Гигиеническая оценка качества воды в реках Донского бассейна на территории Воронежской области

Введение

Качество воды поверхностных водных объектов – один из важнейших факторов санитарно-эпидемиологической безопасности населения и ключевой индикатор экологического благополучия территорий. В условиях нарастающей антропогенной нагрузки на речные экосистемы в связи с интенсификацией сельскохозяйственного комплекса, увеличением площадей урбанизированных территорий, а также развитием промышленного комплекса мониторинг и гигиеническая оценка качества воды приобретают особую значимость [1–7]. В мировой литературе накоплен значительный массив данных, свидетельствующих о деградации качества речных вод под влиянием диффузного и точечного загрязнения. Исследования, выполненные в Южной Африке, демонстрируют высокий микробиологический риск при использовании речной воды населением [1], а также превышение нормативов тяжёлых металлов и биогенных элементов в водотоках, испытывающих горнопромышленное и сельскохозяйственное воздействие [2]. В Германии ухудшение физико-химических показателей воды остаётся основным стрессором для диатомовых водорослей, макробеспозвоночных организмов и рыбных сообществ [3]. В Китае установлена зависимость химического состава воды от характера землепользования в урбанизированных водосборах бассейна Жемчужной реки [4], а в притоках озера Чаоху выявлено широкое распространение следовых химических элементов, обусловленное деятельностью горнодобывающих предприятий [5]. В Индии установлена деградация качества воды крупных рек под воздействием коммунально-бытовых стоков и агропромышленного производства как по интегральным индексам качества [6], так и по питьевым и ирригационным стандартам [7].

Отечественные исследования рассматривают закономерности формирования качества воды в различных речных бассейнах России [8–10]. Приоритетными загрязнителями выступают нефтепродукты в реках Ямало-Ненецкого автономного округа [11], соединения металлов и биогенные вещества в реках Ульяновска [12], Москвы [13] и Санкт-Петербурга [14], в реках Дон [15], Кубань [16], Амур [17], Лена [18], реках Арктической зоны [19]. Доказана связь между качеством питьевой воды из поверхностных источников и показателями здоровья населения [20, 21].

В Воронежской области реки периодически загрязняются соединениями азота, фосфора и органическими веществами [22–24], неудовлетворительное качество воды встречается и в местах рекреационного водопользования [25]. Вместе с тем в проведённых ранее работах не представлена гигиеническая оценка качества воды рек всего Донского бассейна на территории Воронежской области по широкому спектру санитарно-химических показателей с применением современного статистического анализа.

Актуальность исследования обусловлена тем, что Воронежская область располагается в бассейне р. Дон – одной из крупнейших на европейской части России, имеющей разветвлённую сеть притоков: Битюг, Хопёр, Тихая Сосна, Чёрная Калитва, Ворона и Усмань. Население региона активно использует реки для рекреации, что определяет их санитарно-гигиеническую значимость. При этом на качество воды оказывают влияние как природные факторы (геохимический фон, гидрологический режим), так и техногенные (коммунально-бытовые и промышленные стоки крупных городов – Воронежа, Россоши, Борисоглебска, Павловска). Отсутствие систематизированной оценки загрязнения вод по всему водотоку р. Дон в пределах области обусловливает научную новизну и практическую значимость настоящего исследования. Кроме того, каждый регион имеет особенности формирования показателей качества воды в поверхностных водных объектах, что также определяет актуальность исследований в этой предметной области.

Цель исследования – гигиеническая оценка качества воды в реках Донского бассейна на территории Воронежской области.

