Известия РАН. Серия географическая, 2022, T. 86, № 5, стр. 763-778

ВВЕДЕНИЕ

Существование человечества всегда было связано с использованием воды. В процессе ее использования часть воды расходуется безвозвратно для водных источников – в основном испаряется, а также входит в состав продукции, фильтруется в глубокие подземные горизонты. Остальная часть после использования сбрасывается в реки и водоемы в виде сточных вод в промышленности, хозяйственно-бытовом секторе или возвратных вод с орошаемых полей. В водозаборе доля безвозвратного расхода колеблется в широких пределах в зависимости от вида и эффективности использования воды и природных условий. В промышленности она составляет в среднем 5–15%, в хозяйственно-бытовом секторе 10–15%, в орошаемом земледелии 60–80%. Соответственно доля сточных и возвратных вод (совокупно СВ) оценивается в размере среднем 85–95, 85–90 и 20–40%. В южных районах с большим дефицитом влажности воздуха доля безвозвратного расхода выше, а СВ ниже, чем в северных районах (Водные …, 2008).

СВ – одна из главных причин качественного истощения водных ресурсов, поскольку обычно содержат различные загрязняющие водную среду вещества. В составе промышленных сточных вод это чаще всего соединения различных металлов, нефтепродукты, фенолы, сульфаты, взвешенные вещества и др., многие из которых являются токсичными для водных экосистем. Негативно влияет на водные экосистемы и их тепловое загрязнение, источником которого в первую очередь становятся подогретые воды ТЭС (тепловых электростанций), если они предварительно не направляются на пруды-охладители. В хозяйственно-бытовых сточных водах содержатся биогенные вещества, которые приводят к эвтрофикации водоемов, поверхностно-активные вещества (ПАВ), лекарственные препараты и другие ингредиенты, негативно влияющие на гидробионты. В составе возвратных вод с орошаемых полей обычны различного рода ядохимикаты, биогенные вещества, входящие в состав удобрений. Кроме СВ, загрязнению рек и водоемов способствует диффузное (неконтролируемое, распределенное по территории) загрязнение, поступающее в реки и водоемы с поверхностным и подземным стоком с водосборов. С диффузным стоком в водные объекты попадают удобрения и ядохимикаты с сельскохозяйственных полей, а в городах и в промышленных зонах – практически весь набор элементов из таблицы Менделеева.

Вносит свой вклад в качественное истощение водных ресурсов и непосредственно поступающие в водные объекты загрязненные атмосферные осадки. Но в данной статье мы рассматриваем лишь СВ.

Конечно, есть более и менее загрязненные СВ. Есть даже те, которые условно считаются чистыми. Вообще все СВ делятся на две категории: нормативно-очищенные, загрязненные, в том числе без очистки¹¹. В ежегодном справочнике Государственного гидрологического института²² деление таково: нормативно-чистые, нормативно-очищенные, загрязненные и без очистки, загрязненные недостаточно очищенные. К нормативно-чистым относятся воды, отведение которых в водные объекты без очистки не приводит к нарушениям норм качества вод в контролируемом створе. К нормативно-очищенным относятся воды, прошедшие очистку в соответствии с установленными нормами предельно допустимых сбросов в водные объекты (согласно действующим правилам охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами). К загрязненным относятся воды, содержание загрязняющих веществ в которых превышает предельно допустимые концентрации (ПДК). Указанное деление достаточно условно. В подтверждение этого можно привести следующий пример. В 1987–1988 гг. у нас в стране были пересмотрены стандарты отнесения тех или иных СВ к отдельным категориям загрязненности (в сторону ужесточения), в частности, часть нормативно-очищенных и нормативно-чистых вод была переведена в категорию загрязненных. Не учитывая этого обстоятельства, в работе (Лемешев, 1991) была проведена следующая динамика загрязненных СВ в СССР, км³ в год: 1985 – 16, 1988 – 29, то есть увеличение на 80% всего за три года. Аналогично показана динамика по России: 1985 год – 12 км³, 1990 – 27.8 км³, но уже в Российском статистическом ежегоднике³³ 1994 г., что трактовалось как стремительное нарастание загрязнения рек и водоемов. В действительности же за период с середины 1960-х годов, когда появилась относительно надежная статистика, и до 1986 г., то есть до указанного пересмотра стандартов, объем загрязненных СВ сократился в 1.6 раза, а их удельный вес в составе отводимых после использования вод снизился с 28 до 15%. При этом объем вод, сброшенных без очистки, уменьшился почти вдвое, а объем недостаточно очищенных сократился на 30%. То есть в действительности ситуация диаметрально противоположная той, что указывалась в приведенных источниках. Помимо иллюстрации известной условности отнесения СВ в ту или иную категорию, следует важный вывод о неоднородности информации об отдельных категориях СВ за весь период определения их объемов. Поэтому в данной статье мы анализируем данные по СВ лишь за последние десятилетия (в период без изменений в классификации СВ).

