Известия РАН. Серия географическая, 2023, T. 87, № 2, стр. 264-279

Оценка антропогенной нагрузки на водные объекты бессточной области Обь-Иртышского междуречья

И. Д. Рыбкина a*, Н. В. Стоящева a, Н. Ю. Курепина a, А. В. Головин a, Е. Ю. Седова a, О. В. Машкина b

a Институт водных и экологических проблем СО РАН
Барнаул, Россия

b ACTeon, French consulting and research company
Кольмар, Франция

* E-mail: irina.rybkina@mail.ru

Поступила в редакцию 07.06.2022
После доработки 22.08.2022
Принята к публикации 28.12.2022

Полный текст (PDF)

Аннотация

Оценка антропогенной нагрузки на малые реки бессточной области Обь-Иртышского междуречья выполнена по показателям прямых (организованных) и косвенных (диффузных) воздействий. Для оценки выбраны методики, которые прошли апробацию в географических и гидрологических исследованиях. Детализация и верификация полученных результатов оценки осуществлена с применением данных дистанционного зондирования, полевых исследований, химико-аналитических и статистических методов. Оценка показала, что преобладают источники диффузного загрязнения водных объектов: территории сельских населенных пунктов, животноводческие фермы (комплексы), участки выгула домашнего скота и птицы, свалки хозяйственно-бытового мусора и твердых коммунальных отходов. Отмечается бόльший уровень нагрузки в пределах бессточной области Алтайского края в сравнении с Новосибирской областью, что связано с более интенсивным развитием аграрного сектора региона. Инвентаризация источников антропогенных воздействий методами дистанционного зондирования выявила трудности определения действующих объектов и видов их использования, несовпадение количества животноводческих комплексов, выделенных с помощью реестра организаций и путем визуального дешифрирования космических снимков. Анализ расчетных данных нагрузок фосфора и азота на отдельные водные объекты подтвержден оценками, проведенными на основе результатов полевых гидрологических и гидрохимических исследований.

Ключевые слова: водосборные территории, инвентаризация источников загрязнения, животноводческие комплексы, нагрузка фосфора и азота, гидрохимический анализ, дистанционное зондирование

АКТУАЛЬНОСТЬ

Возрастающие антропогенные нагрузки на водные объекты и их водосборные территории (речные и озерные бассейны) находят отражение в характеристиках водных ресурсов, которые используются в хозяйственно-питьевых и производственных целях. В связи с этим крайне важно научиться регулировать воздействия.

В гидрологии и географии существуют различия в подходах к оценке антропогенных воздействий на водные объекты. В географии, ландшафтной экологии и биогеохимии под антропогенной нагрузкой чаще всего подразумевают количественную меру воздействия человека, его экономической деятельности на ландшафты, компоненты окружающей среды и водосборные территории. При этом используются показатели именно воздействия – численность и плотность населения, распаханность территории, животноводческая нагрузка, соотношение площадей природных и антропогенно-преобразованных ландшафтов, привнос удобрений и химикатов и др. (Исаченко, 1997, 2001; Кочуров, 2003; Кочуров и др., 2016; Отто, Оточкина, 2016; Оценка …, 1985; Рыбкина, 2005; Сороковикова, 1993; и др.). В сравнительном анализе, как правило, применяются балльная оценка или нормирование количественных показателей воздействия.

В гидрологии антропогенные воздействия изучаются с позиций изъятия водных ресурсов и сброса сточных вод, оценки качества вод и уровня загрязнения водных объектов, изменения их гидрологического режима и водности (Водные …, 2008; Данилов-Данильян, Лосев, 2006; Демин и др., 2015; Королев и др., 2007; Коронкевич, Мельник, 2015; Корытный, Безруков, 1990; Потапов, 2000; Румянцев и др., 2021; Селезнев, 2021; Селезнева, 2003; Стоящева, 2015; Шикломанов, 1979, 1989; Ясинский и др., 2020). Список работ обширен, научное обобщение результатов представлено в работе Н.И. Коронкевича с авторами (2017).

Рассматриваются как традиционные антропогенные воздействия (гидротехническое строительство, водозабор на различные цели), так и косвенные, осуществляемые на водосборах через почву, растительность, рельеф. Всю совокупность антропогенных воздействий можно условно разделить на прямые (организованные) и косвенные (опосредованные), точечные и диффузные, сосредоточенные и рассредоточенные. Большинство исследователей сходится во мнении о том, что диффузные (рассредоточенные) источники могут оказывать весьма существенное воздействие, а в некоторых случаях и определяющее влияние на качество воды в поверхностных и подземных водных источниках (Данилов-Данильян и др., 2020). При этом сокращение объемов сбрасываемых вод не ведет к адекватному улучшению качества вод, и состояние большинства водных объектов остается неудовлетворительным (Демин, 2020).

Для анализа и оценки прямых воздействий и диффузного стока с водосборов речных бассейнов разработаны методические приемы, позволяющие учесть нагрузку на водные объекты через коэффициенты изъятия или использования вод, кратности разбавления сточных вод ресурсами речного стока, водного стресса, показатели стока биогенных элементов и др. В настоящей работе предпринята попытка объединить указанные подходы, используя современные методы анализа (статистический, дистанционного зондирования, полевых исследований, химико-аналитический и другие).