Материалы и методы

Объектом исследования были реки Воронежской области, предметом исследования – санитарно-химические показатели качества воды. В исследовании использованы первичные данные, полученные в системе мониторинга поверхностных водных объектов суши Воронежского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Воронежский ЦГМС) за 2023–2025 гг. и переданные для обработки и анализа результатов Воронежскому государственному университету по договору от 24.06.2025 г. «О научном сотрудничестве». Пробы воды в реках на территории Воронежской области систематически отбирают и анализируют в 22 мониторинговых точках контроля (МТК) на реках Дон, Битюг, Хопёр, Тихая Сосна, Чёрная Калитва, Ворона и Усмань. Отбор проб воды проводится не менее четырёх раз в год в каждый из сезонов. Места расположения МТК не меняются десятилетиями и были обоснованы Гидрометом исходя из следующих положений. Дон – самая крупная река на территории области (общая протяжённость на территории региона с севера на юго-восток ≈ 520 км), на ней расположены 9 МТК, в том числе 1 МТК – выше Воронежа и Семилук – первая (фоновая) точка на р. Дон на территории Воронежской области. Далее точки располагаются вниз по течению реки: 2 МКТ – с. Малышево ниже Воронежа (для оценки техногенного влияния на качество воды точечных и диффузных стоков с территории областного центра), а также возле городов и районных центров (Нововоронеж, Лиски, Павловск) до и после их географического положения по отношению к р. Дон. Последняя МТК на р. Дон на территории региона находится в с. Новая Калитва. На р. Битюг, левом притоке Дона, находятся 4 МТК: р.п. Анна и г. Бобров – по 2 МТК до и после их географического положения по отношению к направлению течения реки. На р. Хопёр, левом притоке Дона, расположены 3 МТК, две из которых – до и после Борисоглебска, одна – в Новохопёрске. На р. Тихая Сосна, правом притоке Дона, находятся 2 МТК, ситуационно расположенные до и после районного центра Острогожска. На р. Чёрная Калитва, правом притоке Дона, находятся 2 МТК до и после Россоши. На р. Ворона и р. Усмань – по 1 МТК. На р. Ворона МТК расположена в черте Борисоглебска. На р. Усмань (левый приток р. Воронеж, впадающей в Воронежское водохранилище и далее в р. Дон) МТК располагается в Центральной усадьбе Воронежского государственного природного биосферного заповедника им. В.М. Пескoва и является фоновой точкой, удалённой от крупных техногенных источников воздействия.

Все реки население использует в рекреационных целях, особенно в летний период. В системах централизованного водоснабжения населения вода из рек не применяется в отличие от воды подземных источников.

Для реализации цели исследования – гигиенической оценки качества воды в реках – была сформирована авторская база данных показателей из первичных материалов, которые нормируются по СанПиН 1.2.3685–21*, в их числе 4 обобщённых (pH, растворённый кислород, БПК₅ и ХПК) и 10 химических веществ – магний (Mg, суммарно), железо (Fe, суммарно), медь (Cu, суммарно), цинк (Zn, суммарно), аммоний-ион (NH₄⁺), хлориды (Cl⁻), сульфаты (SO₄²⁻), нитриты (NO₂⁻), нитраты (NO₃⁻), полифосфаты (PO₄³⁻). При этом лимитирующий показатель вредности для сульфатов, хлоридов, магния, аммиака/аммоний-иона, полифосфатов и железа – органолептический, для остальных показателей – санитарно-токсикологический.

Исследование включало два этапа: 1 – сравнение показателей качества воды с гигиеническими нормативами и выявление неблагополучных МТК по их превышениям; 2 – статистический анализ данных с оценкой достоверности различий средних показателей качества воды в восьми мониторинговых точках контроля вниз по течению р. Дон по отношению к точке сравнения, расположенной выше г. Воронежа. Достоверность различий средних величин (M) с учётом стандартной ошибки (m) оценивали по критерию Стьюдента (t_расч.) при α = 0,05 (вероятности статистической ошибки вывода о различиях не более 5%).

Результаты

Сравнение качества воды рек с гигиеническими нормативами показало, что водородный показатель (437 определений) лежит в интервале от 6,86 до 8,32 ед. (среднее по региону 7,82 ± 0,01 ед.). Несоответствий фактических значений pH интервалу норматива (6,0–9,0 ед.) не выявлено. Растворённый кислород в воде рек определяется в диапазоне от 3,52 до 10,8 мг/дм³. Среднее значение по региону – 6,56 ± 0,07 мг/дм³. Несоответствие нормативу (< 4 мг/дм³) выявлено в 9 из 428 проб по региону в водах р. Чёрная Калитва (1 проба) в МТК ниже Россоши 03.08.2023 г. (3,76 мг/дм³), р. Тихая Сосна (6 проб) в 2 МТК выше и ниже Острогожска (3,54–3,9 мг/дм³) в летне-осенний период 2023 и 2025 гг., в р. Битюг (2 пробы) в МТК ниже р.п. Анна и г. Бобров (обе пробы получены 11.01.2024 г. во время ледостава).

Показатель БПК₅ в воде рек находится в интервале от 1,1 до 4,24 мг О₂/дм³ при среднем значении по региону 2,42 ± 0,03 мг О₂/дм³. Несоответствие нормативу (4 мг О₂/дм³) отмечено в трёх пробах из 428 в р. Дон (2 пробы) в 2024 и 2025 гг. в МТК ниже Воронежа и в р. Хопёр (1 проба) в МТК ниже Борисоглебска в весенний период (апрель – май).