Следует отметить, что значимую роль в улучшении водохозяйственной статистики, включая информацию об СВ в нашей стране, сыграло введение обязательной отчетности основными водопотребителями по форме 2-ТП (ВОДХОЗ). Однако форма отчетности 2-ТП (ВОДХОЗ) составляется предприятиями самостоятельно, и достоверность такой исходной информации Росприроднадзором в должной мере не контролируется. К тому же данные формы 2-ТП (ВОДХОЗ) характеризуют лишь часть источников загрязнения: не контролируются диффузные источники, которые для ряда водных объектов, например, в бассейне р. Волги, превышают объем загрязнений от контролируемых точечных источников (Кирпичникова, 1991).

Тем не менее сведения, собранные по этой форме, обобщались в различных справочниках, монографиях и статьях. Назовем лишь некоторые, в которых приводятся сведения о СВ: “Антропогенные воздействия на водные ресурсы России и сопредельных государств в конце XX столетия” (2003), “Водный кадастр”, Воды России (состояние, использование, охрана) (1997–2002 гг.), Государственный доклад “О состоянии и использовании водных ресурсов Российской Федерации в 2017 году”, А.П. Демин (2017), Н.И. Коронкевич и др. (1998), М.И. Львович (1974). В итоге имеется очень большой материал по СВ, но в значительной мере он требует обновления, недостаточно полно интерпретируются пространственно-временные закономерности распределения СВ по территории. Опираясь на самые последние исходные данные по субъектам РФ и федеральным округам, содержащиеся в Водном кадастре⁴⁴ и в справочнике⁵⁵, в данной статье предпринята попытка отчасти устранить эти пробелы применительно к территории европейской части страны.

ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Работа в значительной мере базируется на данных о водозаборе, во многом определяющем объем сточных и возвратных вод¹. Помимо общего количества СВ использовались данные по сбросу нормативно-очищенных и неочищенных СВ, сведения о величине общего стока (местного и транзитного), приводимых Государственным гидрологическим институтом², численности населения и площади территории. Основные территориальные операционные единицы, входящие в состав европейской части страны, – федеральные округа: Северо-Западный, Центральный, Приволжский, Южный, Северо-Кавказский и входящие в них субъекты РФ.

Учитывая наличие данных, рассмотрены современный период на уровне 2017 г. и динамика изменения объемов водозабора и СВ с 1990 (период наибольшего антропогенного воздействия на водные ресурсы) по 2017 г.

В работе используются метод географо-гидрологического анализа исходных данных, включающий картографическое отображение складывающейся ситуации с распределением СВ по территории.