Объектом исследования выступили речные бассейны Обь-Иртышского междуречья на территории общей площадью порядка 190 тыс. км2 в пределах Новосибирской области и Алтайского края. Отметим, что реки междуречья имеют слабую степень изученности и охвата гидрометеорологическими наблюдениями. Основные из них – рр. Каргат, Чулым, Карасук, Кучук, Кулунда, Бурла – отличаются незначительной водностью, протекают по засушливой территории и впадают в бессточные озера, образуя озерно-речные системы междуречья, самыми крупными из которых являются системы озер Чаны и Кулундинское (Цимбалей, Андреева, 2015). Многолетнее использование территорий этих бассейнов в сельскохозяйственных целях накладывает определенный отпечаток на особенности антропогенных воздействий и качество воды водных объектов.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Любой бассейн реки представляет собой систему, взаимосвязь между элементами которой обеспечивает речной поток, а качество воды, в свою очередь, зависит от процессов, происходящих на всем водосборе. Антропогенное воздействие на водные объекты складывается из прямой нагрузки, обусловленной забором воды и сбросом сточных вод в водные объекты, а также косвенной, связанной с хозяйственной деятельностью на территории водосборного бассейна.

Прямые воздействия определялись на основе расчета коэффициента использования водных ресурсов и показателя водного стресса [water stress (Global water …, 2014; Schlosser et al, 2014; WWAP, 2015)], а также нагрузки сточными водами через определение кратности разбавления сточных вод или в английской интерпретации – ratio dilution (Королев и др., 2007; Орлов и др., 2014; Селезнева, 2003; Bibikova, 2011). Коэффициент использования водных ресурсов – это отношение забора воды из поверхностных водных источников к доступным возобновляемым водным ресурсам (среднемноголетние, а также минимальные значения речного стока). Если коэффициент менее 10%, то водный стресс не наблюдается, от 10 до 20% – существует слабая нехватка воды, 20–40% – умеренная, превышение 40% означает высокий уровень вододефицита (Данилов-Данильян, Лосев, 2006). Показатель нагрузки сточными водами – кратность разбавления сточных вод – определялся как отношение объема речного стока реки-приемника к объему сточных вод (число раз).

Количественные показатели, характеризующие современное водопользование на территории муниципальных образований Обь-Иртышского междуречья, предоставлены в выписке из государственного водного реестра (ГВР), подготовленной отделами водных ресурсов по Алтайскому краю и Новосибирской области Верхне-Обского бассейнового водного управления (БВУ).

Косвенные воздействия на водные объекты оказывают антропогенные нагрузки на водосборе, являющиеся следствием заселенности и хозяйственной освоенности территории, специализации экономики. В основе оценки уровня антропогенной нагрузки (АН) на водосборную территорию положена методика А.Г. Исаченко (2001), существенно дополненная и переработанная авторами (Рыбкина и др., 2011). При этом использованы такие показатели, как плотность населения на водосборе, плотность промышленного производства [по (Одессер, 1991)] (объем производимой промышленной продукции в тыс. руб., приходящийся на 1 км2), а также сельскохозяйственная освоенность, включая распаханность (%) и животноводческую нагрузку (количество условных голов крупного рогатого скота (КРС) на 1 км2). Методика прошла апробацию на территории бассейнов рр. Оби, Иртыша, Енисея, Ангары, полученные на ее основе результаты одобрены водохозяйственными структурами субъектов Федерации и территориальными органами Росводресурсов, вошли в состав отдельных проектных документов.11

Расчеты всех величин производились с административной привязкой в границах водосборных бассейнов. Используемые показатели сгруппированы по видам антропогенных воздействий – демографических, промышленных и сельскохозяйственных. Поскольку регион исследования имеет аграрную направленность, а промышленность представлена главным образом переработкой сельскохозяйственного сырья, приоритетными являются демографические и сельскохозяйственные показатели. Из-за монотонности аграрного воздействия весовые коэффициенты дополнительно не вводились, в расчетах использованы величины, определяющие интенсивность земледельческой (распаханность) и животноводческой нагрузок. Итоговая сельскохозяйственная нагрузка представляет собой их среднеарифметическое значение в баллах. Совокупная антропогенная нагрузка рассчитывается как среднеарифметическое значение баллов трех видов воздействия. Для каждого из показателей принимается условная восьмибалльная шкала интенсивности (табл. 1). Интенсивность антропогенной нагрузки варьирует от категории “незначительная или отсутствует” (1 балл) до “очень высокая” (8 баллов).

Таблица 1.  

Шкала основных показателей антропогенной нагрузки

Показатель Уровень нагрузки (баллы)
незначительная или отсутствует (1) очень низкая (2) низкая (3) пониженная (4) средняя (5) повышенная (6) высокая (7) очень
высокая (8)
Плотность населения, чел./км2 0 ≤ 0.1 0.2–1.0 1.1–5.0 5.1–10.0 10.1–25.0 25.1–50.0 >50.0
Распаханность, % 0 ≤ 0.1 0.2–1.0 1.1–5.0 5.1–15.0 15.1–40.0 40.1–60.0 >60.0
Животноводческая нагрузка, усл. гол./км2 0 ≤ 0.1 0.2–1.0 1.1–2.0 2.1–3.0 3.1–6.0 6.1–10.0 >10.0
Плотность промышленного производства, тыс. руб./ км2 0 ≤ 10.0 10.1–100.0 100.1–1000.0 1000.1–3000.0 3000.1–4000.0 4000.1–5000.0 >5000.0

Составлено по: (Рыбкина и др., 2011).

Оценка уровня антропогенной нагрузки на территории водосборных бассейнов выполнена на основе официальных статистических данных муниципальных образований Росстата22. Для анализа динамики плотности населения использовались материалы переписей населения 1970 и 1989 гг.