Показатель ХПК в воде рек региона варьируется от 13,6 до 41 мг О₂/дм³ при среднем значении 24,3 ± 0,28 мг О₂/дм³. По этому показателю превышения норматива (30 мг О₂/дм³ в воде в местах рекреационного водопользования) отмечены в 65 случаях из 428 (15,2% проб). Превышения норматива отмечены в реках Дон, Битюг, Чёрная Калитва, Хопёр, Тихая Сосна. Максимум (41 мг О₂/дм³, то есть превышение норматива в 1,37 раза) отмечен в МТК р. Хопёр ниже Россоши 02.04.2025 г. В большинстве случаев (63 из 65 проб) превышения норматива ХПК выявлены в МТК, расположенных ниже городов Воронеж, Россошь, Борисоглебск, Бобров, Острогожск, Павловск во все сезоны, что свидетельствует о негативном влиянии на качество воды в реках диффузных и точечных стоков с территорий населённых мест.

Содержание магния (Mg, суммарно) в водах рек варьируется от 10,2 до 45,7 мг/дм³ (среднее – 27,6 ± 0,37 мг/дм³) и не превышает гигиенического норматива (50 мг/дм³). Максимальное содержание магния отмечено в воде р. Битюг (45,7 мг/дм³), минимумы – в реках Дон и Ворона (10,2 мг/дм³).

Содержание железа (Fe, суммарно) в водах рек составляет от 0,01 до 0,69 мг/дм³. Среднее значение по региону – 0,09 ± 0,003 мг/дм³. Превышения норматива (0,3 мг/дм³) встречаются в реках Дон и Битюг (в 6 пробах из 428 по региону, что составляет 1,4%). Максимальное превышение норматива (в 2,3 раза) отмечено в МТК р. Дон ниже Воронежа 22.03.2023 г.

Концентрация меди (Cu, суммарно) в воде рек варьировалась от «ниже предела количественного определения» до 4,9 мг/дм³. Превышения норматива (1 мг/дм³) от 1,1 до 4,9 раза отмечены в реках Дон, Битюг, Чёрная Калитва. Наиболее часто (в 170 анализах из 428, или 39,7%) превышения норматива содержания меди выявлены в воде р. Дон.

Содержание цинка (Zn, суммарно) в воде рек варьировалось от «ниже предела количественного определения» до 3,6 мг/дм³ при среднем значении по региону 1,14 ± 0,05 мг/дм³. Превышений норматива (5 мг/дм³) не выявлено. Максимум содержания Zn отмечен 01.08.2023 г. в МТК р. Дон в черте Воронежа.

Концентрация аммоний-иона (NH₄⁺) в воде рек лежит в интервале от «ниже предела количественного определения» до 1,85 мг/дм³ при среднем значении по региону 0,17 ± 0,012 мг/дм³. Превышений норматива (2 мг/дм³) не выявлено. Максимум отмечен в р. Тихая Сосна в МТК, ситуационно расположенной ниже Острогожска.

Нитраты и нитриты в воде являются веществами двойного генезиса – природного и техногенного. Содержание нитритов (NO₂⁻) в воде рек определялось в интервале от «ниже предела количественного определения» до 0,191 мг/дм³. Средняя концентрация – 0,03 ± 0,001 мг/дм³. Превышений гигиенического норматива (3 мг/дм³) не выявлено. Содержание нитратов в воде рек лежит в интервале от 1,19 до 3,48 мг/дм³. Среднее значение по региону – 1,34 ± 0,04 мг/дм³. Превышений гигиенического норматива (45 мг/дм³) в воде рек не выявлено.

Концентрации хлоридов (Cl⁻) не превышают ПДК (350 мг/дм³) – от 10,6 до 125 мг/дм³ при среднем значении 35 ± 1,2 мг/дм³. Содержание сульфатов (SO₄²⁻) также не превышает ПДК (500 мг/дм³). Диапазон их концентраций составляет от 32,2 до 184 мг/дм³ при среднем значении в реках региона 89,8 ± 1,6 мг/дм³.

Содержание в воде рек региона полифосфатов (PO₄³⁻) варьируется от 0,01 до 0,72 мг/дм³. Среднее значение – 0,14 ± 0,004 мг/дм³. Превышения гигиенического норматива (3,5 мг/дм³) не установлены.

