Sources of coastal waters pollution near Sevastopol

Cover Page

Abstract


The results of current ecological investigations of marine waters in Sevastopol region are presented. The main sources of water pollution described for Sevastopol Bay and other part of coastal line from cup Lukull till cup Foros were described. The position of Waste Water Treatment Plant underwater outlets, the volume of waste-waters discharges and the degree of their purification were estimated. With the help of the side-scan sonar, the state of the heads of the sewage treatment plants in the region was examined. The features of the vertical distribution of hydrological and hydrochemical characteristics are shown. The preliminary estimation of the currents near the sewages outlets were studied using autonomic buoys and mathematical modeling. Based on historical data and results of recent cruises in 2016–2017 the nutrient concentration, and total petroleum hydrocarbons and organic matter by biological oxygen demand BOD5 content were described. The nutrients content for all studied forms was much lower then Maximum Allowed Concentration and no significant difference between different parts of Crimea coastal waters were marked. Marine waters pollution by TPHs is much higher in Sevastopol region and in Kerch Strait in comparison with Yalta port.


ВВЕДЕНИЕ

Активное и возрастающее в последние годы антропогенное воздействие на природную среду прибрежных районов Черного моря, характеризующееся увеличением поступления в нее загрязняющих веществ (ЗВ) [6, 8, 14], вызывает необходимость регулярной комплексной оценки состояния морской среды и экологической ситуации в целом. Для шельфовой зоны Черного моря вблизи Крымского полуострова основными источниками загрязнения прибрежных вод являются выпуски сточных вод в реки или непосредственно в море [11]. Развитие технологий очистки стоков существенно отстает от интенсивного в последние годы развития промышленного производства, транспортного, жилищного и рекреационного строительства. Это приводит к перегрузке имеющихся инженерных водохозяйственных сетей, большинство из которых были построены в период 1950–90-х годов и не рассчитаны на эксплуатацию в современном режиме ни по объему поступающих стоков, ни по их составу. Кроме того, в 1990-х годах появилось большое количество локальных самотечных источников, до сих пор не контролируемых экологическими службами. В связи с этим появилась необходимость определить расположение и мощность источников загрязнения, таких как канализационные очистные сооружения (КОС) и их подводные выпуски, речные и ливневые стоки, затопленные объекты. С 2016 г. в Севастопольском районе начат гидролого-гидрохимический мониторинг морских вод вблизи источников загрязнения и на фоновых участках с исследованием гидродинамических факторов, определяющих перенос примеси и ЗВ [10, 12]. В работе приводятся результаты этого мониторинга с комплексной оценкой источников загрязнения, гидродинамики района, гидрохимических параметров и уровня загрязнения морской среды Севастопольского района.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Был проанализирован большой объем архивной информации о химических параметрах морских вод района и его фонового загрязнения за последние десятилетия, накопленный в Гидрометфонде ФГБУ «ГОИН» и его Севастопольском отделении (СО ФГБУ «ГОИН»). Дополнительно рассмотрены фондовые данные о районах выпуска сточных вод крупнейших предприятий водопроводно-канализационного хозяйства Крыма (Севгорводоканал, Ялтинский и Евпаторийский водоканалы). На этой основе с дополнением открытых источников по нормативам предельного допустимого сброса (ПДС) была проведена инвентаризация очистных сооружений, включая ливневые канализации, и оценены объемы сбросов в морскую среду. В 2016–2017 гг. при помощи гидролокатора бокового обзора (ГБО) С-МАХ CM2 FSH-01 совместно с GPS-навигатором GARMIN было исследовано состояние подводной части системы сброса сточных вод и их оголовков, одновременно фиксировалось местоположение затопленных предметов. Исследования физических показателей морской воды (вертикального профиля температуры, солености, условной плотности, мутности, скорости и направления течений) выполнялись профилографом MIDAS ECM. С помощью самописцев, установленных на автономных буйковых станциях (АБС), получены данные о пространственном и вертикальном распределении скорости и направлении течений. Отбор проб для определения гидрохимических показателей в зависимости от глубины места отбора выполнялся батометром Молчанова ГР-18 либо батометром Нискина.

