480 III 960 IV 6 4720 V 2460 V 29 980 IV 60 I 7 1580 V 2340 V 30 800 IV 360 III 8 460 III 200 III 31 Secha 1160 V 520 III 9 780 IV 920 IV 32 200 III 100 II 10 460 IV 740 IV 33 560 III 1100 V 11 Tokma- kovskiy 7660 V 8940 V 34 Bezy- myannyi 580 III 540 III 12 4940 V 1780 V 35 15800 V 15120 V 13 3340 V 2820 V 36 Visya- chiy 280 III 260 III 14 10000 V 3540 V 37 380 III 420 III 15 Zaleta- yevskiy 2340 V 8160 V 38 Alekse- evskiy 80 I 400 III 16 13560 V 3540 V 39 560 III 620 IV 17 1340 V 4100 V 40 620 IV 360 III 18 320 III 260 III 41 1360 V 2460 V 19 Mutnyi klyuch 13700 V 10660 V 42 Duda- kovskiy 520 III 200 III 20 4220 V 6240 V 43 520 III 400 III 21 100 II 120 II 44 360 III 420 III 22 Kru- tenkiy 2600 V 3200 V 45 3820 V 3300 V 23 3520 V 1820 V Note. Pollution degree: I - clean, II - slightly polluted, III - moderately polluted, IV - dirty, V - very dirty. Source: compiled by A.S. Sheshnev. Почти половина из общего числа исследованных проб относится к категории «очень грязные» (табл. 2). Таблица 2. Степень загрязнения балочного аллювия нефтепродуктами Степень загрязнения Число проб, ед., и доля, % Август-сентябрь 2022 г. Апрель 2023 г. Чистые 2 / 4,4 1 / 2,2 Слабозагрязненные 1 / 2,2 2 / 4,4 Среднезагрязненные 15 / 33,3 16 / 35,6 Грязные 5 / 11,1 5 / 11,1 Очень Грязные 22 / 48,9 21 / 46,7 Источник: составлено А.С. Шешнёвым. Table 2. The degree of pollution of alluvium of gullies with oil products Pollution degree Number of samples, units, and proportion, % August-September 2022 April 2023 Clean 2 / 4.4 1 / 2.2 Slightly Polluted 1 / 2.2 2 / 4.4 Moderately Polluted 15 / 33.3 16 / 35.6 Dirty 5 / 11.1 5 / 11.1 Very Dirty 22 / 48.9 21 / 46.7 Source: compiled by A.S. Sheshnev. Обсуждение Характер использования земель, техногенная нагрузка и анализ загрязнения балочного аллювия рассмотрены в пределах водосборных бассейнов. Назаровка. Обширная по площади сеть водотоков в балках, соединяющаяся в единое русло перед впадением в Волгоградское водохранилище. Водосбор характеризуется высокой степенью техногенной нагрузки. Верховья водотоков расположены в условиях дачной и малоэтажной застройки. В средних и нижних участках водотоки окружены промышленными предприятиями, в том числе крупнейшими - нефтеперерабатывающий завод, ТЭЦ-2, органического синтеза, несколько заводов строительных материалов и др. Отобрано 10 проб балочного аллювия, из них более высокое содержание НП весной в семи пробах, летом - в двух, в одной изменения не зафиксированы. Вероятно, для сезонной динамики содержания НП в водосборном бассейне Назаровки ключевая роль принадлежит поступлению со стоком при снеготаянии. На общем фоне пониженное содержание НП характерно для верховьев водотоков в глубоких залесенных балках (т. 3 и 5) со средним уровнем загрязнения в течение обоих сезонов. Осадки верховьев двух других водотоков характеризуются в течение обоих сезонов как очень грязные (т. 7) и грязные (т. 9). Пробы из средних частей водотоков различаются по содержанию НП в зависимости от характера техногенной нагрузки. В условиях усадебной жилой застройки (т. 10) летом среднезагрязненные осадки, весной - грязные. В расположенной ниже пруда т. 8 осадки среднезагрязненные и летом, и весной. В условиях близости промышленных предприятий (т. 4 и 6) в течение обоих сезонов осадки очень грязные. В нижнем течении, после слияния основных водотоков в единое русло (т. 2), донные осадки грязные. После территории нефтеперерабатывающего завода (т. 1) по сравнению с предыдущей пробой содержание НП возрастает летом в 2,1 раза, зимой - в 3,3 раза, а донные осадки характеризуются как очень грязные. На водосборе Назаровки на содержание НП в донных осадках влияет комплекс факторов: 1) техногенная нагрузка в виде выбросов, сбросов и поверхностного стока с территории промышленных предприятий и селитебной зоны; 2) важная роль, вероятно, принадлежит прудам как местам аккумуляции загрязняющих веществ, а в водотоках после них содержание НП существенно снижается. Токмаковский овраг. Крупная балка с