CC BY
35
УДК 556.555.6:504.4.054
Д.В. Иванов, И.И. Зиганшин
Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, [email protected]
АНАЛИЗ ПРИЧИН ОБМЕЛЕНИЯ ОЗЕР В СЕЛЕ ТРИ ОЗЕРА (РЕСПУБЛИКА ТАТАРСТАН)
На основе результатов батиметрических и седиментологических исследований выполнен анализ причин обмеления озер в с. Три Озера Спасского района Республики Татарстан.
Ключевые слова: озера; донные отложения; скорость осадконакопления; эвтрофикация; Республика Татарстан.
Введение
Климатические изменения, повсеместно наблюдаемые в течение нескольких последних десятилетий, в значительной мере влияют на состояние водных ресурсов планеты. Негативные изменения количества и качества вод отмечаются ежегодно в большинстве регионов РФ, в том числе и в Республике Татарстан (РТ). В частности, засуха 2010 года существенным образом отразилась на изменении водности рек и, особенно, озер республики. В озерах, расположенных в Предкам-ском и Закамском регионах, уровень воды опустился ниже меженных отметок и по настоящее время полностью не восстановился. Особенно сложная ситуация сложилась в Лаишевском муниципальном районе, который отличается высокой озерностью (Озера ..., 1976). В закамской части республики подобная участь также постигла несколько мелководных озер.
Другим, иногда не менее значимым фактором, уменьшения глубины озер, ведущим к их деградации, является заиление водоемов в результате накопления донных отложений. Активизации этого процесса способствует непродуманная распашка водосборных территорий (иногда до уреза воды), а также эвтрофикация и постепенное зарастание водоемов под влиянием биогенных стоков. Не случайно наиболее активно процессы заиления проявляются в водоемах, расположенных в границах сельских населенных пунктов, где широко применяются органические и минеральные удобрения.
Настоящее исследование посвящено оценке вклада заиления в уменьшение глубины озёр -памятников природы регионального значения, расположенных в с. Три Озера Спасского муниципального района РТ.
Материалы и методы исследования
Озера Атаманское, Чистое и Безымянное расположены в с. Три Озера Спасского муниципаль-
ного района РТ и относятся к категории водораздельных озер (Озера .., 1976). В геоморфологическом плане озера расположены на очень слабо расчлененной, низкой (50-60 м над меженным уровнем Волги) террасовой равнине левобережья р. Волги (рис.1). Геологическую основу территории слагают породы верхнего отдела пермской системы татарского яруса. Породы татарского яруса перекрыты мощным слоем четвертичных отложений, представленных внизу песками, сверху супесями, суглинками с прослоями погребенных почв.
Климат территории характеризуется достаточно четко выраженной континентальностью: зима умеренно холодная и относительно снежная; лето теплое, недостаточно влажное; весна короткая с бурным нарастанием тепла; осень мягкая, затяжная. Средняя годовая температура воздуха составляет 3.1С, январская - 13.1С, июльская +20С. Здесь за год выпадает 480-500 мм осадков (Атлас ..., 2005). Зимой осадков выпадает вдвое меньше, чем летом. Снеговой покров слишком изменчив. Нерасчлененность рельефа создает хорошие условия для фильтрации талых вод в водоносные горизонты, лежащие намного ниже русел основных рек, а небольшие и непостоянные снегозапа-сы способствуют низкому поверхностному стоку.
Озера входят в систему особо охраняемых природных территорий РТ в статусе памятников природы регионального значения (Утв. Постановлением СМ ТАССР от 10.01.1978 г. №25). В «Государственном реестре особо охраняемых природных территорий в Республике Татарстан» (2007) дана краткая характеристика озер, в которой представлена основная информация о водном объекте.
Озеро Чистое. Водораздельное озеро, круглой формы, искусственное, копаное. Площадь 13.2 га, длина 640 м, максимальная ширина 380 м, средняя глубина около 1.5 м, максимальная - 4 м, объем около 220 тыс. м3.
