УДК 628.17:631.67

DOI: 10.24412/cl-37200-2024-363-371

ВОДОПОЛЬЗОВАНИЕ В БАССЕЙНЕ РЕКИ САКМАРЫ: ТРЕНДЫ, ЭФФЕКТИВНОСТЬ, ЗАГРЯЗНЕНИЕ ИСТОЧНИКОВ

WATER USE IN THE SAKMARA RIVER BASIN: TRENDS, EFFICIENCY, SOURCE POLLUTION

Демин А.П.

Demin A.P.

ФГБУН Институт водных проблем Российской академии наук, Москва, Россия Institute of Water Problems of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia

E-mail: deminap@mail.ru

Аннотация. Цель исследования – показать изменения объемов водопотребления и водоотведения, массы сброса загрязняющих веществ в бассейне р. Сакмара в связи с изменяющимися социально- экономическими и технологическими условиями и оценить трансформацию качества воды в водных источниках. Выявлено, что антропогенная нагрузка на водные ресурсы бассейна р. Сакмара за последние 27 лет значительно сократилась – с 1995 г. по 2022 г. забор воды в бассейне для удовлетворения нужд населения и хозяйства сократился в 2,8 раза. Среднесуточное удельное водопотребление на 1 жителя снизилось во всех муниципальных образованиях. Коэффициент водооборота в бассейне вырос с 91,1 до 95,9%. Масса сброса большинства загрязняющих веществ, содержащихся в составе сточных вод, снизилась в 2-10 раз, но по двум веществам отмечается заметный рост сброса. В верховьях р. Сакмары и ее притоке р. Большой Ик качество воды значительно улучшилось. Величины показателей УКИЗВ в створе с. Большая Каргала и устье Сакмары, а также в реках Салмыш и Большой Юшатырь изменились незначительно, но все же имеют слабый положительный тренд.

Ключевые слова: забор воды, оборотное водоснабжение, сточные воды, сброс загрязняющих веществ, качество воды.

Abstract. The purpose of the study is to show changes in the volumes of water consumption and water disposal, the mass of discharge of pollutants in the river basin. Sakmara in connection with changing socio- economic and technological conditions and assess the transformation of water quality in water sources. It was revealed that the anthropogenic load on the water resources of the river basin Sakmara has decreased significantly over the past 27 years – from 1995 to 2022, water intake in the basin to meet the needs of the population and economy decreased by 2.8 times. Average daily specific water consumption per inhabitant decreased in all municipalities. The water turnover coefficient in the basin increased from 91.1 to 95.9%. The mass of discharge of most pollutants contained in wastewater has decreased by 2-10 times, but for two substances there has been a noticeable increase in discharge. In the upper reaches of the river Sakmara and its tributary river Big Ik water quality has improved significantly. The values of UKIZV indicators at the site with Bolshaya Kargala and the mouth of Sakmara, as well as in the Salmysh and Bolshoy Yushatyr rivers, have changed slightly, but still have a weak positive trend.

Key words: water withdrawal, recycling water supply, wastewater, discharge of pollutants, water quality.

Введение. Река Сакмара – самый крупный приток р. Урал. Ее протяженность 798 км, а площадь водосбора по разным оценкам составляет от 30,2 [1] до 30,35 тыс. км² по данным ГИС (площадные объекты оцифрованы по карте масштаба 1:1 000 000). Она протекает по территории двух субъектов – Республики Башкортостан (РБ) и Оренбургской области.

Истоки р. Сакмары находятся на восточном склоне южной оконечности хребта Урал-Тау в Абзелиловском муниципальном районе РБ. При впадении в Урал ниже г. Оренбурга р. Сакмара дает около 60% их общего стока и является ключевым гидрологическим звеном, оказывающим значительное влияние на нижнее течение р. Урал. Гидрографической особенностью бассейна Сакмары является его асимметричность, так правобережная часть составляет около 83% всей площади бассейна. Левобережная часть занимает узкую полосу вдоль водораздела с р. Урал, а притоки левобережья незначительны по размерам и маловодны. Основной источник питания Сакмары – снежный покров, доля которого составляет около 77% годового стока; на долю дождевого питания приходится 11%, грунтового – 12% годового стока. [2].

Проблемы водопользования приобретают все большую актуальность в условиях нарастающего дефицита водных ресурсов, особенно в регионах с развитым промышленным и сельскохозяйственным производством. Такое сочетание характерно для бассейна реки Сакмары, территория которой относится к регионам с высоким природно-ресурсным потенциалом и интенсивным аграрно-промышленным развитием. Здесь размещаются крупные промышленные узлы: Оренбургский, Кувандыкский Медногорский в Оренбургской области, а также предприятия г. Кумертау РБ.