Один из способов косвенной оценки качественного состояния водных объектов – анализ кратности разбавления СВ. На основании (Антропогенные …, 2003) была принята следующая шкала (табл. 1).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Общий объем сточных и возвратных вод по данным для всех федеральных округов на территории европейской части страны на уровне 2017 г. составил 32 км³/год при водозаборе 52 км³/год. Как следует из рис. 1, в 2017 г. наибольшим объемом водозабора характеризуется Южный ФО (23% от общей величины на европейской территории страны). Меньше всего доля водозабора в Приволжском ФО (около 15%). Наибольший объем сточных и возвратных вод в Северо-Западном ФО (более 30%), наименьший – в Северо-Кавказском ФО (немногим более 10%).

Рис. 1.

Доля объема водозабора и СВ по федеральным округам от общего их объема на Европейской территории России в 2017 г.

Объем и характер загрязнения сточных и возвратных вод во многом зависят от структуры использования воды, представленной на рис. 2. Из его анализа следует, что в 4 из 5 федеральных округов (кроме Северо-Кавказского) преобладает использование воды на производственные нужды, причем в Северо-Западном ФО оно составляет 92%. На хозяйственно-питьевые нужны больше всего используется воды в Центральном ФО (30%), а в Северо-Западном и Северо-Кавказском ФО меньше 10%. Наибольшее количество воды на орошение (49%) используется в Северо-Кавказском ФО ввиду природно-климатических условий и характера экономики округа. В Южном ФО эта доля вдвое меньше, в остальных округах оно незначительно (меньше 3%).

Рис. 2.

Структура водопользования в федеральных округах.

По отношению водозабора и объема СВ к среднему многолетнему стоку значительно выделяется Северо-Кавказский ФО (соответственно 40 и 12% согласно рис. 3). Меньше всего это отношение в Северо-Западном ФО. То есть вырисовывается общая картина увеличения нагрузки на водные ресурсы в направлении с севера на юг. Это особенно хорошо видно на примере субъектов РФ, что наглядно иллюстрирует рис. 4, на котором представлено отношение СВ к величине среднего многолетнего стока (местного и транзитного). Исключением из этого правила является Мурманская область за счет интенсивного развития здесь горнодобывающей промышленности. В Ставропольском и Краснодарском краях это соотношение наибольшее – свыше 39 и 17% соответственно.

Рис. 3.

Отношение объемов водозабора (1) и сброса СВ (2) за 2017 г. к величине среднего многолетнего стока.

Рис. 4.

Отношение объема СВ в 2017 г. к величине среднего многолетнего стока в субъектах РФ, %.

При оценке соотношения водозабора и величины речного стока следует иметь в виду, что значительная часть водозабора осуществляется из подземных вод. Но, как представляется, отбор подземных вод приводит к уменьшению речного стока за счет усиленной инфильтрации речных вод в местах этого отбора. Сброс же сточных и возвратных вод на европейской территории страны в основном осуществляется в реки и проточные водоемы. По-видимому, более существенные корректировки в представленные соотношения вносят водозабор из морей и сброс в них использованных вод. Но это в ЕТР носит локальный характер и в основном относится к территориям, прилегающим к Балтийскому, Азовскому, Каспийскому и Черному морям.

Как следует из рис. 5а, наибольший объем СВ за 2017 г., приходящийся на единицу площади, имеет место в Краснодарском (53 тыс. м³/м²) и Ставропольском (35 тыс. м³/м²) краях, а наименьший в Ненецком АО (12.7 м³/м²). Больше всего сточных и возвратных вод на душу населения (рис. 5б) за 2017 г. отмечается или регистрируется в Ленинградской (3038 м³), Костромской (2890 м³) и Мурманской (2030 м³) областях, меньше всего – в Чеченской Республике (4.8 м³) и Республике Ингушетия (5.6 м³), также довольно низкие значения этого показателя в Мордовии (35 м³), Кабардино-Балкарии (41 м³), Волгоградской (46 м³) и Брянской (61 м³) областях, в Ненецком АО (51 м³).

Рис. 5.

Объем СВ, приходящийся на единицу площади (а) и душу населения (б) в субъектах РФ.

Рис. 5.