Основное количество загрязняющих веществ в исследуемом регионе поступает не от крупных водопользователей, осуществляющих забор воды и сброс сточных вод в водные объекты (информация о них представлена в формах ГВР), а от средних и мелких предприятий путем привноса загрязняющих веществ с плоскостным смывом. Для определения уровня антропогенной нагрузки на водные объекты за счет плоскостного (диффузного) смыва загрязняющих веществ – фосфора и азота – с водосбора выполнен расчет количества загрязняющих веществ, поступающих от животноводства (Lan) по формуле33:

${{L}_{{an}}} = \sum\limits_j {{{k}_{j}}j{{N}_{j}}} ,$
где kj – коэффициент эмиссии вещества от одного домашнего животного j-го наименования, Nj – количество домашних животных.

Нормативные значения коэффициентов kj для различных домашних животных и птицы по фосфору (Pобщ) и азоту (Nобщ) заимствованы в работах (Васильев, Филиппова, 1988; Минеев, 2004).

Проведена также инвентаризация источников поступления загрязняющих веществ (в основном животноводческих хозяйств) методами дистанционного зондирования с применением соответствующего программного обеспечения и космоснимков, полученных сканирующими системами Landsat 8 и Sentinel-2, и полевых обследований с отбором проб воды на гидрохимический анализ.

Для уточнения мест размещения животноводческих комплексов составлен реестр организаций, занимающихся животноводством (разведением крупного рогатого скота, свиней, птицы, овец и коз). Данные по видам деятельности получены на сайте Федеральной налоговой службы44 из единого реестра субъектов малого и среднего предпринимательства.

По юридическому адресу предприятия, адресам выезда проверок (ФГИС55 “Единый реестр проверок”), отмечены места расположения коровников, свиноферм, птицеферм, ферм с овцами и козами, крестьянских (фермерских) хозяйств. Источники загрязнения были нанесены на карту в программе QGIS. Далее для автоматизации процесса инвентаризации животноводческих комплексов были подобраны космические снимки с целью дальнейшей их классификации. Пространственное разрешение космических снимков оказалось недостаточным для проведения контролируемой и неконтролируемой классификаций, поэтому также были использованы снимки Google Map.

Далее выполнено визуальное дешифрирование космических снимков по прямым (тон, рисунок изображения, размер, форма) и косвенным (растительность, результаты хозяйственной деятельности человека и др.) дешифровочным признакам (Симакова, 2014). Функционирование ферм определялось по наличию в загонах животных, целостности помещений содержания животных, наличия вытоптанной тропы перемещения животных от загонов до места выгула.

Полученные результаты расчета показателей нагрузки сравнивались с результатами химико-аналитического анализа отобранных в ходе полевых обследований проб речных вод. Анализ выполнялся методом атомно-адсорбционной спектрометрии по стандартным методикам в химико-аналитическом центре Института водных и экологических проблем СО РАН.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Забор воды из поверхностных водных объектов в 2020 г., согласно выписке из ГВР, предоставленной отделами водных ресурсов по Алтайскому краю и Новосибирской области Верхне-Обского БВУ, составил суммарно 5.01598 млн м3. Основной объем забранных поверхностных вод – 2.67896 млн м3 (более 73%) – приходился на бассейн р. Чулым, 1.33702 млн м3 (27%) – на бассейн р. Кучук. На территории других водосборных бассейнов забор воды из поверхностных водоисточников отсутствовал. Качество использованной воды – техническая. В бассейне р. Чулым вода использовалась для сельскохозяйственного водоснабжения, р. Кучук – на производственные нужды.

Коэффициент использования водных ресурсов для р. Чулым в средний по водности год (при значении стока 213.8 млн м3) составляет 1.7%, в годы минимальной водности (37.5 млн м3) – 9.8%. Коэффициент использования водных ресурсов для р. Кучук в период со среднемноголетними значениями стока (22.1 млн м3) составляет 6.1%, с минимальными (5.7 млн м3) – 23.6%. Другими словами водный стресс не наблюдается, только в годы минимальной водности в бассейне р. Кучук отмечается умеренная нехватка водных ресурсов.

Объем сброса сточных вод в поверхностные водные объекты в 2020 г., согласно выписке из ГВР, составил: 3.33884 млн м3 (16%) – недостаточно очищенные сточные воды (бассейны рр. Баган и Карасук); 2.82078 млн м3 (84%) – сбросные воды с рыбоводных прудов нормативно чистого качества (р. Чулым).

В поверхностные водные объекты р. Баган поступило 0.08049 млн м3 недостаточно очищенных сточных вод, нагрузка сточными водами, которая выражается в кратности разбавления сточных вод водами поверхностных водных объектов, в средний по водности год (23.0 млн м3 в створе п. Ярок66) достигает 286 раз, в годы минимальной водности (при объеме стока 80% обеспеченности, составляющем 3.86 млн м377) – 48 раз.

Объем недостаточно очищенных сточных вод, отведенных в поверхностные водные объекты бассейна р. Карасук, составил 0.43757 млн м3, кратность разбавления сточных вод даже при среднемноголетних значениях речного стока (41.3 млн м3 в створе оз. Баган) – 18 раз. Кратность разбавления нормативно-чистых сточных вод водами р. Чулым в среднемноголетний период составляет 76 раз, в годы минимальной водности – 13 раз. Таким образом, в годы минимальной водности (для р. Карасук – даже при среднемноголетних значениях стока) кратность разбавления не превышает 10–20 раз, что явно недостаточно для полного разбавления загрязняющих веществ.

