В геоморфологическом отношении участок приурочен к правобережной пойме р. Уфы. Естественный рельеф поймы был осложнен прибрежными валами и вытянутыми старичными понижениями, глубиной 0,5-3,0 м, шириной 5,0-20,0 м. Абсолютные отметки рельефа изменяются в пределах 93,2-93,6 м. [1,3]

В геологическом строении участка до изученной глубины 20,0 м принимают участие четвертичная система. Сводный геолого-литологический разрез (сверху – вниз) следующий:

Четвертичная система (Q)

Насыпной грунт (tQIV) представлен: почва, песок, песчано-гравийная смесь с включением органических веществ, глинистые озерные неслежавшиеся грунты. Слой распространен по всему участку изысканий. Мощность 5,5 – 6,0 м.

Глина (aQIII) коричневая, серая, участками до темно-серой, от мягкопластичной до тугопластичной консистенции с примесью органических веществ, с тонкими прослоями от мелкого до средней крупности водонасыщенного песка. Мощность слоя от 2,2 до 5,8 м.

Песок (aQIII) серый, средней плотности, гравелистый с включением галечника до 10%, насыщенный водой, полимиктового состава. Мощность до 6,7 м.

Гравийный грунт (aQIII) в кровле темно-серый, черный, в основном коричневый с песчаным заполнителем до 35% и с включением галечника до 25%, плотный, обводненный, кремнисто-кварцевого состава, хорошо окатанный, с прослоями глин туго- и мягкопластичной консистенции и песков различной плотности, обводненный. Вскрытая мощность слоя 6,8 м. [3]

В результате выполненных работ на площадке выделяются 2 водоносных горизонта:

• Техногенный водоносный горизонт в насыпных грунтах;
• Водоносный горизонт в аллювиальных четвертичных отложениях.

Техногенный водоносный горизонт – сформировался в последние годы (1999-2001 гг.) в насыпных грунтах после отсыпки донных отложений, за счет зависания фильтрующихся атмосферных осадков и паводковых вод. Воды горизонта устанавливались (февраль 2002) на глубинах 0,3-1,0 м, что соответствует абсолютным отметкам 88,5-91,4 м, (ноябрь 2006 г.) на глубине 5,0-5,5 м (абс. отм. 87,8-88,2 м), изменение уровня объясняется сезонным колебанием вод. [2]

Отсутствуют уклоны поверхности, обеспечивающие поверхностный сток, поэтому во время выпадения атмосферных осадков и весеннего снеготаяния основное количество вод фильтруется в грунт и зависает, формируя водоносный техногенный горизонт.

По химическому составу водоносный горизонт техногенных вод сульфатно- гидрокарбонатный, кальциевый с общей минерализацией 2,2 г/л. [3]  Согласно СНиП 2.03.11-85, агрессивными свойствами по отношению к бетонам не обладают.

Подземные воды второго водоносного горизонта приурочены к четвертичным аллювиальным песчано-гравийным отложениям. Воды безнапорные, режим их полностью зависит от уровня воды р. Уфа. Питание их происходит за счет инфильтрации атмосферных осадков и береговой фильтрации речных вод. Водообильность аллювиальных отложений высокая, но неравномерная и зависит от мощности водоносного горизонта, литологического и гранулометрического состава грунтов. [2]

По данным ранее выполненных опытных работ коэффициент фильтрации составил:

• для глинистых грунтов – 0,05-0,5 м/сутки;
• для песчаных грунтов – 5,0 м/сутки;
• для гравийных грунтов – 7,7-90,0 м/сут.

По химическому составу вода второго водоносного горизонта гидрокарбонатная, сульфатная, кальциевая с общей минерализацией 1,1 г/л. Согласно СНиП 2.03.11-85, агрессивными свойствами по отношению к бетонам не обладают. [3]

Выводы. По сложности инженерно-геологических условий, в соответствии с Приложением “Б” СП 11-105-97 [4], площадка проектируемого строительства относится ко II (средней) категории сложности.

В геоморфологическом отношении участок приурочен к правобережной пойме р. Уфы. Абсолютные отметки рельефа изменяются в пределах 93,2-93,6 м.

Территория поймы периодически затапливается паводковыми водами р. Уфы. Уровень р. Уфы 1%-обеспеченности составляет 94,30 м Балтийской системы.