малоэтажной частной застройкой в верхней и нижних частях долины, многоэтажной жилой и промышленной - в средней. В водоток балки направляются сточные воды из различных источников, в том числе на склоне в устьевой части от иловых карт городской станции аэрации. В 75 % случаев содержание НП выше летом; лишь в устьевой пробе весной оно больше летнего на 17 %. Все пробы балочного аллювия и летом, и весной очень грязные. Вероятно, постоянное поступление в течение года в русло водотока НП со сточными водами приводит к тому, что поступающий и аккумулирующийся весной при снеготаянии твердый материал оказывается менее загрязненным. Залетаевский овраг. На значительной части балка засыпана и застроена, а водоток заключен в ливневый коллектор по тальвегу. Две пробы в верховье отобраны в русле открытого водотока на территории областной психиатрической больницы и в частной застройке. В средней части проба взята на незасыпанном участке балки с открытым водотоком протяженностью около 250 м в окружении гаражного массива. В устьевой части ниже городской станции аэрации водоток расположен в широкой и глубокой долине. И летом, и весной осадки в верховье ручья характеризуются средним загрязнением, а в трех других пробах - как очень грязные. В пробах в верховье и в средней части водотока более высокое содержание НП летом, в других - весной. Из общей тенденции возрастания содержания НП по длине балки летом выпадает устьевая проба, а весной - проба в средней части долины. Овраг Мутный ключ. Балка морфологически выражена лишь в верховье и устьевой части. На большей части долина засыпана, а в тальвеге проложен ливневый коллектор. Отобрано три пробы: в верховье водотока, после выхода из коллектора и в устье. В верховье ручья на склоне отрога Приволжской возвышенности в лесопарковой зоне осадки слабо загрязнены. После выхода из коллектора донные осадки очень грязные, а в устье содержание НП превышает 10 000 мг/кг в оба сезона. Нижняя часть долины окружена частным сектором, промышленной зоной, пересекается авто- и железной дорогой. В течение обоих сезонов наблюдается увеличение содержания НП от истока к устью. В двух из трех проб содержание НП выше весной. Крутенький овраг. Балка засыпана в средней части, а водоток заключен в коллектор, проходящий под полосой отвода железной дороги и промышленной зоной. Отобраны две пробы в верховье, одна в средней части и две в устьевой части водотока после выхода из коллектора. В 60 % проб содержание НП выше весной. В верховье ручей протекает в долине с частной малоэтажной застройкой, при этом осадки в основной долине балки (т. 26) в течение обоих сезонов очень грязные, а в левостороннем притоке (т. 25) чистые летом и среднезагрязненные весной. В средней части долины водоток окружен среднеэтажной застройкой и осадки характеризуются как очень грязные. По двум пробам в устьевой части балки в промышленной зоне осадки очень грязные. Маханный овраг. В верховье балки расположена промышленно-складская зона и крупная свалка отходов, эксплуатация которой закончена в 2013 г. По всему водосборному бассейну расположены эксплуатационные скважины и прочие инфраструктурные объекты нефтепромысла. В двух пробах в верхней части долины содержание НП выше летом, в двух пробах нижней части балки - весной. Четких закономерностей изменения содержания НП по длине балки не обнаруживается, что связано с наличием многих барьеров для транспорта наносов в виде прудов и насыпей автодорог. В период минимального стока от верховья до середины длины балки осадки грязные, затем среднезагрязненные, а в устьевой части очень грязные. После снеготаяния осадки от среднезагрязненных в верховье ручья становятся чистыми к средней части балки, затем обогащаются НП до уровня грязных, а в устье вновь фиксируется среднее загрязнение. Овраг Сеча. Донные осадки охарактеризованы по трем пробам - в верховье, средней части и устье балки. В двух пробах содержание НП летом выше, чем весной. Более высокое загрязнение после снеготаяния характерно для верховья