Нагрузка сточными водами, отходящими от локальных объектов, отчитывающихся по статистической форме 2тп-водхоз, для других водных объектов рассматриваемой территории отсутствует, скорее всего, по причине отсутствия крупных водопользователей.

Всего от организованных источников в 2020 г. в водные объекты бессточной области Обь-Иртышского междуречья с недостаточно очищенными сточными водами поступило 369.34 т загрязняющих веществ (табл. 2), из них в поверхностные водные объекты бассейна р. Карасук – 83% их общего количества, р. Баган – 17%.

Таблица 2.  

Количество загрязняющих веществ, поступивших со сточными водами в водные объекты бессточной области Обь-Иртышского междуречья в 2020 г. (данные ГВР)

Водный объект Загрязняющee веществo
аммоний-анион, т железо, кг нитрат-анион, кг нитрит-анион, кг фенол, кг ХПК, кг нефтепродукты, кг сухой остаток, т фосфаты, т взвешенные вещества, т БПК, т АСПА, кг всего, т
Баган 0.035 14.479 76.604 3.448 0.800 787.069 0.004 59.959 0.016 0.697 0.225 3.400 61.817
Карасук 0.493 44.523 478.920 28.934 0.766 5190.674 0.030 292.133 0.605 6.957 1.569 20.347 307.521
Всего 0.528 59.002 555.524 32.382 1.566 5977.743 0.034 352.092 0.621 7.654 1.794 23.750 369.339

Наибольший вклад в загрязнение вод рр. Карасук и Баган вносят: сухой остаток – 352.1 т (из них р. Карасук – 83.0%), взвешенные вещества – 7.7 т (р. Карасук – 90.9%), ХПК – 6.0 т (р. Карасук – 86.8%), БПК – 1.8 т (р. Карасук – 87.5%).

Проведенные расчеты уровня антропогенной нагрузки на территории водосборов позволили выявить дифференциацию антропогенной нагрузки на территорию.

Демографическая нагрузка. Численность населения рассматриваемой территории на 1 января 2021 г. составила 603.0 тыс. чел., средняя плотность населения – 4.9 чел. на 1 км2, что соответствует пониженному (4 балла) уровню воздействия. Заселена территория относительно равномерно, наибольшая плотность населения отмечается в границах бассейнов рр. Касмала – 8.4 чел./км2 и Карасук – 7.7 чел./км2, а также собственно бессточной области бассейнов оз. Кучукское, Кулундинское, Топольное, Чаны (далее – бессточная область) – 5.2 чел./км2 (средний уровень нагрузки, 5 баллов). Остальная территория характеризуется пониженным уровнем нагрузки (4 балла). Наименьшая плотность населения фиксируется в бассейнах рр. Чулым – 2.8 чел./км2, Кучук – 3.0 чел./км2 и Каргат – 3.2 чел./км2.

Среди муниципальных образований наиболее плотно заселена территория городского округа г. Яровое – 336.0 чел./км2 (очень высокая нагрузка, 8 баллов), Славгородского городского округа – 18.7 чел./км2, Кулундинского – 10.8 чел./км2 и Немецкого национального – 10.4 чел./км2 – районов Алтайского края (повышенная нагрузка, 6 баллов). Наименее плотно – Колыванского района Новосибирской области – 0.8 чел. на 1 км2 (низкая нагрузка, 3 балла).

Для территории исследования характерно сокращение численности населения – за период с 1970 г. оно составило более 50%. За период с 2010 по 2021 г. сокращение численности населения на территории речных бассейнов составило 24%. Максимальное сокращение наблюдается в бассейне р. Суетка (39%) и р. Кучук (40%), минимальное – в бассейне р. Карасук (16%). Эти данные подтверждаются результатами полевых выездов.

Промышленная нагрузка составляет в среднем 433 тыс. руб./км2 – пониженный уровень, 4 балла. Территории водосборов освоены в промышленном отношении относительно равномерно – от 191.7 тыс. руб./км2 в бассейне р. Чулым до 678.28 тыс. руб./км2 в бассейне р. Бурла. Наибольшей промышленной освоенностью отличаются территории городского округа г. Яровое – 10 440.8 тыс. руб./км2 (очень высокая нагрузка, 8 баллов), а также Славгородского городского округа и муниципальных районов Алтайского края: Хабарский, Рубцовский, Благовещенский, Немецкий национальный с плотностью промышленной нагрузки от 1168.0 до 2251.2 тыс. руб./км2 (средняя нагрузка, 5 баллов). Наименьшая нагрузка – от 15.3 до 93.5 тыс. руб./км2 (низкая нагрузка, 3 балла) – в Здвинском, Убинском, Чистоозерном районах Новосибирской области, а также Баевском и Каменском районах Алтайского края.

Уровень распашки в отдельных административных районах составляет 60% и более – это Поспелихинский (62.3%), Родинский (63.2%), Кулундинский (67.3%), Табунский (68.4%), Немецкий национальный (75.2%) районы Алтайского края. Менее всего распаханы территории городского округа г. Яровое (2.6%), Чулымского (1.9%) и Убинского (5.0%) муниципальных районов (пониженный уровень нагрузки).

Показатель уровня распашки на территории водосборных бассейнов в целом составляет 27.2% (6 баллов, повышенная нагрузка). Максимальные уровни (7 баллов) отмечаются в границах бассейнов рр. Суетка (42.0%), Барнаулка (44.6%), Касмала (49.1%) и Кучук (59.1%) на территории Алтайского края; минимальные (средний уровень нагрузки, 5 баллов) – в бассейнах рр. Чулым (11.1%) и Каргат (7.0%) Новосибирской области.

