Л.Н. Казанцева, Ю.В. Казанцев (АУ «НАЦ РН им. В.И. Шпильмана»)

В соответствии с региональным законодательством на месторождениях ХМАО – Югры практически повсеместно недропользователи проводят мониторинг состояния окружающей природной среды, в том числе и поверхностных вод. В автономном округе действует крупнейшая региональная сеть экологического мониторинга, насчитывающая более 1700 постов и сотни тысяч измерений (рис. 1), что позволяет оценить современное состояние экосистем и прогнозировать экологические последствия нефтедобычи.

Рис. 1. Расположение постов мониторинга поверхностных вод в ХМАО – Югре

Администрирование системы экологического мониторинга лицензионных участков недр обеспечивает Служба по контролю и надзору в сфере охраны окружающей среды, объектов животного мира и лесных отношений ХМАО – Югры.

Мониторинг поверхностных вод – один из важнейших разделов экологического мониторинга. Общеизвестно, что химический состав природных вод является индикатором состояния геосистем прилегающего водосборного бассейна. Количество ежегодных измерений качества поверхностных вод сопоставимо, а часто и превышает суммарное количество измерений всех остальных природных сред.

Широкий спектр загрязняющих веществ и разнообразие форм техногенных преобразований ландшафтно-геохимических комплексов делают актуальной задачу выявления показателей, обладающих наибольшими индикаторными свойствами. Действующие нормы предусматривают контроль 19 параметров качества природных вод: рН, БПК5, концентрации металлов, солей, органических веществ, токсичность. Однако априори ясно, что не все из них равнозначны для оценки экологической ситуации и выявления тенденций эколого-геохимических процессов.

В 2014-2015 годах в АУ «НАЦ РН им. В.И. Шпильмана» были проанализированы результаты мониторинга природных сред, осуществляемого недропользователями в период с 2009 по 2014 гг. Анализ качества поверхностных вод за этот период выполнен на основе более чем 560 тысяч измерений. Проанализирована динамика показателей 19 компонентов за 6 лет в целом по ХМАО – Югре, а также в разрезе 9 административных районов и 9 вертикально интегрированных нефтяных компаний. Отдельно проведено сравнение концентраций компонентов по фоновым и контрольным точкам.

В исследуемый период (2009-2014 гг.) экологический мониторинг выполняли 60-79 предприятий-недропользователей на 269-312 участках недр. Ежегодно проводилось от 82 805 до 102 243 измерений (табл. 1).

Таблица 1.Количество объектов, обследованных в 2009-2014 гг.

Пункты мониторинга поверхностных вод организуются на водоёмах и водотоках, подверженных техногенному загрязнению (контрольные пункты); кроме того, создаются пункты наблюдений на относительно не загрязнённых водоёмах и водотоках (фоновые пункты) этого же лицензионного участка. Количество пунктов мониторинга со временем изменяется, но соотношение контрольных и фоновых сохраняется примерно 1:4, то есть около 20% постов – фоновые, 80% – контрольные.

Большое количество измерений обусловлено не только числом постов и широким перечнем исследуемых компонентов, но и периодичностью отбора проб. В течение года на каждом посту пробы отбираются не менее трёх раз в разные гидрологические фазы – в начале половодья, в летне-осеннюю межень, перед ледоставом и анализируются по полному перечню показателей. На реках Обь, Иртыш и крупных реках 1-го порядка дополнительно проводится отбор проб в зимнюю межень. Кроме того, ежемесячно с начала половодья и до ледостава в контрольных пунктах мониторинга проводится отбор проб воды для определения хлоридов и нефтепродуктов как основных загрязняющих веществ. Таким образом, количество измерений хлоридов и нефтепродуктов в течение года почти в два раза больше других показателей. Так, например, в 2014 году концентрации хлоридов и нефтепродуктов измерялись 8852 раза, а прочих компонентов только 4737 раз.

Отбор проб компонентов природной среды осуществляется в соответствии с федеральным законодательством, государственными стандартами, иными нормативно-техническими документами. Перечень определяемых физико-химических и химических показателей качества поверхностных вод соответствует Постановлению № 485-п от 23.12.2011 г. (в ред. Постановления Правительства ХМАО – Югры от 21.03.2014 № 98-п). Согласно Постановлению 485-п анализ проб проводится аккредитованными лабораториями по методикам, внесённым в федеральный перечень методик выполнения измерений, допущенных к применению при выполнении работ в области мониторинга загрязнения окружающей природной среды, включённым в область аккредитации лаборатории.

