Water-saline equilibrium of urban areas: a case study of the Suzdal lakes, St Petersburg

Abstract

В работе исследуется водно-солевой баланс Суздальских озер, расположенных на севере города Санкт-Петербурга. С помощью метода водного баланса оценивается внешняя и внутренняя биогенная нагрузка Суздальских озер, и предлагаются рекомендации по улучшению их гидроэкологического состояния и снижению процессов антропогенного эвтрофирования. По результатам гидрохимических исследований в 2019 году в Нижнем Суздальском озере наблюдаются интенсивные процессы эвтрофирования, выражающиеся в увеличении содержания растворенного кислорода до 127 % нас. и защелачивании воды до рН = 8 ед. в летний вегетационный период, и значительном снижении содержания растворенного кислорода до 53 % нас. и рН до 6,8–7,3 ед. при прекращении вегетации в осенний период. Также выявлено высокое нитритное загрязнение с концентрацией нитритного азота до 15*ПДКвр, обусловленное аллохтонным поступлением со стоком р. Старожиловки и грунтовыми водами с кладбища. Для содержаний тяжелых металлов (Pb, Zn, Cd) и нефтеуглеводородов не было выявлено превышений ПДКвр. В городских Суздальских озерах грунтовый приток составляет более 30 % от приходной части водного баланса, что косвенно указывает на негативное влияние техногенных изменений урбанизированных ландшафтов. Годовая внешняя нагрузка, соответствующая аллохтонному поступлению биогенных элементов в озеро составляет: Pобщ= 0,5 г/м2, Р-РО4= 0,3 г/м2, Nобщ = 28,2 г/м2, N-NO3 = 15,3 г/м2, N-NH4 = 10,1 г/м2, N-NO2 = 1,9 г/м2. Внутренняя нагрузка биогенных элементов, соответствующих автохтонному поступлению этих элементов из донных отложений составляет: Робщ = 0,10 г/м2, Р-РО4 = 0,15 г/м2; Nобщ= 7,80 г/м2, N-NO3 = 3,13 г/м2, N-NH4 = 5,71 г/м2, N-NO2 = 0,29 г/м2. Максимальная удерживающая способность (52–56%) установлена для минерального фосфора и аммонийного азота, минимальная (до 15%) — для нитритного азота. Всего за 2019 год депонировалось в озере: Р-РО4 до 107 кг, N-NO2 — до 200 кг, N-NO3 и N-NH4 — от 2 до 4 т, Zn — 16 кг, Mn — 45 кг. В целях улучшения экологического состояния необходимо проводить мероприятия по расчистке русла канализированной части нижнего течения р. Старожиловки, а также очистку береговой водоохранной зоны озер от мусора и контроль за потенциальными источниками загрязнения воды от коммерческих предприятий.

The work studies the water-saline balance of the Suzdal lakes located in the northern part of St. Petersburg. External and internal biogenic load of the Suzdal lakes are estimated, using the method of water balance, recommendations to improve their hydroecological state and reduce the processes of anthropogenic eutrophication are proposed. According to the results of hydrochemical studies in 2019, intense eutrophication processes are observed in the Lower Suzdal Lake, which is expressed in an increase in the content of dissolved oxygen to 127 % sat. and alkalizing water to pH = 8 in the summer vegetative season, and a significant decrease in the content of dissolved oxygen to 53 % sat. and pH up to 6.8–7.3 units at the termination of vegetation in the autumn period. High nitrite pollution with a nitrite nitrogen concentration of up to 15*TLV was also revealed, due to allochthonous input from the river Starozhilovka runoff and groundwater from the cemetery. For the contents of heavy metals (Mn, Zn, Cd) and petroleum hydrocarbons no TLV exceeded. In urban Suzdal lakes, groundwater inflow is more than 30 % of the incoming part of the water balance, which indirectly indicates the negative impact of technogenic changes in urban landscapes. The annual external load corresponding to the allochthonous supply of nutrients to the lake: Ptotal = 0.5 g m-2, P-PO4 = 0.3 g m-2, Ntotal = 28.2 g m-2, N-NO3 = 15.3 g m-2, N-NH4 = 10.1 g m-2, N-NO2 = 1.9 g m-2. The internal load of nutrients corresponding to the autochthonous intake of these elements from bottom sediments: Ptotal = 0.10 g m-2, P-PO4 = 0.15 g m-2; Ntotal = 7.80 g m-2, N-NO3 = 3.13 g m-2, N-NH4 = 5.71 g m-2, N-NO2 = 0.29 g m-2. The maximum retention capacity (52–56 %) was established for mineral phosphorus and ammonium nitrogen, the minimum (up to 15 %) for nitrite nitrogen. Substances were deposited in the lake: P-PO4 up to 107 kg, N-NO2 up to 200 kg, N-NO3 and N-NH4 — from 2 to 4 tons, Zn — 16 kg, Mn — 45 kg. In order to improve the ecological state of the lakes, it is necessary to carry out measures to clear the channel of the canalized part of the lower reaches of the river Starozhilovka, as well as cleaning the coastal water protection zone of lakes from debris and monitoring potential sources of water pollution from commercial enterprises.