Животноводческая нагрузка. Уровень животноводческой нагрузки в среднем повышенный – 3.9 усл. гол. скота на 1 км2. Максимум (высокая, 7 баллов) отмечается на территории бассейна р. Касмала (6.9 усл. гол./км2) и р. Карасук (6.0 усл. гол./км2). Минимум нагрузки (пониженная, 4 балла) – в бассейне р. Чулым (1.5 усл. гол./км2).

Наибольшая плотность условных голов наблюдается в границах Немецкого национального района – 14.3 усл. гол./км2 (очень высокая нагрузка, 8 баллов) и еще в девяти районах Алтайского края: Алейском, Завьяловском, Кулундинском, Новочихинском, Ребрихинском, Романовском, Рубцовском, Табунском, Хабарском, а также Баганском, Карасукском и Кочковском районах Новосибирской области – 6.1–9.1 усл. гол./км2 (высокая нагрузка, 7 баллов). Наименьшая: в Здвинском, Куйбышевском районах Новосибирской области и Каменском районе Алтайского края с животноводческой нагрузкой 0.2–0.7 усл. гол./км2 (низкая нагрузка, 3 балла).

Итоговая сельскохозяйственная нагрузка оценивается в 6 баллов (как повышенная) с максимумом на территории бассейнов рр. Барнаулка, Касмала, Суетка и Карасук – 7 баллов (высокая) и минимумом в бассейнах рр. Каргат и Чулым – 5 баллов (средняя).

Из 30 рассматриваемых муниципальных образований Алтайского края 15 характеризуются очень высокой (8 баллов – Кулундинский и Немецкий национальный районы) и высокой (7 баллов – Алейский, Завьяловский, Мамонтовский, Новичихинский, Поспелихинский, Ребрихинский, Родинский, Романовский, Рубцовский, Суетский, Хабарский, Шелаболихинский, Шипуновский районы) сельскохозяйственной нагрузкой. Пониженная сельхознагрузка – 4 балла отмечена в пяти районах Новосибирской области (Здвинский, Колыванский, Куйбышевский, Убинский, Чулымский) и городском округе г. Яровое.

Совокупная антропогенная нагрузка в разрезе административно-территориальных образований (рис. 1) изменяется от пониженной (4 балла) до высокой (7 баллов). Наибольших значений она достигает на территории пяти муниципальных образований Алтайского края: городского округа г. Яровое с высоким уровнем нагрузки, Славгородского городского округа, Кулундинского, Рубцовского и Немецкого национального районов – здесь уровень антропогенной нагрузки повышенный.

Рис. 1.

Совокупная антропогенная нагрузка на территории муниципальных образований бессточной области Обь-Иртышского междуречья.

Наименьшие значения совокупной нагрузки (4 балла) отмечены в девяти районах Новосибирской области: Барабинском, Здвинском, Колыванском и др. и двух районах Алтайского края: Баевском и Каменском.

Водосборные территории характеризуются относительно равномерным распределением уровня совокупной нагрузки. Для большинства водосборов, как и для всей территории в целом, он оценивается в 5 баллов (средняя). Исключение составляют только бассейны рр. Чулым и Каргат с пониженным уровнем (4 балла) совокупной антропогенной нагрузки. В пределах Алтайского края уровень нагрузки средний, в Новосибирской области – пониженный (рис. 2).

Рис. 2.

Совокупная антропогенная нагрузка на водосборные территории бессточной области Обь-Иртышского междуречья.

Нагрузка в бассейнах рек усиливается воздействием объектов твердых коммунальных отходов (ТКО) – временно согласованных и неразрешенных свалок. На рис. 2 приводится далеко неполный, официально известный перечень источников образования отходов. Данные заимствованы из Территориальных схем Алтайского края (2017 г.)88 и Новосибирской области (2016 г.)99.

По результатам оценки отмечается максимальное количество источников образования ТКО в границах бассейнов оз. Чаны, Кучукское, Кулундинское: 235 в Новосибирской области и 243 в Алтайском крае при средней плотности расположения объектов 8 шт./1000 км2. В бассейнах рр. Бурла, Карасук и Суетка плотность таких объектов достигает 10–11 шт./1000 км2.

Более детально рассмотрена нагрузка на водные объекты за счет плоскостного смыва загрязняющих веществ с водосбора. Привнос на территорию водосборных бассейнов таких загрязняющих веществ, как фосфор и азот осуществляется в результате деятельности животноводства. Поголовье скота рассматриваемой территории характеризуется повсеместным преобладанием КРС, общая его численность составляет 355 857 голов.

Места размещения животноводческих объектов в границах водосборных бассейнов были уточнены на основе данных с сайтов Федеральной налоговой службы и ФГИС “Единый реестр проверок”, а также путем дешифрирования космических снимков высокого разрешения. Результат показал, что наибольшее количество КРС отмечается в границах следующих водосборных территорий: бессточная область озер – 162 916 голов (45.8% всего поголовья), бассейны рр. Карасук – 44 888 голов (12.6%), Бурла – 37 125 голов (10.4%) и Баган – 32 900 голов (9.2%). Наибольшее поголовье овец и коз также сосредоточено на территории бессточной области озер – 84 895 голов (49.7%), на втором месте – бассейн р. Баган – 20 655 (12.1%), на третьем – р. Карасук – 18 740 голов (11.0%), четвертом – р. Бурла – 13 852 голов (8.1% всего поголовья) (табл. 3).

Таблица 3.

Поголовье скота в границах водосборных территорий бессточной области Обь-Иртышского междуречья, 2020 г.