Таблица 1. Динамика морфометрических показателей озер
Год Макс.дли-на, м Макс. ширина, м Площадь, га Глубина, м Объем, тыс. м3
макс. сред.
Атаманское
1969* 500 380 14.0 1.8 0.9 113.2
2015 470.5 358.2 12.7 1.7 0.9 111.8
Чистое
1969 400 400 13.8 4.5 1.6 220.8
2015 517.3 391.0 14.3 4.0 2.2 314.6
Безымянное
1969 500 330 12.0 1.9 1.3 156.0
2015 460.4 409.0 11.9 0.6 0.3 29.8
* Кадастр ..., 1969
Озеро Атаманское. Водораздельное озеро, округлой формы, искусственное, копаное. Площадь озера 12.86 га, длина 460 м, максимальная ширина 350 м, средняя глубина около 1.0 м, объем около 110 тыс. м3.
Озеро Безымянное. Водораздельное озеро, округлой формы, искусственное, копаное. Площадь озера 11.89 га, длина 640 м, максимальная ширина 380 м, средняя глубина около 1.0 м, объем около 160 тыс. м3.
Все озера используются для водоснабжения, купания и полива.
Сравнение данных, характеризующих изменение морфометрических показателей озер во второй половине ХХ - начале XXI вв. (табл. 1), показывает, что в озерах Атаманское и Чистое максимальная и средняя глубины за 50-летний период их изучения остались практически без изменений. В оз. Чистое средняя глубина даже несколько увеличилась, но это может быть связано и с погрешностями натурных измерений и последующих расчетов. В оз. Безымянное, в отличие от двух других озер системы, наблюдается существенное сокращение глубин: средняя и максимальная глубины за анализируемый период сократились в 3.1 раза. Причиной обмеления могли выступать фактора: падение уровня воды и заиление в результате накопления донных отложений. В этой связи было необходимо рассмотреть параметры осадконакопления в озерах системы.
В рамках исследования в июне-августе 2015 г. было выполнено исследование донных отложений, включающее отбор проб поверхностных и стратифицированных отложений в соответствии с ГОСТ 17.1.5.01-80 (рис. 1).
Поверхностные пробы донных отложений отбирали лотом с храпцом. С целью определения
мощности озерных отложений, оценки скорости осадконакопления и изменения свойств отложений во времени на озерах Чистое и оз. Атаманское были отобраны керны донных отложений с использованием гравитационной трубки ГОИН и послойно отобраны образцы для физико-химического анализа.
В пробах донных отложений определялись следующие показатели: гранулометрический состав (ГОСТ Р 12536-2014), плотность (ГОСТ 5180-84), реакция среды (ГОСТ 26423-85), содержание органического вещества по величине потерь при прокаливании (ГОСТ 26213-91), содержание валового азота (ГОСТ 26107-84) и валового фосфора (ГОСТ 26261-84).
Результаты и их обсуждение
Донные отложения представляют собой сложную многокомпонентную систему и характеризуются многообразием форм. Они играют чрезвычайно важную роль в формировании гидрохимического и гидробиологического режимов и функционировании экосистемы водоемов
ч
ЙЭ ._о аВ ад
Рис. 1. Карта-схема точек отбора донных отложений
2/2016
9
Таблица 2. Физические и физико-химические свойства донных отложений озер
Озеро, станция отбора проб Глубина, м Глубина отбора, см Плотность, г/см3 <0.01 мм, % рН Орг. в-во, % N % Р, %
Чистое, т.1 1 0-10 0.20 4.7 6.58 10.1 0.03 0.03
Чистое, т.2 3 0-5 0.15 33.9 6.38 9.2 0.14 0.31
5-10 0.27 38.2 6.40 11.5 0.18 0.32
10-20 0.61 55.7 6.90 11.7 0.09 0.34
20-30 0.60 69.5 6.07 11.2 0.12 0.41
30-40 0.56 47.4 6.02 12.6 0.31 0.59
40-50 0.57 70.3 5.92 14.6 0.25 0.02
50-60 0.55 37.8 5.83 15.4 0.25 0.07
60-70 0.60 36.2 6.52 17.4 0.20 0.04
70-80 0.66 38.8 6.49 18.1 0.29 0.28
Чистое, т.3 3 0-10 0.22 51.3 6.77 14.0 0.11 0.37
Чистое, т.4 2 0-10 0.25 46.4 6.36 9.2 0.97 0.30
Атаманское, т.2 1.5 0-10 0.31 30.9 6.36 8.3 0.12 0.47
10-20 0.54 45.5 5.87 9.6 0.11 0.27
20-30 0.64 54 6.81 9.46 0.09 0.08
30-40 0.41 4.95 6.74 1.43 0.01 0.17
40-50 0.22 4.5 6.43 1.06 0.02 0.08
Безымянное, т.1 0.5 0-10 0.42 19.7 5.90 13.8 0.28 0.80
(Зиганшин, 2005).