В 2014 году обследованы поверхностные воды на 312 участках недр. Анализ проведён по данным, предоставленным 69 предприятиями, которыми было проведено 98 202 измерения качества поверхностных вод, в том числе 93488 измерений химического состава и 4714 исследований токсичности. Обследовано не менее 840 водных объектов более чем в 1700 точках (табл. 1).

Был проведён статистический анализ результатов в программе Rast.3 в целом по округу, отдельно – по фоновым и контрольным точкам в разрезе 9 административных районов, а также отдельно по крупным нефтяным компаниям ХМАО – Югры. Результаты 2014 года также были обработаны по выборкам разных гидрологических фаз – половодье, межень, начало ледостава, что позволило проанализировать сезонную динамику. Таким образом, в программе Rast 3 выполнено более 120 расчётов статистических показателей (количество измерений, min, max, среднее арифметическое, стандартная ошибка среднего, стандартное отклонение, медиана, 25 перцентиль, 75 перцентиль, коэффициент вариации) по 18 определяемым компонентам (все, кроме токсичности).

Оценка качества поверхностных вод осуществлялась в сравнении с показателями 2009-2013 гг., а также с установленными государственными нормами и стандартами качества воды по предельно допустимым концентрациям для вод рыбохозяйственных водоёмов (ПДКвр); проведено сопоставление средних показателей контрольных пунктов отбора проб поверхностных вод со средними фоновыми характеристиками.

В 2014 году, как и в измерениях прошлых лет, велика доля проб, концентрация компонентов в которых ниже предела обнаружения методики определения (рис. 2). Так, например, при исследовании концентраций ртути 92% проб – ниже предела обнаружения, по никелю – 82% таких проб, по свинцу – 79%. В целом, из 93488 измерений химического состава 33447 измерений вне пределов методики обнаружения (36%). Для экологического мониторинга такие методики не информативны, при высоких затратах на отбор, транспортировку и химический анализ образцов эти методы определения не позволяют получить результаты.

Рис. 2. Доля проб вне пределов методов обнаружения, (%)

Исследования 2014 года показали, что природные воды автономного округа в большинстве слабокислые или нейтральные, с низким содержанием солей, характеризуются чрезвычайно высоким содержанием металлов – железа, марганца, меди, цинка (рис. 3). Ряд металлов – никель, ртуть, хром, свинец наоборот в большинстве проб ниже предела обнаружения методов определения (табл. 2).

Рис. 3. Кратность ПДК средних концентраций компонентов

По показателю биологического потребления кислорода воды округа характеризуются в большинстве как «слабозагрязнённые» (2-3 мгО₂/дм³), но превышений экологического норматива немного (5%).

В 2014 году не зафиксировано превышения ПДК нитратов и сульфатов. Более половины (53%) всех исследованных образцов были загрязнены ионом аммония, средняя концентрация которого в 2014 году составила 0,8 мг/дм3, снизившись по сравнению с измерениями прошлых лет.

В сравнении с предыдущими наблюдениями в 2014 году снизилось загрязнение вод АПАВ, углеводородами, фосфатами, ртутью, уменьшилась доля токсичных вод.

Большинство исследованных образцов поверхностных вод содержали железа в количествах 1-20 ПДК, марганца – 1-10 ПДК, в 14% проб превышена ПДК никеля, в 64% – ПДК меди, в 18% – ПДК свинца, в 53% – ПДК цинка. В сравнении с 2013 годом возросла доля проб с превышением ПДК свинца, никеля, цинка.

Отмечается несоответствие экологическим нормативам большого количества проб по таким показателям, как рН (61% проб), концентрация иона аммония (53% проб), железа (98%), марганца (90%), меди (64% проб), (табл. 2, 3, 4, рис. 4).

В соответствии с ГОСТ 17.1.2.04–77 по показателю сапробности большинство исследованных в 2014 году образцов природных вод ХМАО – Югры относится к категориям: «загрязнённых» по содержанию фосфатов и иона аммония, «слабозагрязнённых» по показателю БПК и «чистых» по содержанию нитратов.

В сезонной динамике перед ледоставом кислотность вод снижается, возрастает доля нейтральных проб. Перед ледоставом повышается биологическое потребление кислорода, снижается доля токсичных вод. Концентрации ионов аммония, фосфатов, фенолов и свинца перед ледоставом снижаются. В то же время увеличиваются концентрации железа. Средние концентрации нефтепродуктов и нитратов меньше подвержены сезонной динамике – перед ледоставом остаются на уровне половодья и в межени.