Оценка достоверности различий величин показателей качества воды проведена с учётом расположения МТК р. Дон вниз по течению по отношению к первой МТК на территории Воронежской области (см. таблицу).

Анализ данных показывает, что в МТК 2 р. Дон, расположенной ниже по течению по отношению к территории Воронежа, выявлены статистически значимые различия средних значений в сторону увеличения по 6 показателям из 14 оцениваемых (водородному показателю, БПК₅, ХПК, меди, цинку, нитратам), t_расч. от 2,23 до 5,91 > t_табл. = 2 при α = 0,05). Это достоверно свидетельствует о негативном влиянии на показатели качества воды диффузных и точечных стоков с территории Воронежа. Далее в МТК 3 (выше Нововоронежа) прослеживается стабилизация показателей. Достоверные различия средних значений показателей по отношению к точке сравнения выявлены по 2 из 14 характеристик (БПК₅ и ХПК), t_расч. от 2,22 до 2,35 > t_табл. = 2 при α = 0,05. В МТК 3, расположенной ниже Нововоронежа, прослеживаются 3 достоверных различия в сторону увеличения (водородный показатель, медь, цинк) и 3 – в сторону снижения (хлориды, нитриты, полифосфаты). В ИТК 5 перед г. Лиски показатели качества воды практически не отличаются от точки сравнения 1. Имеется одно достоверное различие по содержанию меди в воде в сторону снижения. Однако в точке 6, расположенной ниже г. Лиски, концентрации меди и сульфатов возрастают и достигают достоверных различий по отношению к точке сравнения 1. В МТК 7, выше г. Павловска, выявлены достоверные различия в сторону увеличения средних значений содержания сульфатов и нитритов (t_расч. от 3,28 до 4,14 > t_табл. = 2 при α = 0,05) и в сторону снижения БПК₅ и ХПК (t_расч. от 2,2 до 2,24 > t_табл. = 2 при α = 0,05). В МТК 8, расположенной ниже г. Павловска, снова отмечаются достоверные различия средних значений 6 показателей из 14 оцениваемых (медь, цинк, хлориды, сульфаты, нитраты, полифосфаты), t_расч. от 2,44 до 7,01 > t_табл. = 2 при α = 0,05. В МТК 9 (с. Новая Калитва) по отношению к точке сравнения 1 имеются достоверные различия средних величин в сторону их увеличения по 6 из 14 оцениваемых характеристик (водородному показателю, содержанию меди, цинка, хлоридов, сульфатов, нитратов), t_расч. от 2,19 до 7,48 > t_табл. = 2 при α = 0,05.

По другим рекам, имеющим несколько МТК (Битюг, Хопёр, Тихая Сосна, Чёрная Калитва), также имеются различия в показателях до населённого пункта и после, хотя они менее выражены. Так, в МТК р. Битюг выявлены статистически значимые различия показателей растворённого кислорода, БПК₅ и ХПК (до и после р.п. Анна), в МТК р. Хопёр – БПК₅ до и после г. Борисоглебска, в р. Тихая Сосна в МТК до и после г. Острогожска по содержанию сульфатов, нитратов и полифосфатов (t_расч. от 2,14 до 4,57 > t_табл. = 2 при α = 0,05).

Обсуждение

Все реки на территории Воронежской области – притоки Дона, влияющие на качество воды в нём наряду с техногенными факторами, главными из которых являются сточные воды c территорий населённых мест и диффузные стоки с сельскохозяйственных угодий региона. Установлено, что вниз по течению р. Дон большинство показателей качества воды имеет достоверные различия (α = 0,05) по отношению к точке сравнения, расположенной выше по течению реки, а именно водородного показателя (в 3 МТК), БПК₅ (в 3 МТК), ХПК (3 МТК), содержанию меди, цинка, хлоридов, сульфатов, нитратов, нитритов, полифосфатов (от 2 до 6 МТК), что говорит о воздействии природных и техногенных факторов на качество воды.