На площадке выделяются 2 водоносных горизонта: техногенный водоносный горизонт в насыпных грунтах; водоносный горизонт в аллювиальных четвертичных отложениях.

По химическому составу водоносный горизонт техногенных вод сульфатно- гидрокарбонатный, кальциевый. По химическому составу вода второго водоносного горизонта гидрокарбонатная, сульфатная, кальциевая. Оба водоносных горизонта агрессивными свойствами по отношению к бетонам не обладают. [3]

Снежный покров (СП), являясь естественным планшетом, аккумулирует выпадающие из атмосферы вещества в течение длительного (зимнего) сезона, позволяет получить сведения о состоянии воздушной среды, а также оценить поступление поллютантов в результате таяния в весенний период в речной бассейн [1].

Сведения об общем химическом составе природных вод (главные ионы и биогенные вещества) позволяет дать экологическую оценку водного объекта.

Объекты исследований: поверхностные воды, в том числе снежный покров, подземные воды на территории ГПЗБХ.

Цель работы – исследовать химический состав вышеуказанных объектов, выявить влияние антропогенных факторов на формирования их химического состава, оценить распределение минеральных и взвешенных веществ, дать интегральную оценку состояния атмосферы ГПЗБХ и его окрестностей с учетом местных факторов, трансграничного переноса со стороны КНР, оценить аэральное поступление растворимых минеральных и взвешенных веществ в СП за зимний сезон 2012 –2013 г.

Состав работ включал: отбор проб СП, поверхностных и подземных вод на территории ГПЗБХ; определение химического состава СП в жидкой фазе, поверхностных и подземных вод (полный гидрохимический анализ проб), количественное определение минеральных примесей, взвешенных веществ.

Мониторинг химического состава СП на территории ГПЗБХ ведется с 1989 г. [1-3] Усредненные пробы СП из нескольких колонок отбирались 26 марта 2013 г. снегомерным цилиндром ВС–43 на всю его мощность в полиэтиленовые пакеты в период максимального влагозапаса
в соответствии с [4] на трех площадках (станциях) территории заповедника:
станция 1 – на льду пр. Амурской у правого берега, в 2,5 км от пр. Казакевичево, на северо-восток от границы с КНР; станция 2 – на левом берегу руч. Соснинский, в 60 м от впадения в пр. Амурскую, станция 3 – в 1 км на юго-восток от конторы заповедника в пос. Бычиха.

Пробы вод отобраны соответствии с ГОСТ Р 51592-2000 с поверхностного горизонта (0,5 м) осенью 2013 г. и зимой 2014 г. в реках Уссури, Чирки, Амурская протока и др. – 20.10.13, 14.11.13 и 30.01.14 гг. Всего исследовано 15 проб воды.

Методы и методики

Измерялась высота (h) СП, рассчитывались плотность (d) и влагозапас (P). Техногенное загрязнение СП изучалось по [5]. Отобранные образцы СП плавились при комнатной температуре 4–5 часов в закрытых сосудах и подвергались химическому анализу.

Общий химический состав объектов - величина рН, удельная электропроводность (УЭП),
главные ионы (Ca²⁺, Mg²⁺, HCO₃^-, Cl^-, SO₄^2-), биогенные вещества (NH₄⁺, NO₃^-, NO₂^-, HPO₄^2-, SiO₂), взвешенные вещества (ВВ) проводился по общепринятым [6, 7] в гидрохимии и стандартизованным методам (РД, ПНД Ф). Водородный показатель (рН) измеряли портативным прибором Exsech PH 110 (Extech Instruments, USA), удельную электропроводность воды (УЭП) - на комбинированным приборе – pH-метр/кондуктометр S47
(Mettler Toledo, Швейцария) – по РД 52.24.495-2005, взвешенные вещества (ВВ) определяли гравиметрическим методом по РД 52.24.468-2005. Главные ионы: суммарное содержание Na⁺, K⁺ определялось расчетным методом, Са²⁺ и Мg²⁺ – комплексонометрически по ГОСТ 31954-2012, Са²⁺ – титриметрическим методом с трилоном Б по РД 52.24.403-2007, Сl^- – меркурометрическим методом по РД 52.24.402-2011, SO₄^2- – турбидиметрически по РД 52.24.405-2005, НСО₃^- – методом обратного титрования по РД52.24.493-2006. Биогенные вещества: NH₄⁺, NO₃^-, NO₂^-, HPO₄^2-, SiO₂^- определялись фотоколориметрически: ионы аммония – с реактивом Несслера по РД 52.24.486-95, нитрат- и нитрит ионы – с реактивом Грисса по ПНД Ф 14.1:2.3-95 и РД 52.24.381-2006 соответственно, фосфаты – по РД 52.24.382-2006, кремний – по РД 52.24.433-2005. Пробы СП в основном анализировались по РД 52.04.186-89 [4].