Окончание

По процентному соотношению загрязненных СВ от общего количества сточных и возвратных вод за 2017 г. лидирует Центральный ФО. Загрязненные СВ в округе составляют 45% (рис. 6). Меньше всего доля загрязненных СВ в общем количестве СВ наблюдается в Северо-Кавказском ФО и составляет 11%.

Рис. 6.

Доля загрязненных СВ от общего их объема, %.

Рассматривая долю загрязненных СВ в общем количестве СВ в разрезе субъектов за 2017 г. (рис. 7), можно отметить процентное преобладание загрязненных СВ во многих субъектах ЦФО и ПФО. В Центральном ФО из 18 субъектов только в четырех доля ниже 50% (Воронежская (48%), Курская (14%), Тверская (7%) и Костромская (2%) области).

Рис. 7.

Доля загрязненных СВ от общего объема СВ в субъектах РФ.

Рис. 7.

Окончание

В Приволжском ФО из 14 субъектов только в шести доля ниже 50% (Нижегородская область (46%), Пензенская область (46%), Чувашская Республика (33%), Пермский край (20%), Оренбургская область (12%), Саратовская область (5%)).

Субъекты с процентным соотношением загрязненных СВ, превышающем 90%: Владимирская область (97%), Калужская область (92%), Орловская область (91%), Тульская область (98%), Ярославская область (99%), Калининградская область (91%), Республики Ингушетия (100%), Карачаево-Черкессия (91%), Мордовия (93%).

Несмотря на то, что Северо-Кавказский ФО в целом имеет наименьшую долю загрязненных СВ среди пяти федеральных округов, абсолютный максимум отмечается в этом округе (Республика Ингушетия).

Во всех пяти федеральных округах и особенно в Центральном отмечается преобладание загрязненных СВ над нормативно очищенными. Это свойственно и большинству субъектов РФ.

Какова же кратность разбавления СВ ресурсами общего речного стока? Сразу нужно отметить, что по данной характеристике отсутствуют такие субъекты как города федерального значения Москва, Санкт-Петербург и Севастополь, так как данных по годовым сбросам нет, соответственно, расчет невозможен. Из рис. 8 в соответствии с категориями разбавления из табл. 1 отчетливо видно, что хуже всего разбавляются загрязненные СВ в Московской области (кратность разбавления составляет всего 17 раз), а также в субъектах южных округов РФ, но к классу сильно загрязненных вод с кратностью разбавления <10 воды ни одного из субъектов не относятся. К классу средне загрязненных с кратностью разбавления 10–50 раз относятся воды пяти субъектов: Московская область, Белгородская область, Ставропольский край, Краснодарский край и Республика Крым. Относительно чистыми водами с кратностью разбавления более 1000 раз характеризуются 9 регионов из исследуемых федеральных округов: Ненецкий АО, Архангельская область, Республика Чувашия, Саратовская область, Ульяновская область, Волгоградская область, Астраханская область и Костромская область, остальные – слабо загрязненными с кратностью разбавления 50–1000 раз. Такова обобщенная картина по субъектам РФ, но практически в каждом из них имеются районы с высокой степенью загрязнения рек и водоемов. В целом можно констатировать, что большая часть водных объектов на европейской территории страны в той или иной степени загрязнена. И это не учитывая диффузного и других видов загрязнения. С их же учетом картина неудовлетворительного состояния рек и водоемов на европейской территории страны становится еще более очевидной, что подтверждается данными непосредственного определения качества вод (Черногаева и др., 2019)⁶⁶.

Рис. 8.

Кратность разбавления загрязненных СВ в субъектах РФ за 2017 г.

Если сравнивать 2017 г. с более ранними годами, то выявляется четко выраженная тенденция снижения объемов водозабора и сброса сточных и возвратных вод в целом для европейской части страны (рис. 9). Так, с 1990 по 2017 г. водозабор снизился с 92 до 53 км³/год, а объем сточных вод с 58 до 32 км³, то есть почти в 1.8 раза. По отдельным федеральным округам ситуация несколько иная. Так, при общей тенденции снижения объемов СВ некоторым исключением является Южный ФО (рис. 10), где с 2015 г. отмечается их рост, что, скорее всего, связано вхождением Республики Крым и города Севастополя в состав Российской Федерации, впрочем, сменившийся затем резким снижением.