В то же время отсутствие достоверных различий в показателях содержания магния, железа, аммоний-иона свидетельствует о стабильном природном присутствии данных компонентов и отсутствии значимого техногенного влияния этих веществ. Важно, что показатель растворённого кислорода не имеет статистически значимых различий во всех МТК оцениваемого участка р. Дон на территории Воронежской области. Средние значения в МТК варьируются от 6,72 ± 0,2 мг/дм³ (МТК 1) до 7,31 ± 0,39 мг/дм³ (МТК 8), что объясняется достаточно хорошей аэрацией, обусловленной скоростью течения реки (от 0,6 до 1,2 м/с в межень и от 2 до 3 м/с в половодье), турбулентностью потока воды, отсутствием эвтрофикации. Таким образом, гипотеза об ухудшении качества воды вниз по течению р. Дон подтвердилась частично – по отдельным показателям и в отдельных мониторинговых точках.

Значимость полученных нами результатов важна для совершенствования мониторинга. Результаты исследования на данном этапе мониторинга не следует относить к числу приоритетных региональных показателей; целесообразно перераспределить затраты на средства контроля с этих показателей на более значимые региональные характеристики качества воды.

Полученные результаты в целом согласуются с данными проведённых ранее исследований по оценке качества воды в реках Донского бассейна, испытывающих значительную рекреационную нагрузку, особенно вблизи населённых пунктов городского типа [22–24]. В частности, исследованиями В.А. Курепина с соавт. (2022), в которых также использованы более ранние данные Воронежского ЦГМС, показано, что в р. Тихая Сосна периодически наблюдается сверхнормативное загрязнение водной среды такими биогенными компонентами, как соединения азота, фосфора, БПК₅ [24]. В предыдущих наших исследованиях, проведённых на территории Воронежской области, показано, что в 2025 г. регистрировались превышения норматива по показателю ХПК в восьми местах массового отдыха населения у воды в летний период [25]. Других региональных работ, опубликованных в высокорейтинговых журналах за период 2021–2025 гг. и посвящённых качеству воды в реках бассейна Дона на территории Воронежской области, не найдено.

Неопределённости и ограничения нашего исследования связаны с дискретным характером мониторинга качества воды в реках (4 раза в год), ежегодной и сезонной изменчивостью водных режимов рек, обусловленных объёмом атмосферных осадков, другими изменяющимися по уровню воздействия природными и техногенными факторами.

Организация систем мониторинга качества воды в водных объектах Росгидромета и Роспотребнадзора всегда вызывает дискуссионные вопросы в части оценки репрезентативности данных контроля, а именно: «Что контролировать?» (определение перечня показателей), «Где контролировать?» (обоснование мониторинговых точек контроля), «Как часто контролировать?» (определение минимальной периодичности отбора проб), «Как долго контролировать и как часто пересматривать организацию мониторинга?» (продолжительность мониторинга). Все эти вопросы являются значимыми для достижения поставленной цели исследования – гигиенической оценки качества воды в реках Донского бассейна на территории Воронежской области. Анализ данных проведён авторами по уже обоснованным мониторинговым точкам контроля, при этом периодичность обора проб регламентируется руководящими документами, что также накладывает определённые ограничения на результаты исследования пространственной ситуации, особенно на возможность адекватной оценки временной динамики показателей состояния воды в реках изученного региона. Решение данных задач возможно в перспективе при совершенствовании санитарного и природоохранного нормативно-правового регулирования мониторинга.

Заключение

По результатам проведённого исследования показателей качества воды в реках на территории Воронежской области установлено, что к числу приоритетных из них по несоответствию гигиеническим нормативам следует отнести растворённый кислород, БПК₅, ХПК, содержание железа (суммарно), меди (суммарно). Несоответствие показателей качества воды гигиеническим нормативам выявлено в реках Дон, Чёрная Калитва, Тихая Сосна, Битюг, Хопёр. В м.т.к. на р. Усмань, которая располагается в Центральной усадьбе Воронежского государственного природного биосферного заповедника им. В.М. Пескoва, превышений гигиенических нормативов качества воды не выявлено. Выбранный нами показатель превышения гигиенических нормативов для определения приоритетных региональных показателей в связи с дискретностью данных мониторинга является одним из ключевых универсальных научно обоснованных показателей наряду с другими, которые остались за рамками выполненного анализа.

В м.т.к. р. Дон имеются достоверные различия средних значений показателей качества воды вниз по течению по отношению к точке контроля, расположенной выше. Прослеживается негативное влияние диффузных и техногенных стоков с территорий населённых мест и прежде всего городов Воронеж и Павловск. Относительно благополучными являются участки реки от г. Нововоронежа до г. Лиски.

* СанПиН 1.2.3685–21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания» (с изменениями на 24 декабря 2025 г.). [Электронный ресурс] https://docs.cntd.ru/document/573500115