Для выявления зон загрязнения и оценки состояния СП использовалась система гляциохимических индикаторов природных и антропогенных процессов [8]. Эколого-гляциохимические характеристики СП сравнивались с условно-фоновыми показателями – для территории Эворон-Чукчагирской низменности по данным 1976–1980 гг. [9], с ПДКв.р., т.к. нормативных документов по ПДК для СП не разработано [10].

Средний химический состав СП в бассейнах озер Эворона и Чукчагирского относился по классификации О.А. Алекина [11, с. 120] к гидрокарбонатному классу, группе кальция, первому типу (С_I^Са); средняя величина минерализации лежала в пределах 5,8 мг/дм³ в начале зимы (по расчетам А.В. Иванова без учета влияния лесных пожаров на химический состав СП). Величина рН СП изменялась от 5,30 до 6,90. В СП накапливалось до 0,46 т/км² ·сезон^-1 растворимых минеральных веществ.

В расплавах СП рассчитаны средневзвешенная концентрация компонентов, общее количество растворимых минеральных веществ (в т/км²), накопленных в СП за зимний, поступление растворимых минеральных веществ в СП в результате хозяйственной деятельности [1, с. 7].

Величина минерализации (М) рассчитана как сумма всех определенных при анализе минеральных веществ по ГОСТ 17407-72.

Результаты и обсуждения

1. Общий химический состав снежного покрова

В таблицах 1, 2 приведены результаты мониторинга общего химического состава СП ГПЗБХ.

Химический состав СП по классификации О.А. Алекина [11, с. 120] на территории ГПЗБХ – сульфатно-магниевый II типа (S_lI^Mg) соответствует прошлому зимнему сезону.

Таблица 1 – Интегральные показатели химического состава снежного покрова ГПЗБХ и результаты снегосъемки, 26 марта 2013 г.

Примечание: здесь и далее над чертой – минимальное и максимальное значение, под чертой – средневзвешенное значение.

Таблица 2 – Содержание главных ионов и биогенных веществ в снежном покрове ГПЗБХ, мг/дм³

По величине рН СП выделяется станция 1 с максимальным значением рН (5,68) и станция 3 (5,66), что значительно ниже показателей прошлого года (сдвиг в сторону кислой среды). Это является указанием на влияние антропогенной деятельности на химический состав СП. Незагрязненным атмосферным осадкам обычно приписывается значение 5,60 [12].

Величина показателя относительной кислотности
(pH/pNH₄=1,3, несколько ниже, чем в прошлый зимний сезон [8, с. 266]), что характеризует атмосферу, как подверженную влиянию хозяйственной деятельности [6, с. 17].

Содержание гидрокарбонат- и орто-фосфат-ионов в СП 2013 г. ниже, чем в 2012 г. Средние концентрации ионов кальция и нитрат-ионов – на одном уровне (однако, отмечено превышение их содержаний максимально до 2 и 7 раз), по остальным определяемым показателям в СП 2013 г. по сравнению с 2012 г. отмечено увеличение их значений и средних величин: по УЭП, М, SO₄^2-, Mg²⁺, NH₄⁺, Cl^-, SiO₂
^- – в 1,2 – 1,6 раз (в среднем), максимально – до 1,6, 2,2, 2,7, 1,8, 2,0, 2,0, 3,3 раз соответственно.

Максимальное значение главных ионов и биогенных веществ (за исключением НРО₄^2-), а также величин УЭП и минерализации обнаружено в СП станции 1 (табл. 1, 2), что возможно связано с трансграничным переносом со стороны КНР. Содержание орто-фосфатов в СП связано со сжиганием ископаемого топлива (в том числе древесины, которая широко используется в сельской местности – ст. 2, 3). Содержание НРО₄^2- соответствует концентрации НРО₄^2- в СП в атмосферных осадках во время лесных пожаров [9].