Рис. 9.

Изменение объемов водозабора и сброса СВ на Европейской территории России.

Рис. 10.

Динамика объемов сброса СВ по федеральным округам за 2000–2017 гг.

В целом же общее уменьшение объемов СВ не привело к кардинальному улучшению качества вод рек и водоемов.

Пути уменьшения ущерба, наносимого сбросом сточных и возвратных вод в реки и водоемы. В настоящее время основным направлением уменьшения ущерба, наносимого сбросом СВ, является их очистка. Конечно, этот подход заслуживает всемерной поддержки и далее. Но даже наиболее совершенная биологическая очистка не устраняет всех загрязняющих веществ, содержащихся в СВ. К тому же большинство применяемых методов очистки еще менее эффективно, и даже нередки случаи, когда очистные сооружения сами служат источником загрязнения водных объектов из-за устаревшего оборудования, нехватки специальных веществ и финансирования. Поэтому рост числа очистных сооружений не приводит к существенному улучшению качества воды в реках и водоемах. Помимо улучшения качества очистки, для кардинального решения проблемы качественного истощения водных ресурсов, видимо, нужны и “более радикальные меры”. Они, в частности, предлагались еще в работах А.И. Львовича (1977) и М.И. Львовича (1974), Р. Рандольфа (1987), Б. Н. Ласкорина (1981). Их суть заключается во всемерном недопущении попадания даже так называемых очищенных СВ в реки и водоемы на основе оборотного, повторного их использования и, главным образом, развития безотходного производства.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В 2017 г. наибольшее антропогенное воздействие на водные ресурсы имело место в Южном ФО по водозабору, а в Северо-Западном ФО по объему сточных и возвратных вод, главным образом от промышленных предприятий. Промышленный сектор является основным водопользователем на европейской части России.

В отношении объема СВ к величине общего (местного и транзитного) речного стока в целом прослеживается его увеличение с севера и юг. Похожая тенденция имеет место и по отношению объема СВ, приходящегося на единицу площади рассматриваемых регионов. А вот закономерности зональной пространственной дифференциации объема СВ в расчете на душу населения прослеживаются слабо. Это связано, главным образом, с относительно невысокой заселенностью северных регионов при довольно большом их промышленном освоении.

Во всех пяти федеральных округах в пределах европейской территории страны велика доля загрязненных СВ в составе общего сброса (особенно в ЦФО, где она близка к 50%), а больше всего нормативно-очищенных вод сбрасывается в Пpиволжском ФО.

Наименьшая кратность разбавления загрязненных СВ ресурсами речного стока отмечается на юге Европейской территории России, что обусловлено, в основном, небольшими водными ресурсами.

За последние десятилетия после 1990 г. объем водозабора, сточных и возвратных вод снизился почти в два раза, однако, судя по сравнительно небольшой кратности их разбавления ресурсами речного стока загрязнение рек и водоемов в большинстве субъектов на европейской территории страны остается довольно существенным, особенно в тех областях, где отсутствует транзитный сток. Напротив, в таких субъектах как Астраханская область, с незначительными местными ресурсами, ситуация существенно улучшается за счет притока транзитных вод, в данном случае волжских. В целом же, судя по кратности разбавления СВ ресурсами стока можно констатировать неудовлетворительное качество вод рек и водоемов на значительной части европейской территории страны, что подтверждается и данными непосредственного определения качества воды.

Одним из направлений дальнейших исследований является оценка соотношения вклада точечного (СВ) и диффузного загрязнения в качественное истощение водных ресурсов, в том числе в основных речных бассейнах страны, а также определение более эффективных путей улучшения качества вод с учетом природных и хозяйственных особенностей регионов.