В бассейне Сакмары заметная часть населения, потребляет воду для своих нужд из поверхностных источников. На юго-востоке Башкирии отмечена повышенная заболеваемость населения, обусловленная в том числе экологическими и биогеохимическими факторами. Концентрация железа и марганца в питьевой воде в ряде случаев значительно превышает нормативные значения [3]. Цель статьи – показать изменения объемов водопотребления и водоотведения, массы сброса загрязняющих веществ в бассейне р. Сакмары в связи с изменяющимися социально-экономическими и технологическими условиями и оценить трансформацию качества ее воды в различных створах.

Материалы и методы. В качестве исходных материалов для анализа изменения объемов забираемых и отводимых в поверхностные водные объекты бассейна р. Сакмары сточных вод, а также сброса загрязняющих веществ в их составе, использовались данные государственной статистической отчетности (форма 2-ТП (водхоз)), содержащиеся в материалах государственного водного кадастра (обобщенные данные использования вод за 1995-2009 гг.) и материалах автоматизированной информационной системы государственного мониторинга водных объектов Российской Федерации (2010-2022 гг.) [4]. Оценка динамики численности населения в бассейне основывалась на материалах Росстата [5]. Анализ динамики качества поверхностных вод выполнен на основе данных гидрохимической сети Росгидромета [6], докладов о состоянии и об охране окружающей среды по субъектам РФ [7-8].

В соответствии с поставленными задачами исследование проведено на основе системного подхода с использованием следующих методов: 1) аналитического (сбор и систематизация первичной информации по объемам отводимых сточных вод, сбросам загрязняющих веществ; 2) специальных (на основе собранных материалов были составлены таблицы, построены диаграммы; 3) статистической обработки данных и сравнительного анализа.

Результаты исследований и их обсуждение.  Согласно  водохозяйственному районированию бассейна р. Урал бассейн р. Сакмары составляет три водохозяйственных участка (ВХУ): ВХУ 12.01.00.005 – Сакмара от истока до р. Большой Ик; ВХУ 12.01.00.006 – Большой Ик; ВХУ12.01.00.007 – Сакмара от впадения р. Большой Ик до устья [1].

ВХУ 12.01.00.005 охватывает бассейн р. Сакмары, стекающей с южных склонов хребта Уралтау, до впадения в нее р. Большой Ик. Его территория расположена на поверхности хребта Уралтау и Зилаирского плато. Сюда входят части Абзелиловского, Баймакского, Зианчуринского, Зилаирского и Хайбуллинского муниципальных районов Башкортостана, а также части Беляевского, Саракташского района, городского округа Кувандык и полностью г. Медногорск Оренбургской области.

ВХУ 12.01.00.006 охватывает бассейн крупного притока р. Сакмары – р. Большой Ик. Территория участка в основном расположена на поверхности Зилаирского плато и включает заметные части Зианчуринского, Зилаирского, Кугарчинского и незначительную часть Куюргазинского муниципальных районов РБ. Также сюда входят части Саракташского и Тюльганского района Оренбургской области.

ВХУ 12.01.00.007 охватывает бассейн р. Сакмары от впадения ее крупного притока р. Большой Ик до устья. Здесь расположены территории городского округа Кумертау, более 70% территории Куюргазинского и незначительные части территории Зианчуринского и Федоровского муниципальных районов РБ. На Оренбургскую область приходится более 85% водосборной площади этого участка. В этот ВХУ входят почти полностью территории Октябрьского и Сакмарского, а также значительные части Саракташского, Тюльганского, Шарлыкского и незначительные части Александровского и Оренбургского муниципальных районов. Кроме того, здесь расположена треть территории областного центра г. Оренбурга (таблица 1).

По состоянию на 01.01.2023 г. на территории бассейна р. Сакмары проживало 492 тыс. человек. В ВХУ 12.01.00.005 проживает 107 тыс. чел., а плотность населения превышает 10 чел./км². Здесь немного преобладает сельское население (53%). В бассейне р. Большой Ик проживает 46 тыс. чел, а плотность населения минимальна – 6 чел./км². В ВХУ 12.01.00.007 проживает 339 тыс. чел, в основном городского населения (63%), по большей части за счет жителей Дзержинского и частично Ленинского районов г. Оренбурга. Средняя плотность населения в ВХУ составляет 28 чел./км².

Таблица 1 Административное деление территории бассейна р. Сакмары

Основными водопотребителями являются такие виды экономической деятельности как «Забор, очистка и распределение воды», «Обеспечение электрической энергией, газом и паром», в меньшей степени сельское хозяйство. На эти три вида в бассейне р. Сакмары приходится около 85% объема водопотребления. За период 1995-2022 гг. забор воды в бассейне Сакмары сократился в 2,8 раза – с 99 до 35 млн м³ (рисунок 1), причем забор из поверхностных источников сократился в 5,1 раза, из подземных – в 2,3 раза. В настоящее время объем забора воды из подземных источников в бассейне в 5 раз превосходит величину забора из поверхностных источников. В последние пять лет объем водозабора в бассейне приобрел устойчивый характер.