Донные отложения профундали озер Чистое и Атаманское представляют собой однородный глинистый ил. Явно выраженная слоистость отобранных кернов отложений как во влажном, так и высушенном состоянии не проявилась. Однородность вертикального строения осадка указывает на стабильность его отложения во времени, как по-сезонно, так и в ретроспективе лет. В озерах преобладает автохтонное осадконакопление и аккумуляция органических веществ, что подтверждается темной окраской отложений и высокими значениями потерь при прокаливании - до 18% (табл. 2). Аллохтонное поступление материала, по-видимому, имеет в них подчиненное значение ввиду особенностей расположения озер в рельефе и отсутствия поверхностного стока взвешенных веществ. Озера относительно мелководны, поэтому водные массы хорошо прогреваются и перемешиваются в период открытой воды, активизируя процессы окисления органических веществ, аккумулирующихся на дне.
Под скоростью осадконакопления в лимнологии понимают количество вещества, накапливающегося на единицу площади дна в единицу времени (кг/м2 год) (Зиминова, Мартынова, 1986). Наиболее распространенной характеристикой является высота слоя осадков, накапливающихся в водоеме в течение года (мм/год). Интенсивность осадконакопления зависит от многих факторов
и в существенной мере определяется продукци-онно-деструкционными процессами в воде озер, а также степенью выраженности эрозионных процессов на их водосборе. Максимальное ило-накопление обычно свойственно глубоководным участкам озер вследствие перемещения тонкодисперсных частиц при ветро-волновом перемешивании водных масс и в результате прочих внутриво-доемных течений. В этой связи в первую очередь происходит заиливание естественных понижений дна, карстовых воронок, что ведет к постепенному выравниванию ложа водоема.
При морфологическом исследовании кернов донных отложений озер Чистое и Атаманское не было выявлено морфологических изменений в строении отложений, позволяющих оценить как абсолютный возраст всей колонки и отдельных слоев, так и относительную скорость илонакопления. Сравнивая изменения средней и максимальной глубин в озерах Чистое и Атаманское (табл. 1) за 1969-2015 годы, можно предположить, что за истекший период (47 лет) существенного уменьшения глубины этих озер за счет заиления не произошло. Так, максимальная глубина оз. Чистое сократилась на 10 см. Если не учитывать падение уровня в результате испарения, средняя скорость осадконакопления в озере не должна превышать 1 мм/год. Аналогично, в оз. Атаманское сокращение максимальной глубины на 50 см и сохранении или даже определенном
росте средней глубины также указывают на относительно низкие показатели ежегодной аккумуляции осадка. По нашим оценкам, они также не должны превышать 1 мм/год.
В оз. Безымянное падение уровня воды сопровождалось активным заилением водоема. В этом отношении озеро отличается от двух других водоемов системы. Рассчитанная скорость осадкона-копления составила здесь 22 мм/год, что в 4 раза выше средней по РТ (Зиганшин, 2005).