Оценка влияния выпусков сточных вод на гидрохимические показатели проводилась на сети станций мониторинга, оптимизированной в соответствии с уточненным положением оголовков выпусков сточных вод [12]. Станции наблюдения привязаны к основным источникам загрязнения, устьям рек и точкам выхода в море ливневых стоков. Мониторинг Севастопольской бухты выполнялся на сети из 7 станций, в том числе в районе Килен-бухты, где расположен 13-й судоремонтный завод Черноморского флота и выпуски ливневых канализаций, а также в Корабельной бухте, в основании которой расположены доки Севастопольского морского завода. Мониторинг на взморье Севастополя выполнялся на сети из 22 станций.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Основные источники загрязнения Севастопольского района. На побережье от м. Лукулл до м. Сарыч в настоящее время функционируют 35 выпусков сточных вод, которые сбрасывают порядка 56 млн м 3 в год стоков различной степени очистки (рис. 1). Из этих выпусков только пять имеют полный цикл механической и биологической очистки. Общий объем этих стоков равен 8245 тыс. м 3, что составляет 14.7% общего количества стоков. Еще 38 802 тыс. м 3 (69.4%) сточных вод подвергаются только механической очистке и сбрасываются недоочищенными, а 8902 тыс. м 3 (15.9%) сбрасываются вообще без очистки. Согласно утвержденным нормативам ПДС для канализационных очистных сооружений (КОС) г. Севастополя, проектные сбросы ЗВ в акваторию Черного моря у Севастопольского побережья составляют 54.5 тыс. т/год (табл. 1). Кроме основных выпусков, на побережье Севастополя имеется 11 аварийных выпусков сточных вод. Высокая степень изношенности городских канализационных сетей определяет систематическое поступление через них в морскую среду ЗВ с неочищенными стоками, вблизи жилых массивов и рекреационных объектов. Наиболее мощным источником загрязнения морских вод в районе Севастополе являются КОС «Южные», доминирующие по объему стока при отсутствии полного цикла очистки вод. В Балаклавской бухте сбрасываются неочищенные стоки, а выпуск расположен недалеко от берега на глубине 9 м.

 

Рис. 1. Выпуски различных стоков в районе г. Севастополя: у м. Херсонес (вверху) и Севастопольской бухты (внизу).

 

Таблица 1. Нормативы предельно допустимого сброса (т/год) загрязняющих веществ крупнейших очистных сооружений г. Севастополя

Очистные

сооружения

Взвешенные вещества

Минерализация (сухой остаток)

БПК5

Хлорид-ионы

Сульфат-ионы

Аммоний-ионы

Нитрит-ионы

Нитрат-ионы

(P2O5)

Северные

93.70

9001.6

93.08

4847.3

1004.4

18.00

17.53

374.0

92.5

СВВМУ

14.55

174.84

23.72

19.25

11.60

9.70

0.07

0.36

3.62

Южные

2842.8

21117.1

3583.4

3573.8

1912.4

958.1

36.4

44.1

503.0

Балаклавские

243.1

2428.7

361.7

503.4

166.3

53.6

4.8

10.6

33.1

Ласпи

2.10

109.22

2.10

19.32

6.56

0.38

0.24

3.17

0.56

Сумма

3196

32831

4064

8963

3101

1040

59

432

633

 

Очистные

сооружения

СПАВ

Нефте-продукты

Железо

Хром (VI)

Медь

Никель

Кадмий

Цинк

Свинец

Северные

13.50

9.31

9.3

3.103

3.103

1.241

0.062

1.241

0.621

СВВМУ

0.52

0.37

0.56

      

Южные

34.5

40.8

38.7

2.57

0.38

0.38

0.38

1.82

1.92

Балаклавские

4.5

4.2

5.6

0.30

0.015

0.03

0.015

0.15

 

Ласпи

0.02

0.14

0.034

      

Сумма

53

55

54

6

4

2

0.5

3

3

 

Другим источником загрязнения является сток рек, русла которых хотя и расположены на охраняемых территориях, однако зачастую принимают сточные воды организованных и неорганизованных источников. Также повсеместно наблюдается загрязнение притоков рек, водосборный бассейн которых находится в густонаселенных районах. Воды реки Черной являются источником загрязнения вод нефтепродуктами (НП), или нефтяными углеводородами (НУ), тяжелыми металлами (ТМ) и биогенными элементами (табл. 2).

 

Таблица 2. Средние значения показателей качества вод малых рек Севастополя за период 1995–2008 гг.

Показатель

Черная

Кача

Бельбек

Балаклавка

рН, ед.рН

7.92

8.20

7.94

7.90

O2, мг/дм3

8.97

8.70

9.26

9.18

О2, %

85

81

88

80

Сульфаты, мг/дм3

40.6

176.7

71.2

230.4

Хлориды, мг/дм3

34.3

71.3

36.3

105.3

Кальций, мг/дм3

67.1

87.7

70.2

144.3

Магний, мг/дм3

18.1

52.8

46.6

52.6

Жесткость, мгэкв/дм3

4.79

8.70

6.61

11.34

Сухой остаток, мг/дм3

320.4

651.4

426.0

807.2

ХПК, мг/дм3

19.4

28.8

82.0

66.8

БПК5, мг/дм3

2.15

1.99

2.51

3.15

N-NH4, мкг/дм3

249

407

279

331

N-NO2, мкг/дм3

5.9

63.5

11.9

67.8

N-NO3, мкг/дм3

1898

6068

3321

18185

P-PO4, мкг/дм3

231

127

97

240

Fe, мг/дм3

0.32

0.57

0.14

1.01

Cu, мг/дм3

0.011

0.015

0.020

0.013

Zn, мг/дм3

0.022

0.007

0.004

0.007

Pb, мг/дм3

0.0019

0.0035

0.0015

0.0120

Cd, мг/л

0.0002

0

0

-

Нефтяные углеводороды, мг/дм3

0.149

0.080

0.164

0.199

СПАВ, мг/дм3

0.076

0.059

0.049

0.269

 