Водосборная территория Поголовье, голов
КРС свиньи лошади овцы и козы
Баган 32 900 4727 1685 20 655
Барнаулка 11 024 4792 468 2012
Бурла 37 125 13 618 4019 13 852
Карасук 44 888 13 632 2861 18 740
Каргат 15 706 1800 688 6765
Касмала 15 195 8462 1129 3804
Кулунда 19 036 12 095 1015 7198
Кучук 2150 1133 165 2082
Суетка 3323 1967 142 656
Чулым 11 595 2875 817 10 173
Бессточная область озер 162 916 46 746 11420 84 895
Всего 355 857 111 849 24412 170 833

Общее количество эмиссии фосфора в пределах всей рассматриваемой территории составило 9375.9 т/год, азота – 30866.7 т/год. Наибольшее количество отмечается в границах бессточной области – 4325.4 т/год (46.1%) фосфора и 14072.4 т/год (45.6%) азота соответственно (рис. 3, табл. 4).

Рис. 3.

Животноводческая нагрузка фосфора и азота на водосборные территории бессточной области Обь-Иртышского междуречья.

Таблица 4.  

Эмиссия фосфора и азота (т/год) от животноводческой деятельности в границах водосборных бассейнов, 2020 г.

Показатель Баган Барнаулка Бурла Карасук Каргат Касмала Кулунда Кучук Суетка Чулым Бессточная область озер Итого
Фосфор
КРС 727.1 243.6 820.5 992.0 347.1 335.8 420.7 47.5 73.4 256.2 3600.4 7864.4
Свиньи 4.3 4.3 12.3 12.3 1.6 7.6 10.9 1.0 1.8 2.6 42.1 100.7
Лошади 43.1 12.0 102.9 73.3 17.6 28.9 26.0 4.2 3.6 20.9 292.3 624.9
Овцы и козы 95.0 9.3 63.7 86.2 31.1 17.5 33.1 9.6 3.0 46.8 390.5 785.8
Всего 869.5 269.2 999.3 1163.8 397.5 389.8 490.7 62.3 81.9 326.6 4325.4 9375.9
Азот
КРС 1914.8 641.6 2160.7 2612.5 914.1 884.4 1107.9 125.1 193.4 674.8 9481.7 20710.9
Свиньи 199.5 202.2 574.7 575.3 76.0 357.1 510.4 47.8 83.0 121.3 1972.7 4720.0
Лошади 197.2 54.8 470.3 334.8 80.5 132.0 118.8 19.3 16.6 95.6 1336.1 2856.2
Овцы и козы 311.9 30.4 209.2 283.0 102.2 57.4 108.7 31.4 9.9 153.6 1281.9 2579.6
Всего 2623.3 929.0 3414.8 3805.5 1172.8 1431.0 1845.8 223.7 302.9 1045.4 14072.4 30866.7

Однако если соотнести показатели эмиссии фосфора и азота с площадями соответствующих водосборных территорий, наибольшее количество загрязняющих веществ приходится на 1 км2 в бассейнах рр. Касмала – 126.6 кг фосфора и 464.7 кг азота, Карасук – 121.7 кг фосфора и 398.0 кг азота, Бурла – 115.2 кг фосфора и 393.8 кг азота; минимальное – в бассейне р. Чулым – 29.3 кг фосфора и 93.7 кг азота, тогда как средние значения по всей территории бессточной области Обь-Иртышского междуречья составляют 76.3 и 251.3 кг на 1 км2 в год соответственно (рис. 4).

Рис. 4.

Эмиссия фосфора и азота в результате деятельности животноводства, кг/год на 1 км2.

Сравнительный анализ прямых и косвенных воздействий показывает явный перевес в пользу косвенных видов нагрузки. Например, на территории Баганского района Новосибирской области объем поступления азотосодержащих веществ в результате прямых воздействий составляет 80.087 т (или 3%), а косвенных (за счет наличия животноводческий комплексов и ферм на территории водосбора) – 2623.3 т (97%). Еще больше преимущественно в пользу косвенных воздействий по фосфору: 869.5 и 0.016 т.

Для верификации полученных результатов выполнены дополнительные расчеты массы загрязняющих веществ, поступающих с водосбора. Определение проводилось на основе проведенных гидрологических измерений и/или данных Росгидромета, а также выполненного в ИВЭП СО РАН гидрохимического анализа (табл. 5). Полученные массы загрязняющих веществ определены в период максимального плоскостного смыва с водосбора, соответствуют фазе высокой водности внутригодовой цикличности, поэтому не могут быть распространены на другие гидрологические периоды года. Однако они дают обобщенное представление о максимально возможных объемах выноса веществ при косвенных видах воздействий, тем самым позволяя в первом приближении верифицировать полученные данные расчетным путем по животноводческой нагрузке.

Таблица 5.  

Натурные данные гидрологических обследований и результаты гидрохимического анализа рек бессточной области Обь-Иртышского междуречья в мае 2021 г.