Таблица 2.Основные параметры измерений поверхностных вод в 2014 году

Таблица 3.Число измерений качества поверхностных вод в административных районах ХМАО – Югры

Таблица 4 Средние концентрации компонентов в поверхностных водах ХМАО – Югры в разрезе административных районов в 2014 году (мг/дм³)

Рис. 4. Доля проб, соответствующих экологическому нормативу, (%)

Различия между фоновыми и контрольными постами свидетельствуют о влиянии техногенных факторов. Так, на фоновых постах более низкие значения рН, БПК, ниже концентрации таких антропогенных загрязнителей, как АПАВ, углеводороды, фенолы, хлориды. Кроме того, на контрольных постах выше по сравнению с фоновыми концентрации металлов (за исключением цинка), солей (фосфатов и нитратов).

Административные районы ХМАО – Югры значительно различаются как по природным условиям, так и по антропогенной нагрузке на них. Неравномерно представлены в районах и объекты недропользования. Как следствие, число постов экологического мониторинга и, соответственно, число измерений качества поверхностных вод различаются в десятки и сотни раз (табл. 3). Наибольшее количество измерений качества поверхностных вод выполнено в Сургутском (32 948) и в Нижневартовском (31 245) районах. На единицу площади больше всего измерений выполнено в Нефтеюганском районе. За счёт интенсивного недропользования водные объекты этих территорий тщательно обследованы. В то же время Берёзовский и Белоярский районы обследованы значительно меньше.

Существенно различается и качество проанализированных образцов. Среди административных районов относительно низкими концентрациями измеряемых компонентов в поверхностных водах отличаются Белоярский и Советский районы. Воды Березовского района богаты железом, сульфатами и фосфатами. В Кондинском районе наиболее низкие средние концентрации АПАВ, ионов аммония, фенолов, хлоридов. Воды Октябрьского района наименее загрязнены углеводородами, ионами аммония, АПАВ. Воды Нефтеюганского района загрязнены в наибольшей степени, а именно – здесь средние значения концентрации АПАВ, ионов аммония, никеля, свинца, хрома, фенолов, хлоридов значительно выше, чем в целом по округу. Воды Нижневартовского, Сургутского и Ханты-Мансийского районов также подвержены антропогенному загрязнению.

В качестве интегральной характеристики загрязнённости поверхностных вод используются классы качества воды, оцениваемые по величинам «индекса загрязнённости воды» (ИЗВ). Его расчёт проводился для каждого района по 17 исследованным показателям (все, кроме рН и токсичности).

По ИЗВ поверхностные воды округа характеризуются преимущественно как «загрязнённые» (4-й класс качества). Исключение составляют воды Белоярского, Нефтеюганского, Сургутского и Ханты-Мансийского районов, где ИЗВ не превышает 2, что соответствует 3-му классу качества – «умеренно загрязнённые». Наиболее высокие показатели ИЗВ в западной части округа – в Березовском, Октябрьском, Советском и Кондинском районах, что связано с высоким содержанием типоморфных металлов в исследованных образцах (табл.4). Так, Берёзовский район характеризуется очень высокими концентрациями железа, в Советском районе – наибольшие концентрации марганца. В Октябрьском районе, помимо высокого содержания типоморфных металлов (железа, марганца, меди), зафиксировано высокое содержание ртути.

Индекс загрязнения воды (ИЗВ) в 2014 году, рассчитанный с учётом 17 показателей в целом по округу, равен 2,1, что соответствует 4-му классу качества вод – «загрязнённые». Основную часть этой величины составляют типоморфные металлы (см.рис. 5). Исключив все исследуемые металлы и рассчитав ИЗВ по 9 компонентам, получаем значение 0,48, что соответствует 2-му классу качества – «чистые».

Рис. 5. Индексы загрязнённости вод по административным районам ХМАО – Югры

Особенно актуальным является сравнение результатов мониторинга различных нефтяных компаний. Поскольку за исследуемый период (2009-2014 годы) в лицензировании недр происходили изменения, анализ проводился по состоянию на 2014 год. При этом Самотлорское месторождение было выделено отдельно как уникальный крупный объект (оно разделено на два лицензионных участка, которые ранее эксплуатировали разные компании).