В целом озера характеризуются широким спектром осадков по гранулометрическому составу: от песков до глинистых илов, приуроченных к определенным интервалам глубин (табл. 2). Прибрежная часть озер Атаманское и Чистое в пределах 0.5 м изобаты сложена песками с содержанием пелитовой фракции не более 5%. По мере увеличения глубины водоема доля указанной фракции в поверхностных и стратифицированных отложениях возрастает с 33% до 51% в оз. Чистое и с 31% до 45% в оз. Атаманское. В оз. Безымянное поверхностные отложения представлены песчанистыми илами с содержанием фракции <0.01 мм на уровне 20%.
Поверхностные отложения озер характеризуются невысокими значениями плотности - 0.2-0.3 г/см3, что обусловлено как характером их залегания, так и гранулометрическим составом - высокой долей тонкодисперсных частиц (табл. 2). По мере погребения под слоем ежегодно откладывающихся осадков плотность илов постепенно возрастает, и на глубинах 60-80 см от поверхности уже достигает 0.6-0.7 г/см3.
Среднее содержание органического вещества в отложениях озер Чистое и Безымянное составило 13.5%, в оз. Атаманское - 6.0%. При этом в оз. Чистое была выявлена несколько нетипичная картина профильного распределения органического вещества, отражающая характер его временного накопления в водоеме. Если для большинства озер РТ характерна относительная аккумуляция органики в современных донных отложениях по сравнению с более древними (Иванов и др., 2011), то в оз. Чистое отмечается обратный тренд: величина потерь при прокаливании сократилась в 2 раза - с 18 до 9% (табл. 2). Косвенно это может указывать на снижение биогенной нагрузки на водоем. Аналогичная тенденция имеет место и в отложениях оз. Атаманское.
На снижение в последние годы (возможно, и десятилетия) биогенной нагрузки на озера Чистое и Атаманское указывают и динамика содержания в кернах отложений соединений азота и фосфора (табл. 2). Пик накопления валовых форм N и
Р отмечен на глубине 30-40 см, вверх по профилю отложений происходит заметное снижение их содержания, и в поверхностных (0-5 см) отложениях озер они находятся на уровне значений, характерных для большинства озер республики (Иванов и др., 2011).
В отличие от Чистого и Атаманского, донные отложения оз. Безымянное содержат аномальные количества азота (0.28%) и фосфора (0.8%). Наиболее вероятными источниками загрязнения озера биогенными элементами, накопившимися в составе донных отложений в результате процессов седиментации, являются стоки с территории животноводческого комплекса, расположенного в южной части водосборного бассейна, а также выпас домашнего скота на берегах озера.
Реакция среды донных отложений варьирует в слабокислом диапазоне значений 6.0-6.5 (табл. 2) и обусловлена содержанием в илах органических веществ и кислых продуктов их разложения. Именно поэтому наиболее кислая реакция характерна для отложений оз. Безымянное, что является следствием поступления в водоем органических стоков.
Заключение
Каскад озер в с. Три озера Спасского муниципального района объединяет единство происхождения - это искусственно созданные водоёмы, что обусловливает особый режим их функционирования и поддержания в стабильном экологическом состоянии.
Результаты седиментологических исследований системы озер в с. Три Озера показывают, что заиление не следует рассматривать как фактор, ведущий к деградации экосистем озер Чистое и Атаманское, в том числе к существенному изменению их глубин. Скорость осадконакопления в этих озерах находится на природном уровне, характерном для большинства водоемов республики.
Озеро Безымянное заилилось на 2/3 своего объема, что явилось основной причиной его деградации как водного объекта. Кроме того, отложения озера аккумулировали в себе значительные количества биогенных элементов, что может спровоцировать дальнейшую эвтрофикацию водоема и постепенное его зарастание на фоне падения уровня воды.