Кроме того, воды реки недонасыщены растворенным кислородом и имеют рН<8, в период прохождения зимне-весеннего паводка загрязнены синтетическими поверхностно-активными веществами (СПАВ). Реки Кача, Бельбек и Балаклавка также протекают по территориям с интенсивным земледелием, что определяет существенное повышение концентрации биогенных веществ, взвеси и органических веществ в их водах на замыкающем створе. Наиболее загрязненными являются воды р. Балаклавки, впадающей в верховье Балаклавской бухты. Основным источником поступления ЗВ в русло реки является сброс вод Балаклавского рудоуправления, осуществляемый на расстоянии 0.5 км от ее устья. Это приводит к загрязнению вод реки и сопряженной с ней Балаклавской бухты НУ, СПАВ, ТМ, различными формами биогенных элементов азота и фосфора, а также взвешенными веществами, концентрация которых достигает 70–80 мг/дм³. Воды р. Балаклавки существенно недонасыщены растворенным кислородом и имеют низкое значение величины рН, что косвенно свидетельствует о высоком уровне загрязнения вод. Воды рек Бельбек и Кача также выносят значительные количества ЗВ в прибрежные акватории. Высок уровень загрязнения органическими и биогенными веществами, металлами и нефтепродуктами, причем концентрация последних в водах р. Бельбек в 3.5 раза превышает предельно допустимую концентрацию (ПДК).

Значимым и малоизученным источником загрязнения морских вод являются выходы ливневых канализаций. В районе насчитывается 25 выпусков ливневых вод, большинство которых расположены по периметру Севастопольской бухты. Хотя состав ливневых вод, поступающих в море, в значительной мере зависит от района их водосбора, однако на всех участках значительно превышена ПДК по содержанию синтетических поверхностно-активных веществ и нефтяных углеводородов (табл. 3).

 

Таблица 3. Содержание веществ в ливневых водах различных выпусков на территории города Севастополя

Бухта

Месяц

рН

Показатели, мг/дм3

БПК5

N-NH4

N-NO2

N-NO3

Р-РО4

СПАВ

НУ

Южная

март

7.8

9.5

0.06

0.05

0.30

1.17

0.62

1.74

Аполлоновая

март

8.2

7.3

0.78

0.03

1.80

1.70

0.29

2.28

Омега

март

7.8

9.0

2.33

0.02

0.97

1.33

0.12

2.10

Артбухта

март

7.8

25.1

4.43

0.19

2.56

1.43

1.00

2.62

Карантинная

март

8.1

6.3

3.89

0.02

0.29

1.07

0.72

0.86

Омега

июнь

7.8

28.5

2.10

0.08

0.61

0.82

1.24

1.07

Карантинная

июнь

7.9

17.6

1.79

0.07

1.67

0.74

1.72

1.33

Артбухта

июнь

7.9

75.0

17.11

0.16

1.10

3.13

1.63

0.36

 

В Артиллерийской бухте наблюдается повышенное содержание легкоокисляемых органических веществ по биологическому потреблению кислорода (БПК5), СПАВ и различных форм азота. Это связано с наличием в водосборном бассейне застроек частного сектора, а также центрального городского рынка и предприятий общепита, очевидно, осуществляющих сброс неочищенных стоков и незаконную врезку в систему ливневого канализования. Дождевые воды с промплощадок содержат большое количество нефтепродуктов и СПАВ, но относительно небольшое содержание биогенных элементов и органических веществ (по БПК5). Результаты исследований показали также, что состав приносимых в морскую среду веществ существенно зависит от периода наблюдений. В маловодный летний период концентрация ЗВ в ливневых водах имеет существенно более высокие значения.

Не изученным источником загрязнения морской среды являются затопленные объекты. Анализ данных эхолокации Севастопольской и Балаклавской бухт позволил обнаружить ряд объектов, требующих дальнейшего изучения на предмет их экологической безопасности. Некоторые из объектов могут быть визуально идентифицированы как затопленные маломерные суда или баржи. Учитывая неясность их происхождения, в дальнейшем требуется провести обследование с использованием средств визуальной фотофиксации и мониторинг загрязнения вод в районе их расположения с обязательным отбором проб на ТМ, НУ и СПАВ.

Исследование подводных выпусков сточных вод г. Севастополя. Для изучения процессов распространения сбрасываемых сточных вод используются контактные и дистанционные методы наблюдений [3, 2, 5], а также численное моделирование [9]. Непосредственно наблюдение стока Севастополя с помощью оптического сканера со спутника «Ресурс» описано в работе [2]. В работе [5] приводятся данные мониторинга прибрежной зоны Севастополя в районе КОС «Южные» с помощью искусственных спутников Земли Landsat-8 и Sentinel-1. Численное моделирование распространения заглубленного стока в прибрежной зоне Гераклейского полуострова в районе расположения этих КОС выполнено в [9].