На территории деятельности нефтяных компаний качество вод различается значительно. Так, поверхностные воды на территории деятельности ОАО «Томскнефть ВНК» богаты типоморфными металлами – железом, марганцем, медью, цинком. На участках компании большое число превышений ПДК углеводородов и, как следствие, самая высокая средняя концентрация. За счёт этих компонентов ИЗВ компании самый высокий в округе (рис. 6). ИЗВ других компаний близок к среднему по округу.

Рис. 6. Индексы загрязнения вод на территории деятельности нефтяных компаний

На территории деятельности ОАО «Юганскнефтегаз» воды отличаются высокими средними концентрациями хрома, свинца, никеля, АПАВ. На участках большое число превышений ПДК углеводородов и хлоридов.

На территории Самотлорского месторождения самое высокое в округе среднее содержание хлоридов, фосфатов, высокие концентрации ионов аммония, большое количество превышений ПДК углеводородов (рис. 7).

Рис. 7. Среднее содержание хлоридов и углеводородов в поверхностных водах
на территории деятельности нефтяных компаний ХМАО – Югры

Для поверхностных вод лицензионных участков ОАО «ЛУКОЙЛ» характерно сравнительно высокое содержание нитратов и фосфатов.

На территории деятельности ОАО «Сургутнефтегаз» самые низкие в автономном округе средние концентрации марганца, никеля, хрома, нитратов, сульфатов, фосфатов. ИЗВ на территории деятельности компании – один из самых низких в ХМАО – Югре.

В поверхностных водах на территории деятельности ОАО «Русснефть» значительно ниже, чем в среднем по округу, концентрации АПАВ, ионов аммония, нитратов, сульфатов, хлоридов, углеводородов, цинка и меди.

В водах лицензионных участков ОАО «Роснефть» выявлены наиболее высокие средние значения ртути. Остальные компоненты присутствуют в пробах в количествах, близких к средним по округу и ниже. За счёт этого ИЗВ на участках компании самый низкий в ХМАО – Югре – 1,8.

На участках ОАО «Славнефть» повышены относительно средних по округу концентрации АПАВ и ионов аммония. В зоне деятельности ОАО «Газпром» одни из самых низких концентрации хлоридов, ионов аммония, но при этом много проб с превышением ПДК углеводородов.

Обширная сеть мониторинга, большое количество постов и высокая периодичность отбора проб позволили собрать огромный массив фактических данных о качестве поверхностных вод ХМАО – Югры за несколько лет. Именно большое количество измерений нивелирует погрешности, которые могут возникать в процессе пробоотбора и анализа образцов. Поэтому полученная информация даёт уникальную возможность для оценки качества вод ХМАО – Югры. Проанализировав данные мониторинга поверхностных вод, удалось выявить сезонную динамику содержания компонентов, различия, связанные с местоположением водных объектов как географически, так и относительно объектов промышленной инфраструктуры. Выявленные различия в концентрациях на фоновых и контрольных постах свидетельствуют о техногенном загрязнении природной среды.

Разные оценки с применением комплексных индексов и интегральных показателей характеризуют воды округа как «загрязнённые», либо «умеренно загрязнённые». Причиной этого является, как правило, высокое содержание типоморфных элементов, в частности, металлов. В то же время некоторые вещества, например, соли содержатся в поверхностных водах округа в очень небольших количествах. Для объективной оценки качества вод необходимо разработать региональные нормативы содержания ряда компонентов, для которых сравнение с ПДК непоказательно из-за региональных особенностей. В частности, для рН, хлоридов, нитратов, сульфатов ниже существующих нормативов; для железа, марганца, меди, цинка, ионов аммония – выше. Для этого необходимо установить эти значения на незагрязнённых территориях с учётом природных особенностей.

Другим вариантом может быть разработка некоего регионального комплексного индекса оценки качества вод, где концентрации веществ учитывались бы с поправкой на природные особенности, а техногенная составляющая была бы усилена. Также в этом индексе должны учитываться результаты биотестирования пробы (токсичность).

Это позволит объективнее оценивать качество вод на территории ХМАО – Югры.

Таблица 5.Средние концентрации компонентов в поверхностных водах на территории деятельности нефтяных компаний ХМАО – Югры в 2014 году (мг/дм³)

Таблица 6.Число проб поверхностных вод, не соответствующих экологическому нормативу на территории деятельности нефтяных компаний ХМАО – Югры в 2014 году