Показатель Единица измерения Кучук– Н. Кучук Кулунда–Шимолино Суетка– Н. Суетка Бурла–Панкрушиха Бурла– Бурла Карасук– Карасук Чулым– Сума Каргат– Каргат Чулым– Чулым
Речной расход м3 0.61 13.48 0.26 4.58 11.56 12.06 3.65 29.18 31.66
Концентрация аммония мг/дм3 0.39 1.1 0.99 0.56 2.40 1.00 1.40 0.89 0.91
Концентрация нитрат-ионов мг/дм3 0.18 0.74 0.64 0.76 0.86 0.60 1.00 1.10 1.40
Концентрация нитрит-ионов мг/дм3 0.00 0.005 0.004 0.03 0.003 0.01 0.023 0.025 0.012
Масса аммония тонн/ месяц 616.64 38434.18 667.18 6647.96 71912.45 31259.52 13245.12 67314.76 74677.08
Масса нитрат-ионов тонн/ месяц 284.60 25855.72 431.31 9022.23 25768.63 18755.71 9460.80 83198.02 114887.81
Масса нитрит-ионов тонн/ месяц 4.74 174.70 2.70 368.01 89.89 375.11 217.60 1890.86 984.75
Суммарная масса азота тонн/ месяц 905.98 64 464.60 1101.19 16 038.21 97 770.97 50 390.35 22 923.52 152 403.64 190 549.64
Концентрация фосфат-ионов мг/дм3 0.10 0.48 0.68 0.60 0.11 0.79 0.29 0.18 0.31
Концентрация фосфора общ. мг/дм3 0.05 0.19 0.33 0.20 0.09 0.26 0.10 0.06 0.10
Масса фосфат-ионов тонн/ месяц 158.11 16771.28 458.27 7122.82 3295.99 24695.02 2743.63 13614.22 25439.44
Масса фосфора общ. тонн/ месяц 85.38 6638.63 222.39 2374.27 2816.57 8127.48 908.24 4538.07 8042.15
Суммарная масса фосфора тонн/ месяц 243.49 23409.91 680.66 9497.09 6112.56 32822.50 3651.87 18152.29 33481.59

Так, эмиссии фосфора в бассейне р. Кучук только от животноводства составляют 62.3 т/год, а в целом от всех источников диффузного загрязнения в период половодья – 243.5 т/месяц. По соединениям азота животноводческая нагрузка в бассейне р. Суетка равна 302.9 т/год, суммарно от всех рассредоточенных объектов – 1101.2 т в мае 2021 г.

ВЫВОДЫ

Антропогенная нагрузка должна рассматриваться от всех источников воздействия – как прямых (точечных), так и диффузных (рассредоточенных).

Инвентаризация источников загрязнения методами дистанционного зондирования выявила несовпадение количества животноводческих комплексов, выделенных с помощью реестра организаций и путем дешифрирования космических снимков.

Оценка прямых видов воздействия показала отсутствие проявления водного стресса и высокую кратность разбавления сточных вод при средних показателях речного стока, что положительно сказывается на экологическом состоянии водных объектов. Отмеченные низкие и средние уровни прямых воздействий объясняются отсутствием крупных водопользователей и расположением в бессточной области Обь-Иртышского междуречья преимущественно малых и средних предприятий.

Основными источниками загрязнения водных объектов признаны территории сельских населенных пунктов, животноводческие фермы (комплексы), участки выгула домашнего скота и птицы, свалки хозяйственно-бытового мусора и ТКО.

Совокупная антропогенная нагрузка на водосборе агрегирует многочисленные косвенные источники воздействия. Выявлено относительно равномерное распределение всех показателей косвенного воздействия по территории региона исследования. Отмечается немного бόльший уровень нагрузки в пределах бессточной области Алтайского края в сравнении с Новосибирской областью, что связано с более развитым аграрным сектором края.

Сравнительный анализ прямых и косвенных видов воздействия показывает превалирование рассредоточенных источников антропогенной нагрузки.

При дальнейших исследованиях представляется возможным районирование исследуемой территории по интенсивности антропогенных воздействий.

Список литературы

  1. Васильев В.А., Филиппова Н.В. Справочник по органическим удобрениям. М.: Росагропромиздат, 1988. 255 с.

  2. Водные ресурсы России и их использование / под ред. И.А. Шикломанова. СПб.: Гос. гидрол. ин-т, 2008. 600 с.

  3. Данилов-Данильян В.И., Лосев К.С. Потребление воды: экологические, экономические, социальные и политические аспекты. М.: Наука, 2006. 221 с.

  4. Данилов-Данильян В.И., Веницианов Е.В., Беляев С.Д. Некоторые проблемы снижения загрязнения водных объектов от диффузных источников // Водные ресурсы. 2020. Т. 47. № 5. С. 493–502.

  5. Демин А.П., Болгов М.В., Филиппова И.А. Изменение нагрузки на водные ресурсы бассейна реки Оки под влиянием климатических и антропогенных факторов // Научное обеспечение реализации “Водной стратегии Российской Федерации на период до 2020 года”: Сб. науч. тр. ФГБУН Институт водных проблем РАН, 2015. С. 86–93.

  6. Демин А.П. Сброс сточных вод и загрязнение водных объектов в бассейне реки Волга (1990–2018 гг.) // Экология. Экономика. Информатика. Сер.: Системный анализ и моделирование экономических и экологических систем. 2020. Т. 1. № 5. С. 138–143.

  7. Исаченко А.Г. Широтная зональность и механизмы устойчивости ландшафтов к антропогенным воздействиям // Изв. РГО. 1997. Т. 129. № 3. С. 15.

  8. Исаченко А.Г. Экологическая география России. СПб.: Изд. дом СПбГУ, 2001. 328 с.

  9. Королев А.А., Розенберг Г.С., Гелашвили Д.Б., Панютин А.А., Иудин Д.И. Экологическое зонирование территории Волжского бассейна по степени нагрузки сточными водами на основе бассейнового принципа (на примере Верхней Волги) // Изв. Самар. науч. центра РАН. 2007. Т. 9. № 1. С. 265–269.

  10. Коронкевич Н.И., Мельник К.С. Антропогенные воздействия на сток реки Москвы. М.: МАКС Пресс, 2015. 168 с.