Подводные выпуски сточных вод КОС за счет поступления в море более пресной воды создают у дна локальный источник положительной плавучести, который формирует системы устойчивых турбулентных течений в виде плюмов. Турбулентная диффузия и адвективный перенос приводят к разбавлению загрязненных вод в плюме. На интенсивность (кратность) разбавления влияют следующие факторы: тип выпуска (точечный или распределенный источник в виде диффузора), расход воды в источнике, плотность морских и сточных вод, динамические условия [9]. В случае глубоководных выпусков КОС сточные воды при подъеме от выпуска, согласно проектным документам, должны задерживаться плотностной стратификацией на горизонте нейтральной плавучести, который обычно соответствует нижней границе пикноклина, и далее распространяться под пикноклином в горизонтальном направлении. Таким образом, теоретически загрязнение прибрежных вод, особенно в рекреационных зонах, должно исключаться. Однако, как показал анализ спутниковой информации, при определенных гидрологических условиях подъем сточных вод в поверхностный слой принципиально возможен [3, 5].

В настоящее время на КОС «Южные» эксплуатируются только сооружения механической очистки (запланированная проектом биологическая очистка отсутствует). Ежедневно в море сбрасывается до 80 тыс. м 3 недостаточно очищенных сточных вод, что приводит к загрязнению акватории и негативно влияет на санитарно-экологическую обстановку. Обследование оголовка крупнейшего выпуска КОС «Южные» с использованием ГБО показало его неудовлетворительное состояние, поскольку есть признаки повреждений и разрывов на многих участках трубопровода. Комплексные экспедиционные исследования Морского гидрофизического института (МГИ) РАН, выполненные на НИС «Бирюза» в июле-сентябре 2015 г. и мае 2016 г., выявили над магистралью выпуска вблизи берега источник загрязнения, содержащий характерные для сточных вод химические компоненты. Здесь поверхностные воды содержали в 10–20 раз больше фосфатов, кремнекислоты, ионов аммония, а также имели более высокую величину щелочности и содержание общего неорганического углерода. В придонных водах по сравнению с окружающими участками содержалось гораздо больше фосфатов и ионов аммония; а степень насыщения растворенного кислорода была заметно меньше. По итогам исследований был сделан вывод о выходе на поверхность моря сточных вод г. Севастополя, что, скорее всего, является следствием прорыва магистрали подводного выпуска [10].

Выпуск КОС Балаклавы не имеет оголовка с диффузором. Конец трубы на консоли опущен до изобаты 9 м и находится в 55 м от уреза воды. Рядом расположены городской пляж и вход в Балаклавскую бухту. Выпуск сточных вод производится выше скачка плотности, что создает условия для струйного подъема неразбавленных сточных вод на поверхность. Таким образом, при увеличении жилой застройки и развитии судоходства существует потенциальная угроза для развития неблагоприятной экологической обстановки в Балаклавской бухте.

Режим течений в районе глубоководного выпуска КОС «Южные». На основании общего анализа результатов наблюдений на Севастопольском взморье можно выделить основные факторы, определяющие особенности циркуляции и динамику вод в прибрежной зоне юго-западной части Крыма от м. Херсонес до м. Фиолент [4, 1, 7]:

  • интенсивный поток Основного Черноморского течения (ОЧТ), направленный на запад, северо-запад вдоль южного побережья Крыма;
  • регулярное формирование антициклонического вихря справа от ОЧТ в районе Севастополя (Севастопольский антициклон), северная периферия которого часто является вдольбереговым потоком, направленным на юго-восток от мыса Херсонес к м. Фиолент;
  • взаимодействие северной периферии ОЧТ с неоднородностями рельефа шельфа и конфигурации побережья;
  • сильные и часто повторяющиеся ветры, вызывающие сгонно-нагонные эффекты в прибрежной зоне и стимулирующие явление прибрежного апвеллинга.

Взаимодействие этих факторов определяет сложную структуру и динамику прибрежных вод. В районе от м. Фиолент до м. Херсонес формируется знакопеременная система вихрей (антициклонических и циклонических), которые, поступательно смещаясь в западном направлении, определяют динамику и кинематику течений на шельфе в этом районе. Для статистической характеристики течений были привлечены данные измерений, выполненных с помощью самописцев течений, установленных на заякоренных АБС. Всего в районе Голубой бухты, в которой находится подводный выпуск КОС «Южные», было установлено 20 АБС. Наибольшее их количество (13) было установлено в районе фоновой точки вблизи диффузора оголовка КОС. Как показал анализ результатов измерений, скорость течений исследуемой прибрежной акватории изменяется в довольно широких пределах — от инструментального нуля до 76 см/с. Преобладающий перенос вод во всей толще слоя (на горизонтах 10–75 м) происходит, как правило, в двух направлениях — северо-западном, со средними скоростями течений 11–27 см/с, и юго-восточном, со средними скоростями течений 8–17 см/с. Анализ векторных данных показал, что через точку измерений (заякоренный буй) проходит серия знакопеременных динамических образований (волн, вихрей), в результате чего вектор течения может разворачиваться на 360° (рис. 2).