Рисунок 1. Забрано воды в бассейне р. Сакмары, млн м³.

Объем использования воды на все нужды за 27-летний период сократился в 2,4 раза, однако темпы и причины снижения по различным видам водопользования различаются очень сильно (рисунок 2).

Водопользование на хозяйственно-питьевые и бытовые нужды населения в начальный период росло, так как во многих населенных пунктах, особенно в сельской местности и малых городах, строились водопроводы и росло благоустройство жилого фонда. После 2000 г. в результате различных причин объем водопотребления населением в бассейне Сакмары сократился в 2,8 раза – с 54,7 до 19,4 млн м³. Одна из причин – снижение численности населения, как и в большинстве регионов России. Всего в бассейне Сакмары с 2001 по 2022 г. население сократилось на 52,7 тыс. чел. (9,7%). Максимальным было сокращение населения на территории ВХУ 12.01.00.005 – на 29,2 тыс. чел. (21,4%). В бассейне р. Большой Ик оно сократилось на 1/5 часть. На территории ВХУ 12.01.00.007 относительное сокращение населения было минимальным – 3,5%.

Но более важная причина – снижение удельного среднесуточного водопотребления жителями. С переходом от оплаты за коммунальные услуги по единому тарифу к оплате за количество потребленных ресурсов жители начали массово устанавливать счетчики на воду, выбирать бытовую и санитарную технику, которая более эффективно расходует ресурсы. Для некоторых категорий жителей существенным оказался рост тарифов на воду. В результате среднесуточное потребление воды на коммунальные нужды жителями в бассейне р. Сакмары снизилось за этот период с 280 до 108 л (сут·чел.)

Объем использования воды на производственные нужды в промышленности бассейна р. Сакмара незначителен и в 1995 г. составлял около 29 млн м³. Основной объем воды на производственные нужды в бассейне (около 90%) расходуется в таких отраслях как энергетика и ЖКХ. Существенную роль в снижении забора свежей воды на производственные нужды играет развитие оборотного и повторно-последовательного водоснабжения. Уже в 1995 г. коэффициент водооборота в бассейне Сакмары превышал 91%, тем не менее он постепенно увеличивался и в настоящее время составляет 96% (рисунок 3), что существенно выше, чем на остальной территории российской части бассейна р. Урал.

Однако с начала 1990-х гг. площадь орошаемых земель стала существенно сокращаться. Наиболее резко этот процесс шел в 1990-е гг. Одна из главных причин сложившегося положения заключалась в отсутствии необходимого финансового обеспечения отрасли как со стороны хозяйств-водопотребителей, так и со стороны водохозяйственных эксплуатационных организаций. Отмечался резкий спад парка дождевальных и поливальных машин, объемов ремонтных работ на насосных станциях, каналах, гидротехнических сооружениях, трубопроводах.

В нулевых годах водопотребление орошаемого земледелия практически прекратилось полностью. В последние годы в мелиоративном комплексе наметились положительные сдвиги и площадь орошаемых земель стала немного расти.

Рисунок 3. Динамика коэффициента водооборота в бассейне р. Сакмара, %.

Орошаемое земледелие в бассейне Сакмары активно развивалось в 1970-1980-е гг.

Также очень сильное сокращение водопотребления произошло на нужды сельскохозяйственного водоснабжения, в первую очередь в результате развала общественного животноводства и резкого сокращения поголовья сельскохозяйственных животных.

За период 1995-2022 гг. объем сброса сточной, шахтно-рудничной и коллекторно- дренажной воды в поверхностные водные объекты бассейна р. Сакмары сократился в 3,5 раза – с 11,9 до 3,4 млн м³ Связано это в основном с сокращением забора воды для нужд населения и объектов экономики в связи с падением производства промышленной и сельскохозяйственной продукции, ростом мощностей систем оборотного водоснабжения и внедрением водосберегающей техники (рисунок 4).

Рисунок 4. Сброшено сточной, шахтно-рудничной и коллекторно-дренажной воды в поверхностные водные объекты бассейна р. Сакмары, млн м³.

Таблица 2 Сброшено сточной, шахтно-рудничной, карьерной и коллекторно-дренажной воды в бассейне р. Сакмары, млн м³

Масса сброса загрязняющих веществ (ЗВ), содержащихся в составе сточных вод, отводимых в водные объекты бассейна р. Сакмары, варьирует в очень широких пределах – от нескольких тысяч тонн до десятков килограмм. К ЗВ с наибольшей массой относятся сульфаты, хлориды и сухой остаток (таблица 3).