Минеральные соединения азота в СП представлены NH₄⁺, NO₃^-, NO₂^-. Вклад ионов аммония и нитрат-ионов в суммарное содержание минерального азота в СП 2013 г. 47–61% и 39–53% соответственно, нитрит-ионов – 0,1–0,2%. Для СП 2012 г. доля вклада NH₄⁺ – 39–76%, NO₃^- – 24–79%, NO₂^- – 0,2–0,4%. Во всех пробах СП 2013 г. содержание NH₄⁺ превышает ПДКв.р. до 1,7–2,1 раз, что значительно выше по сравнению с прошлым годом.

На территорию ГПЗБХ за зимний сезон 2012–2013 г. из атмосферы в среднем поступило (в т/км²): 0,948 – растворимых минеральных веществ (в среднем до 49% за счет хозяйственного генезиса), в том числе в виде SO₄^2- – 0,245/км² (26%); NO₃^- – 0,128/км² (14%), NH₄⁺ – 0,049 т/км² (5%), что находится примерно на одном уровне по сравнению с максимальными величинами (по станции 1) для прошлого сезона наблюдений.

Среднее содержание ВВ в СП 2012–2013 г. в 1,8 раз выше, чем в зимний период 2011– 2012 г.

Таким образом, можно заключить, что атмосфера БХГПЗ находится в зоне непосредственного влияния газопылевых выбросов промышленных предприятий г. Хабаровск, КНР, селитебных территорий, что проявляется в возрастании концентраций практически всех ионов, в увеличении величины минерализации по сравнению с фоновой в среднем до 3 раз. В СП отмечено превышение ПДКв.р.
по ионам аммония до 2,1 раз.

Различия в химическом составе СП по сравнению с зимним сезоном 2011-2012 гг. объясняются особенностями гидрометеорологических режимов годов наблюдений [2, 3].

2. Общий химический состав поверхностных и подземных вод

Диапазон изменения величины минерализации вод оставил 24,0–44,6 мг/дм³ в октябре – ноябре 2013 г. (для воды скважины – 83,7 мг/дм³) и 30,2–97,1 мг/дм³ в январе 2014 г. (рис. 1). Повышенные величины минерализации поверхностных вод для зимнего сезона объясняются тем, что в период закрытого русла реки переходят на подземное питание. Увеличение минерализации происходит за счет повышения в химическом составе вод содержания гидрокарбонат-ионов, ионов кальция и магния. Этот период отбора характеризуется также более значительными показателями электропроводности и общей жесткости (рис. 2) в поверхностных водах. Максимальная величина УЭП составила 146,6 мкСм/см в подземной воде, минимальная – в р. Быкова (24,0 мкСм/см) (рис. 1).

Зимний период отбора характеризуется более высокими содержаниями нитрат- и сульфт-ионов в воде и более низкими ионов аммония (рис. 3, 4). В 43% случаях наблюдений отмечено превышение ПДКв.р. по NH₄⁺ в поверхностных водах в 1,3 раза максимально. В этот период также отмечены более высокие содержания сульфат-ионов в воде.

Величина рН в поверхностных водах варьирует в пределах 6,03 – 7,39. Минимальное и максимальное ее значение обнаружено в воде р. Уссури, у с. Казакевичево в октябре 2013 г., январе 2014 г.

Рис. 1. Изменение величины минерализации (М), удельной электропроводности (УЭП) в водах ГПЗБХ, октябрь 2013 – январь 2014 гг.

Рис. 2. Изменение общей жесткости в водах ГПЗБХ, октябрь 2013 – январь 2014 гг.

Рис 3. Распределение концентраций нитрат-ионов и ионов аммония в водах ГПЗБХ, октябрь 2013 – январь 2014 гг.

Рис 4. Изменение содержания сульфат – и хлорид – ионов в водах ГПЗБХ, октябрь, ноябрь 2013 г., январь 2014 гг.

В результате проведенного исследования установлено, что загрязнение СП происходит как от местных источников, также не исключен трансграничный перенос со стороны КНР, в частности сульфат- и нитрат-ионов. Существует вероятность попадания поллютантов в воды протоки Амурской в весенний период.