 

Рис. 2. Роза повторяемости (%) скорости течения по направлениям. Район Голубой бухты, фоновая станция 25-а (АБС-238), горизонт 10 м.

 

Величина скорости течения с 95% обеспеченностью (важная для экологического обоснования различных гидротехнических сооружений, расчетов предельно допустимых сбросов глубоководных выпусков очищенных сточных вод) оказалась в пределах 2–4 см/с. Следует отметить, что в любой сезон года, за исключением зимнего, в Голубой бухте могут наблюдаться очень слабые течения (<2 см/с).

Анализ результатов измерений течений во время съемки 7 ноября 2017 г. показал наличие двухслойного потока: в поверхностном слое преобладали течения северо-западного направления со скоростями течений 12–14 см/c. В придонном слое наблюдалось более интенсивное течение (21–40 см/с) юго-восточного направления. В [9] на основе расчетов по трехмерной численной модели проанализированы варианты распространения сточных вод в прибрежной зоне Гераклейского п-ова от подводного источника, имитирующего прорыв магистрали КОС «Южные». Расчеты выполнялись для плотностных стратификаций, характерных для теплого времени года (май, сентябрь) с расположением пикноклина на глубинах 15–30 м. Максимальные площади зон загрязнения (maxV) и глубины их залегания сброса (zmax), в зависимости от средних скоростей течений (V) и глубины расположения источника загрязнения (h) приведены в табл. 4.

 

Таблица 4. Максимальные площади зон загрязнения (maxV) и глубины их залегания (zmax, м) при разных значениях средней скорости течения (V, см/с) и глубины залегания источника (h, м) для разных типов стратификации по [9]

h, м

V, см/с

N = 18.3 цикл/час

N = 13.1 цикл/час

maxV, км2

zmax, м

maxV, км2

zmax, м

15

2.5

0.52

5.5

3.54

0.5

5.0

0.28

9.5

2.69

0.5

7.5

0.37

14.5

0.05

0.5

20

2.5

0.47

11.5

2.25

0.5

5.0

0.31

13.5

0.85

0.5

7.5

0.25

18.5

0.01

1.5

25

2.5

0.40

18.5

0.35

13.5

5.0

0.29

19.5

0.21

16.5

7.5

0.42

19.5

0.26

21.5

30

2.5

0.37

20.5

0.33

23.5

5.0

0.28

22.5

0.29

24.5

7.5

0.37

22.5

0.37

22.5

 

В районе повреждения трубопровода, по данным съемки 7 ноября 2017 г., скорости течений составляли 12–18 см/с. При таких скоростях течений, по результатам численного моделирования [9], происходит опускание областей загрязнения до дна с одновременным уменьшением их площадей в 1.5–2 раза до 0.37 км 2. В неблагоприятных условиях (слабые течения и отсутствие стратификации) плюм сточных вод может быть существенно больше (до 2.0–3.5 км 2) и подняться к поверхности [9, 5].

Гидрологические параметры вод района в 2017 г. В июне 2017 г. пространственное и вертикальное распределение температуры воды в Севастопольской бухте было характерным для этого времени года [1, 13]. В конце октября наблюдались повышенные значения температуры воды (на 2.0–2.5°C выше среднемноголетних значений) и почти по всей акватории бухты наблюдалось однородное распределение температуры воды по вертикали (гомотермия). Исключение составлял участок у входа в бухту, где в придонном слое наблюдалась адвекция холодных (14.1–14.5°C) и соленых (18.26–18.52‰) вод открытой части Черного моря.

Данные ноябрьской съемки в районе глубоководного выпуска КОС «Южные» в Голубой бухте выявили, что вертикальное распределение температуры воды в районе оголовка диффузора и месте повреждения трубопровода соответствовало переходному периоду от летнего типа вертикальной стратификации температуры воды к зимнему [8, 9]. В результате выхолаживания на поверхности моря сформировался верхний квазиоднородный слой (ВКС) толщиной до 30–35 м с температурой воды 14.1–14.4°C и условной плотностью 13.33–13.37. Затем до глубины 70–75 м температура воды постепенно убывала до 8.6°C. Сезонный пикноклин в результате ветро-волнового и конвективного перемешивания уже был полностью разрушен. Постоянный пикноклин, соответствующий основному галоклину, залегал на глубине 70 м. В районе повреждения трубопровода скорости течений составляли 12–18 см/с при максимальных значениях 13–21 см/с. В целом, распределение плотности в районе сброса КОС «Южные» 7 ноября 2017 г. было таково, что диффузор основного оголовка находился под слоем скачка плотности. В точке повреждения магистрали трубопровода, в условиях слабой стратификации плотности, как показано в [9], загрязненные воды могли достигать поверхности акватории Голубой бухты и растекаться по ней слоем толщиной до 1–2 м.