балки в окружении крупного гаражного массива, производственной и жилой многоэтажной застройки. От верховья до средней части склоны балки покрыты лесным массивом и садовыми участками, содержание НП резко уменьшается. В нижнем течении водотока на склонах балки расположены крупные свалки, ее пересекают автодороги и в устьевой пробе содержание НП возрастает до очень грязных осадков летом и среднего загрязнения весной. И летом, и весной от верховья к средней части водотока содержание НП убывает, а затем возрастает к устью. Безымянный овраг. Небольшая балка, на водосборе которой размещаются головные сооружения нефтепромысла, а в русле ранее располагались ныне рекультивированные шламонакопители нефтеотходов. В двух пробах (в верховье и устьевой части) сезонная разница содержания НП невелика и в обоих случаях летом оно выше. В верховье донные осадки очень грязные, содержание НП самое высокое на территории Саратова (более 15 000 мг/кг). В устьевой части пробы среднезагрязненные. Висячий овраг. Относительно небольшая балка в окружении садово-дачных участков охарактеризована двумя пробами - в верховье и устьевой части. Пробы осадков среднезагрязненные в течение обоих сезонов с уменьшением содержания НП от истока к устью. Изменение содержания НП в пробах по сезонам незначительно: в устье более высокое летом, в верховье - весной. Алексеевский овраг. В верховье балку пересекает крупная автомагистраль, расположены гаражный массив, автозаправочная станция и инфраструктурные объекты Соколовогорского нефтепромысла. В результате в течение обоих сезонов пробы в верховье характеризуются как очень грязные. Бóльшая часть балки окружена коттеджной застройкой. В летний период отмечается постепенное снижение содержания НП от истока к устью (от очень грязных до чистых); весной в целом сходная тенденция, но минимальное содержание отмечено во второй от истока точке опробования. В 75 % проб содержание НП весной выше, чем летом, что определяется, вероятно, поступлением НП в осадки при снеготаянии с водосбора. Дудаковский овраг. Крупная залесенная балка, окруженная коттеджной застройкой, в которой донные осадки водотока в 75 % проб имеют более высокое содержание НП в летний период. Как очень грязные характеризуются осадки современного верховья балки, расположенного на расстоянии 300 м от крупной автомагистрали. Ниже по течению содержание НП уменьшается на порядок. Весной фиксируется постоянное уменьшение содержания НП от верховья к устью, а летом после резкого снижения во второй от истока пробе оно одинаково в двух пробах в нижнем течении ручья. Вероятно, во время летней межени из-за резкого уменьшения объема и скорости потока и постоянного притока хозяйственно-бытовых сточных вод НП осаждаются и аккумулируются в донных осадках, а весной за счет большей гидродинамической активности потока накопившиеся осадки подвергаются эрозии и выносятся в приемный бассейн. Кроме пробы в верховье осадки водотока характеризуются как среднезагрязненные. Заключение Из исследованных 45 сравнительных пар проб балочного аллювия на территории Саратова более высокое содержание НП в весенний период после снеготаяния отмечено в 22 случаях (48,9 %), летом в период минимального стока - в 22 (48,9 %), отсутствие изменений - в одном случае (2,2 %). При отдельном рассмотрении сезонной динамики по устьям водотоков, что наиболее актуально с точки зрения предотвращения загрязнения Волгоградского водохранилища, из 11 устьевых створов в шести отмечено более высокое содержание НП летом (54,5 %), в пяти - весной (45,5 %). Наиболее высокое содержание НП в осадках отмечено в южной промышленно-урбанизированной части города.

About the authors

Aleksandr S. Sheshnev

Saratov State University

Author for correspondence.
Email: sheshnev@inbox.ru
ORCID iD: 0000-0003-3566-8652
SPIN-code: 1323-9277

Сandidate of Geographic Sciences, Associate Professor of the Department «Petrology and Applied Geology»

83 Astrakhanskaya St, Saratov, 410012, Russian Federation

References

Supplementary files