  11. Коронкевич Н.И., Барабанова Е.А., Георгиади А.Г., Долгов С.В., Зайцева И.С., Кашутина Е.А., Мельник К.С. Гидрология антропогенного направления: становление, методы, результаты // Изв. РАН. Сер. геогр. 2017. № 2. С. 8–23.

  12. Корытный Л.М., Безруков Л.А. Водные ресурсы Ангаро-Енисейского региона (геосистемный анализ). Новосибирск: Наука, 1990. 216 с.

  13. Кочуров Б.И. Экодиагностика и сбалансированное развитие. М.: Маджета, 2003. 384 с.

  14. Кочуров Б.И., Родионова А.И., Семенов В.А. Оценка эколого-хозяйственного баланса Калужской области // Проблемы региональной экологии. 2016. № 3. С. 150–156.

  15. Минеев В.Г. Агрохимия: Учеб. М.: Изд-во “Колос”, 2004. 720 с.

  16. Одессер С.В. Территориальная дифференциация в экономико-географических типологиях // Изв. АН СССР. Сер. геогp. 1991. № 6. С. 61–69.

  17. Орлов М.С., Абрамова Е.А., Щерба В.А. К оценке антропогенной нагрузки на воды речных бассейнов Подмосковья и Крыма // Геополитика и экогеодинамика регионов. 2014. Т. 10. № 2 (13). С. 681–684.

  18. Отто О.В., Оточкина О.А. Оценка антропогенной нагрузки на водные объекты Алтайского края // География и природопользование Сибири. 2016. № 21. С. 125–135.

  19. Оценка влияния хозяйства на природу. Воздействие – изменение – последствия / под ред. В.С. Преображенского, В. Ворачек. Брно, 1985. Т. 1. 438 с.

  20. Потапов А.Д. Экология. М.: Высш. шк., 2000. 447 с.

  21. Румянцев В.А., Коронкевич Н.И., Измайлова А.В., Георгиади А.Г., Зайцева И.С., Барабанова Е.А., Драбкова В.Г., Корнеенкова Н.Ю. Водные ресурсы рек и водоемов России и антропогенные воздействия на них // Изв. РАН. Сер. геогр. 2021. Т. 85. № 1. С. 120–135.

  22. Рыбкина И.Д. Оценка экологической опасности в системах расселения Алтайского края: Дис. … канд. геогр. наук. Барнаул, 2005. 229 с.

  23. Рыбкина И.Д., Стоящева Н.В., Курепина Н.Ю. Методика зонирования территории речного бассейна по совокупной антропогенной нагрузке (на примере Обь-Иртышского бассейна) // Водное хозяйство России. 2011. № 4. С. 42–52.

  24. Селезнев В.А. Методика оценки и анализа антропогенной нагрузки на реки от точечных источников загрязнения // Изв. Самар. науч. центра РАН. 2021. Т. 23. № 5. С. 135–143.

  25. Селезнева А.В. Антропогенная нагрузка на реки от точечных источников загрязнения // Изв. Самар. науч. центра РАН. 2003. Т. 5. № 2. С. 268–277.

  26. Симакова М.С. От визуального дешифрирования аэрофотоснимков и полевого картографирования почв до автоматизированного дешифрирования и картографирования по космическим снимкам // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. 2014. № 74. С. 3–19.

  27. Сороковикова Н.В. Экологическое нормирование хозяйственной нагрузки на ландшафты // Биогеохимические основы экологического нормирования / В.Н. Башкин, Е.В. Евстафьева, В.В. Снакин и др. М.: Наука, 1993. С. 269–274.

  28. Стоящева Н.В. Проблема загрязнения малых рек Кузбасса сточными водами промышленных предприятий // Вестн. КемГУ. 2015. Т. 3. № 4 (64). С. 156–163.

  29. Цимбалей Ю.М., Андреева И.В. Учет ландшафтной структуры водосборов при оценке водного баланса водоприемников (на примере бессточной области Обь-Иртышского междуречья) // Изв. АО РГО. 2015. № 1 (36). С. 23–30.

  30. Шикломанов И.А. Антропогенные изменения водности рек. Л.: Гидрометеоиздат, 1979. 302 с.

  31. Шикломанов И.А. Влияние хозяйственной деятельности на речной сток. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. 334 с.

  32. Ясинский С.В., Кашутина Е.А., Сидорова М.В., Нарыков А.Н. Антропогенная нагрузка и влияние водосбора на диффузный сток биогенных элементов в крупный водный объект (на примере водосбора Чебоксарского водохранилища) // Водные ресурсы. 2020. Т. 47. № 5. С. 630–648.

  33. Bibikova T.S. Comparative analysis of anthropogenic impact on water resources in Russia, Belarus, and Ukraine in the post-soviet period // Wat. Resour. 2011. Vol. 38. № 5. P. 549–556.

  34. Global water: issues and insights / R. Quentin Grafton, P. Wyrwoll, Ch. White, D. Allendes (Eds.). Canberra: ANU Press, 2014. 239 p.

  35. Schlosser C.A., Strzepek K., Xiang Gao, Fant C., Elodie Blanc, Paltsev S., Jacoby H., Reilly J., Gueneau A. The future of global water stress: An integrated assessment // Earth’s Future. 2014. Vol. 2. № 8. P. 341–361.

  36. WWAP (World Water Assessment Program). The United Nations World Water Development Report 2015: Water for a Sustainable World. Paris: UNESCO, 2015. 122 p.

Дополнительные материалы отсутствуют.