Наиболее благоприятный прогноз имеет оз. Чистое, с которым не произошло существенных морфометрических и экологических преобразований за последние пять десятилетий. В этой связи реабилитационных мероприятий по оптимизации его экологического состояния в настоящий мо-
2/2016
11
мент не требуется. С учетом большой исторической значимости территории Трехозерского сельского поселения и природоохранного статуса водоема, можно рассмотреть вопрос о проведении благоустройства береговой зоны озера, особенно в северо-восточной его части, в районе расположения Христо-Рождественской церкви.
Озеро Атаманское теряет площадь поверхностного зеркала за счёт зарастания береговой зоны. Это говорит о потенциальном начальном процессе заболачивания относительно мелкого водоёма (максимальная глубина 1.7 м). При этом котловина озера на протяжении последних 50 лет остается практически неизменной. Для сохранения данного водоёма необходимо производить регулярную очистку береговой зоны от растительности для поддержания линии меженного уреза воды.
Наличие карьеров по добыче песка, а также расположение животноводческих комплексов на водосборе озеро Безымянное негативно отразилось на изменении направления течения загрязненных поверхностных стоков в сторону озера. Вследствие вышеперечисленных причин оз. Безымянное стремительно мелеет. Для восстановления озера необходимо произвести отвод сельскохозяйственных и хозяйственно-бытовых стоков (населённый пункт не канализован) от котловины озера на ландшафт местности. Необходимо проведение специальных инженерно-экологических изысканий для разработки проекта реконструкции территории, направленного на восстановление гидрологического режима озера. Кроме того, необходимо строго контролировать соблюдение режима водоохранных зон водного объекта: полностью запретить или кардинального ограничить выпас скота в прибрежной зоне озера.
Режим охраны озер как особо охраняемых природных территорий может препятствовать вмешательству в функционирование водоемов, а потому потребует поиска компромиссного решения для устранения имеющихся экологических проблем.
Список литературы
1. Атлас Республики Татарстан. М.: ПКО «Картография», 2005. 211 с.
2. ГОСТ 17.1.5.01-80. Охрана природы. Гидросфера. Общие требования к отбору проб донных отложений водных объектов для анализа на загрязненность.
3. ГОСТ 26213-91. Почвы. Методы определения органического вещества.
4. ГОСТ 26107-84. Почвы. Методы определения общего азота.
5. ГОСТ 26261-84. Почвы. Методы определения валового фосфора и валового калия.
6. ГОСТ 26423-85. Почвы. Методы определения удельной электрической проводимости, рН и плотного остатка водной вытяжки.
7. ГОСТ 5180-84. Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик.
8. ГОСТ Р 12536-2014. Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава.
9. Государственный реестр особо охраняемых природных территорий в Республике Татарстан. Издание второе. Казань: Идел-Пресс, 2007. 408 с.
10. Зиганшин И.И. Донные отложения озер Республики Татарстан: Автореф. дис. ... канд. геогр. наук. Ярославль, 2005. 24 с.
11. Иванов Д.В., Шагидуллин Р.Р., Зиганшин И.И., Ос-мелкин Е.В. Взаимосвязь вещественного состава озерных отложений и антропогенного преобразования природных ландшафтов Республики Татарстан // Экология и промышленность России. 2011. №6. С.35-38.
12. Зиминова Н.А., Мартынова М.В. Об уточнении некоторых терминов и понятий, используемых при изучении донных отложений // Биология внутренних вод. 1986. №71. С.49-52.
13. Кадастр озер Татарской АССР. Т. 1. Водораздельные озера. Архив ИПЭН АН РТ. Казань, 1969. 251 с.
14. Озера Среднего Поволжья. Л.: Наука, 1976. 238 с.
D.V. Ivanov, I.I. Ziganshin. Analysis of the lake shoaling causes in the village of Tri Ozera (Republic of Tatarstan).
The analysis of the lakes shoaling causes in Tri Ozera village located in Spassky district of the Republic of Tatarstan on the basis of bathymetric and sedimentological researches was made.
Keywords: lakes; bottom sediments; sedimentation speed; eutrophication; the Republic of Tatarstan.