Гидрохимические условия и загрязнение Севастопольской бухты и вод взморья. В 2016 г. СО ФГБУ «ГОИН» на НИС «Пеленг» выполнило две гидролого-гидрохимические съемки в августе и октябре на взморье Севастополя и в Севастопольской бухте. В 2017 г. сделано 7 съемок с мая по ноябрь на 27 станциях, отобрано 89 проб воды и выполнено 1728 анализов и измерений гидрохимических показателей, таких как растворенный кислород, БПК5, щелочность, формы азота и фосфора, нефтяные углеводороды. Результаты гидрохимических наблюдений сравнивались с имеющимися данными за предыдущие годы и установленными нормативами [10]. Были проанализированы случаи отклонений от характерных/средних значений показателей гидрохимического режима.

Летом и осенью 2016 г. в Севастопольской бухте концентрация кислорода была существенно ниже, чем в предыдущие годы. Наиболее низкая концентрация растворенного кислорода (5.88 мгО2/дм 3, 69% насыщения) наблюдалась в центре бухты на придонном горизонте станции в районе Старосеверной бухты на глубине 17 м при аномально высокой температуре воды 18.1°C. Вероятной причиной наблюдающейся аномалии на этой станции является сброс льяльных вод с судов, выполняющих регулярные перевозки по внутреннему рейду Севастополя. Остальные значения в бухте в 2016–2017 гг. варьировали в диапазоне 7.10–9.96 мгО2/дм 3, что существенно выше норматива ПДК = 6.0 мгО2/дм 3.

В бухте и в водах взморья концентрация фосфора фосфатов варьировала в узком диапазоне 1–8 мкг/дм 3, а общего фосфора — 6–48 мкг/дм 3, что в целом в пределах значений предыдущего периода (табл. 5). Концентрация соединений азота не выходила за границы ранее фиксируемых значений, однако максимальное содержание аммонийного азота в бухте более 2 раз превышало предыдущий экстремум.

 

Таблица 5. Диапазон значений и средняя концентрация биогенных веществ (мкг/дм3) и нефтяных углеводородов (мг/дм3) в морских водах отдельных районов Крыма в 2012–2017 гг.

Район

P-PO4

Ptotal

NH4

NO2

NO3

Ntotal

SiO3

НУ*

Севастопольская бухта, 2012–2015

0–24/6.5

0–39/14.8

0–59/9.6

0–3.1/1.4

2.4–111/33.7

8–241/99

0–0.31/0.07

2016

1–6/3.8

7–28/14.6

0–131/28.8

0–2.7/1.2

13–38/23.4

2017

1.8–19/6.3

8–27/15.7

0–42/14.0

0.2–4.2/1.6

4.6–73.3/27.9

0.01–0.07/0.04

Взморье

Севастополя, 2012–2015

0–22/1.3

11–50/25.1

4.7–80/33.0

0.2–2.4/1.3

1.3–43/14.5

57–83/68.6

0–0.26/0.04

2016

1–8/3.4

6–48/16.0

0–83/28.5

0

17–68/29.2

2017

1–30/5.3

6–51/15.4

0–134/12.4

0–4.1/1.6

0–161/22.6

0.02–0.39/0.08

Порт Ялта,

2012–2015

2–31/8.5

4–37/14.4

3–71/27.1

0.5–6.4/2.5

7–372/72.6

100–3983/1124

41–

1971/347

0–

0.13/0.01

2016

2–19/6.8

4–21/10.3

5–42/14.9

0.5–6.9/2.4

6–190/58.0

219–1771/932

165–3088/1011

0–

0.05/0.01

2017

2–35/8.6

5–45/15.5

9–32/19.6

0.5–13.5/2.9

2–146/37.6

225–2993/1186

117–2439/615

0–

0.03/0.01

Керченский

пролив,

2012–2015

0–40/2.5

0–52/21.7

0–173/35.3

0–9.0/0.6

0–39/5.7

80–1040/493

30–1100/330

0–0.30/0.04

2016

1–36/12.8

14–56/29.5

0–92/29.5

1.0–7.0/2.9

4–55/19.5

90–984/395

30–550/285

0–0.23/0.03

2017

5–9/6.0

10–125/23.3

20–103/32.0

0.3–17.0/4.4

4–31/12.3

50–1020/373

50–680/266

0–0.16/0.04

* Выделены значения выше ПДК.

 

В 2017 г. зафиксированные значения концентрации фосфатов были существенно выше предыдущего года: 1.8–19 мкг/дм 3, в среднем 6.27 мкг/дм 3; 1–30/5.27 мкг/дм 3 в Севастопольской бухте и на взморье соответственно. Аналогичные значения для общего фосфора составили 8–27/15.7 и 6–51/15.4 мкг/дм 3. Повышенная концентрация соединений фосфора была отмечена в районе мыса Лукулл и могла быть связана с влиянием выпуска сточных вод пос. Андреевка.

Содержание аммонийного азота в водах района в 2017 г. в целом было существенно ниже допустимого норматива, а наибольшее значение достигало 134 мкг/дм 3 в бухте Южной недалеко от выпуска сточных вод. В Севастопольской бухте концентрация аммония достигала 42 мкг/л в Троицкой бухте в начале июля.