Величина сухого остатка является обобщенным показателем качества воды, характеризует общее содержание растворенных в воде нелетучих минеральных и частично органических соединений, т. е. свидетельствует о минерализации воды. Наибольшую долю в величину это сброса вносит ЖКХ. Сброс сухого остатка неуклонно сокращался в течение всего периода и снизился более чем в 6 раз. Сброс хлоридов существенно снижался до 2015 г., но позже почти не изменялся. Всего за данный период сброс массы хлоридов снизился в 3,7 раза, а сульфатов более, чем в 8 раз.

Максимально из объемных веществ сократился сброс взвешенных веществ – почти в 10 раз. Биохимическое потребление кислорода (БПК), являющееся одним из важнейших критериев уровня загрязнения водоема легкоокисляемыми органическими веществами, сократилось в бассейне Сакмары за этот период в 4,2 раз. Химическое потребление кислорода (ХПК), показатель содержания органических веществ в воде, снизилось с 2000 г. в 2,1 раза. Очень существенно сократился сброс железа и магния (16 и 48 раз).

Таблица 3 Динамика сброса загрязняющих веществ в составе сточных вод в бассейне р. Сакмары, тонн

* – 2000 г. к 2022 г. %.

Почти не изменилась за 27-летний период масса сброса фтора и азота аммонийного (хотя в отдельные годы сброс азота возрастал в 10-25 раз). Сброс фосфора и нитритов снизился в 1,5- 2,5 раза.

Итак, по двум ЗВ (фтор и азот аммонийный) масса сброса за 27 лет изменилась незначительно, по трем веществам она снизилась в 1,5-2,5 раза, по пяти другим ЗВ – в 4-10 раз. Сброс железа сократился в 16 раз, а магния в 48 раз. Максимальный успех достигнут в снижении сброса двух ЗВ – цинка (175) и меди (377 раз).

Однако по двум ЗВ отмечается заметный рост сброса ЗВ, несмотря на более чем четырехкратное сокращение сброса загрязненных сточных вод. Сброс нитратов и НСПАВ неуклонно рос с 1995 по 2007 г., после чего снизился в 2-3 раза. В итоге, в 2022 г. масса сброса нитратов превышала уровень 1995 г. в 10 раз, а НСПАВ – в 16 раз.

На два вида экономической деятельности («Обеспечение электрической энергией, газом и паром» и «Забор, очистка и распределение воды») приходится более 98% суммарного сброса основных ЗВ.

Анализ динамики качества поверхностных вод в бассейне р. Сакмара выполнен по данным гидрохимической сети Росгидромета. Классификация степени загрязненности воды рассматривается как условное разделение всего диапазона состава и свойств природной воды в условиях антропогенного воздействия на различные интервалы с постепенным переходом от

«условно чистой» до «экстремально грязной» по величинам комбинаторного индекса загрязненности воды с учетом ряда дополнительных факторов [6]. Комплексная оценка качества воды по стволу р. Сакмара приведена на рисунке 5.

В створе д. Юмагузино (находящемся на 30 км выше г. Кувандык на входе в Оренбургскую область с территории Башкортостана) качество воды реки Сакмары перешло из разряда 3а (загрязненная) в класс 2 (слабо загрязненная). Величины показателей УКИЗВ за период 2005–2020 гг. в створах с. Татарская Каргала и устья р. Сакмары (г. Оренбург) изменились незначительно, но все же имеют слабый положительный тренд.

На притоках р. Сакмары также отмечается улучшение качества воды (рисунок 6).

Рисунок 6. Значения УКИЗВ на притоках р. Сакмары: 1 – р. Салмыш у с. Буланово; 2 – р. Большой Юшатырь у с. Октябрьское; 3 – р. Большой Ик у с. Спасское.

В р. Большой Ик качество воды перешло из разряда 3а (загрязненная) в класс 2 (слабо загрязненная). Величины показателей УКИЗВ за период 2006-2020 гг. в реках Салмыш и Большой Юшатырь изменились незначительно, но все же имеют слабый положительный тренд.

Выводы. С 1995 г. по 2022 г. забор воды в бассейне для удовлетворения нужд населения и хозяйства сократился в 2,8 раза. Забор воды из поверхностных источников сократился в значительно большей степени, чем из подземных источников.

Среднесуточное удельное водопотребление на 1 жителя снизилось за последние 20 лет в бассейне р. Сакмары в 2,5 раза. Оно произошло во всех муниципальных образованиях.

Развитие оборотного и повторно-последовательного водоснабжения значительно влияет на снижение забора свежей воды на производственные нужды Коэффициент водооборота в бассейне вырос за исследуемый период с 91,1 до 95,9%.