Проведенные в последнее десятилетие наблюдения в системе мониторинга показали отсутствие превышения уровня ПДК для всех форм биогенных элементов в морской воде даже по максимальным значениям (табл. 5). Зафиксированные средние и максимальные значения концентрации фосфатов в Севастопольских бухтах и на взморье района были в целом немного пониженными по сравнению с Керченским проливом и особенно с водами акватории порта Ялта. Однако величины общего фосфора очевидно были намного более высокими в проливе, а наименьшими в порту Ялта и в Севастопольской бухте. Содержание различных форм азота в водах Крыма было примерно одинаковым в контролируемых районах. При этом следует отметить существенно более высокие показатели нитратов и силикатов в водах Ялты, возможно из-за близкой к точке отбора проб устьевой области двух местных рек — Дерекойки (Быстрой) в кутовой части порта и Учан-Су (Водопадной) недалеко от конца волнолома.

В 2017 г. величина БПК5 изменялась в пределах от 0.15 до 3.66 мгО2/дм 3, при этом норматив был превышен в трех пробах из района ГРЭС и Троицкой бухты. Это может быть следствием высокого содержания растворенного органического вещества в водах. На взморье Севастополя содержание органики в морских водах превышало норматив в 14 пробах из 53 проанализированных (26.4%). Максимум достигал 4.06 мгО2/дм 3 в поверхностном слое вод у мыса Форос в первой декаде июля, а среднее значение составило 2.19 мгО2/дм 3. Высокие значения БПК5 также наблюдались в районе выпуска сточных вод пос. Андреевка, вблизи устьев рек Бельбек и Кача, оголовков КОС «Северная» и «Южная», взморье Балаклавской бухты и в Камышовой бухте. Превышение ПДК наблюдалось и на станциях по периметру Гераклейского полуострова, у мыса Фиолент и Херсонес. В районе Мартыновой бухты повышенное содержание органических веществ, вероятно, связано с расположенным здесь аварийным выпуском КОС и с мидийной фермой, также являющейся донором легкоокисляемой органики.

В июне-июле 2017 г. загрязнение поверхностных вод Севастопольской бухты нефтяными углеводородами изменялось в диапазоне 0.01–0.07 мг/дм 3, в среднем 0.04 мг/дм 3 (табл. 5). Максимальная величина (1.4 ПДК) была отмечена в центре бухты на судоходном фарватере. На Севастопольском и Балаклавском взморье в мае-июне содержание нефтяных углеводородов в 20 проанализированных пробах было намного выше и варьировало в пределах 0.02–0.39 мг/дм 3, в среднем 0.076 мг/дм 3 (1.5 ПДК). В 65% проб концентрация НУ равнялась или превышала ПДК = 0.05 мг/дм 3. Максимум (7.8 ПДК) был отмечен в придонном слое на глубине 32 м у аэропорта Бельбек. Другие высокие значения были отмечены у Василевой балки (4 ПДК) и у пос. им. Полины Осипенко (3 ПДК). В предыдущие годы в рамках системы мониторинга концентрация нефтяных углеводородов была исследована в 2015 г. и составляла в среднем в водах взморья Севастопольского района 0.11 мг/дм 3 при максимуме 0.26 мг/дм 3 (5 ПДК). В Севастопольской бухте эти величины составили 0.07 и 0.31 мг/дм 3 соответственно. В 2012 г. соответствующие значения концентрации НУ на взморье составляли 0.014 и 0.033 мг/дм 3. В целом, нефтяное загрязнение вод Севастопольского района находится примерно на уровне 1–2 ПДК, однако максимальные значения существенно выше и достигали 8 ПДК.

ВЫВОДЫ

  1. Определены основные источники загрязнения вод взморья и бухт Севастополя сточными водами, объемы сбрасываемых стоков и степень их очистки; обследовано состояние выпусков сточных вод.
  2. Анализ большого массива регулярных инструментальных наблюдений за течениями на автоматических буйковых станциях и исследования вертикальной стратификации вод показали высокую повторяемость слабых течений (0–4 см/с) в месте повреждения подводного выпуска сточных вод в Голубой бухте в 2017 г. и относительно невысокие изменения плотности вод с глубиной.
  3. Распространение зон загрязнения зависит от наличия/отсутствия стратификации и скорости течения. Для прогноза распространения загрязнения из подводного выпуска были использованы результаты численного моделирования, согласно которым малая скорость в месте выпуска и отсутствие существенной стратификации могут обусловить подъем загрязненных вод на поверхность, в т. ч. вблизи берега.
  4. Проведенные мониторинговые съемки 2016–2017 гг. позволили зафиксировать повышенное содержание в водах района соединений фосфора, органических веществ (по величине БПК5) и нефтяных углеводородов, концентрация которых в целом ряде проб превышала ПДК. Поскольку воды взморья значительно более загрязнены нефтяными углеводородами, сделано предположение о преобладающем значении судоходства в определении уровня загрязнения вод района по этому параметру.

Источник финансирования. Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 17-05-41101 РГО_а «Определение природных гидролого-гидрохимических и антропогенных факторов влияния на качество вод прибрежных акваторий Черного моря у Крыма и Кавказа и разработка практических рекомендаций по снижению антропогенной нагрузки на морские экосистемы»).

V. M. Gruzinov

State Oceanographic Institute

Author for correspondence.
Email: matelot@bk.ru

Russian Federation, Moscow

N. N. Dyakov

State Oceanographic Institute

Email: matelot@bk.ru

Russian Federation, Moscow

I. V. Mezenceva

State Oceanographic Institute

Email: matelot@bk.ru

Russian Federation, Moscow

Yu. A. Malchenko

State Oceanographic Institute

Email: matelot@bk.ru

Russian Federation, Moscow

N. V. Zhohova

State Oceanographic Institute

Email: matelot@bk.ru

Russian Federation, Moscow

A. N. Korshenko

State Oceanographic Institute

Email: matelot@bk.ru

Russian Federation, Moscow

  1. Атлас океанографических характеристик Севастопольской бухты. Севастополь: ЭКОСИ-Гидрофизика, 2010. 320 с.
  2. Бондур В. Г. Аэрокосмические методы в современной океанологии // Новые идеи в океанологии / Отв. ред. Виноградов М. Е., Лаппо С. С. М.: Наука, 2004. С. 55-117.
  3. Бондур В. Г., Гребенюк Ю. В. Дистанционная индикация антропогенных воздействий на морскую среду, вызванных заглубленными стоками: моделирование, эксперименты // Исследование Земли из космоса. 2001. № 6. C. 49-67.
  4. Гидрометеорологические условия морей Украины. Т. 2. Черное море. Севастополь: ЭКОСИ-Гидрофизика, 2012. 421 с.
  5. Дулов В. А., Юровская М. В., Козлов И. Е. Прибрежная зона Севастополя на спутниковых снимках высокого разрешения // Морской гидрофизический журнал. 2015. № 6. С. 43-60.
  6. Еремеев В. Н., Коновалов С. К. Устойчивость и эволюция океанологических характеристик экосистемы Черного моря. Севастополь: ЭКОСИ-Гидрофизика, 2012. 357 c.
  7. Иванов В. А., Белокопытов В. Н. Океанография Черного моря. Севастополь: МГИ, 2011. 212 с.
  8. Иванов В. А., Овсяный Е. И., Репетин Л. Н. и др. Гидролого-гидрохимический режим Севастопольской бухты и его изменения под воздействием климатических и антропогенных факторов. Севастополь: МГИ НАН Украины, 2006. 90 с.
  9. Иванов В. А., Фомин В. В. Численное моделирование заглубленного стока в прибрежной зоне Гераклейского полуострова // Морской гидрофизический журнал. 2016. № 6. С. 89-103.
  10. Качество морских вод по гидрохимическим показателям. Ежегодник 2015 / Под ред. Коршенко А. Н. М.: Наука, 2016. 184 с.
  11. Ломакин П. Д., Чепыженко А. И., Чепыженко А. А. Оценка концентрации полей суммарной взвеси и растворенного органического вещества в бухтах крымского побережья на основе данных оптических измерений // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь: ЭКОСИ-Гидрофизика, 2007. Вып. 15. С. 168-176.
  12. Мезенцева И.В., Мальченко Ю. А. Комплексный подход в организации мониторинга загрязнения морских вод в прибрежных акваториях Севастополя // Тр. ГОИН. Вып. 216. Исследования океанов и морей. Обнинск: Артифекс, 2015. С. 326-339.
  13. Репетин Л. Н. Пространственная и временная изменчивость температурного режима прибрежной зоны Черного моря // Экол. безопасность приб. и шельф. зон и комплексное исследование ресурсов шельфа. Сб. научн. тр. НАН Украины, МГИ, ИГН, ОФ ИнБЮМ. Севастополь, 2012. Т. 1. Вып. 26. С. 99-116.
  14. Скопинцев Б. А. Формирование современного химического состава вод Черного моря. Л.: Гидрометеоиздат, 1975. 336 с.
  15. Трощенко О. А., Ерёмин И. Ю., Субботин А. А. и др. Термохалинная структура вод на взморье Севастополя и ее влияние на основные параметры продукции мидийной фермы // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь: ЭКОСИ-Гидрофизика, 2007. Вып. 15. С. 110-119.

Supplementary files

Supplementary Files Action
1. Fig. 1. Outlets of various effluents in the region of the city of Sevastopol: at metro station Khersones (above) and Sevastopol Bay (below). View (2MB) Indexing metadata
2. Fig. 2. Rose of repeatability (%) of the flow velocity in the directions. Blue Bay Area, background station 25-a (ABS-238), horizon 10 m. View (819KB) Indexing metadata

Views

Abstract - 25

PDF (Russian) - 16

Cited-By


PlumX

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2019 Russian academy of sciences

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies