CC BY
96
УДК 551.491.4+502.4
Вестник СПбГУ. Сер. 7. 2013. Вып. 3
Т. М. Потапова
БОЛОТНЫЙ СТОК МИНЕРАЛЬНЫХ И ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ КАК ИНФОРМАТИВНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ АНТРОПОГЕННЫХ ИЗМЕНЕНИЙ НА ТЕРРИТОРИИ НЕФТЕГАЗОНОСНЫХ РАЙОНОВ АРКТИЧЕСКОЙ ЗОНЫ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ
Экстремальные климатические условия и ландшафтные особенности, определяющиеся высокой степенью заболоченности территории, приводят к созданию особых условий протекания физико-химических и биогеохимических процессов, лежащих в основе формирования гидрохимического режима тундровых рек. Большинство тундровых рек берут начало и дренируют болотные массивы, составляющие по площади от 40% до 60% территории Западной Сибири. При этом сток как с естественных болот, так и с болот газопромысловых районов оказывает большое влияние на формирование химического состава и качества вод рек — водоприемников болотных систем. При определении болотного стока химических веществ необходимы как гидрологические, так и гидрохимические характеристики исследуемых болот, которые могут быть установлены только при проведении многолетних исследований на болотных стационарах. В связи с этим в настоящее время наиболее изученными в гидрохимическом отношении являются верховые (олиготрофные) болота, на которых в 40-х г. XX в. на территории Мурманской (Пулозерское болото), Архангельской (Иласское болото), Ленинградской (Ларьянское, Ламмин-Суо и Шириское болота) областей были организованы болотные станции Роскомгидромета, на которых проводились комплексные гидрометеорологические и гидрохимические наблюдения. Анализ и обобщение этих данных позволили авторам работ [1-4] составить представление о закономерностях формирования и специфике химического состава вод верховых болот. К наиболее характерным чертам гидрохимического облика верховых болот относятся кислая реакция среды и высокая цветность, обусловленные выщелачиванием гуминовых кислот из торфяной залежи, низкая общая минерализация, определяющаяся атмосферным характером водного питания, повышенные содержания железа и выраженный дефицит кислорода на фоне высоких концентраций (до 100 мг/л и выше) растворенного углекислого газа. Анаэробные условия болотной среды приводят к созданию восстановительной среды, которая регламентирует формы нахождения и миграционную способность макро- и микрокомпонентов болотных вод. В условиях дефицита кислорода для биогенных элементов в болотной среде характерны повышенные содержания восстановленных форм (аммонийный азот) на фоне низких содержаний окисленных форм (нитратный азот). В водах верховых болот преобладают микроэлементы, имеющие высокие коэффициенты водной миграции в восстановительной среде: железо (2+), марганец, кремний, медь, цинк. Именно поэтому для естественного фона болотных вод характерны повышенные в сравнении
Потапова Татьяна Михайловна — канд. хим. наук, доцент, Санкт-Петербургский государственный университет; e-mail: ptm2000@mail.ru © Т. М. Потапова, 2013
с речными водами содержания ряда тяжелых металлов, которые могут превышать ПДК вод рыбохозяйственного использования [5, 6].
В связи с вышеперечисленными особенностями химического состава болотных вод влияние болот на качество вод рек-водоприемников болотного стока очень велико и особенно четко выражено для малых рек с сильно заболоченными водосборами. Прежде всего оно проявляется в обогащении поверхностных вод большим количеством органических соединений, вследствие чего на заболоченных водосборах формируются воды с высоким содержанием органических веществ, обусловливающих повышенные значения окисляемости и цветности воды. На заболоченных водосборах почвенно-поверхностные воды в период половодья стекают по поверхности хорошо промытых от минеральных солей торфяно-болотных почв, вследствие чего их минерализация остается близкой к минерализации снеговых (дождевых) вод. Это проявляется в ослаблении степени выраженности гидрокарбонатного характера вод рек-водоприемников, которое, как правило, приводит к относительному увеличению содержания сульфатных (хлоридных) анионов в ионном составе вод рек с сильно заболоченными водосборами.
В работах [7, 8] показано, что влияние болот на качество вод внешних водоприемников сильно изменяется в зависимости от гидрометеорологических факторов, что вызывает необходимость их количественной оценки, основанной на расчетах болотного стока химических веществ. Предшествующими исследованиями показано, что для решения этой задачи наиболее перспективным является воднобалан-совый подход, который позволяет оценить не только общий вынос того или иного вещества с болотного массива, но и его русловую составляющую, т. е. вынос в речную сеть. В литературе первые работы по оценке стока химических веществ с оли-готрофных болот воднобалансовым методом представлены в статьях [7, 8]. В статье И. Л. Калюжного [7] впервые были приведены данные о стоке органического вещества и его балансовых составляющих для болотного массива Ламмин-Суо, а впоследствии в статье Т. М. Потаповой [8] были представлены характеристики среднемно-голетних значений стока различных химических веществ для Иласского болотного массива (табл. 1). Как видно из таблицы, несмотря на различия в территориальном расположении болотных массивов, полученные значения модулей стока колеблются в близких пределах.
В связи с возросшим интересом к проблеме глобального потепления климата в последние годы появились работы о роли климата в изменении стока растворенного органического вещества с сильно заболоченных территорий. Так, в статье [9] приведены данные о стоке растворенного органического вещества (РОВ) в водотоках криолитозоны северной тайги с целью прогноза изменений стока РОВ при различных сценариях потепления климата (см. табл. 1). Авторами сделан вывод о том, что при «влажном» сценарии потепления климата будет наблюдаться увеличение концентрации и выноса РОВ в водотоках с заболоченными водосборами, что неизбежно приведет к ухудшению качества речных вод.
Важно отметить, что проведенные исследования стока РОВ с водосборов крио-литозоны Средней Сибири позволили получить некоторые сведения о гидрохимическом состоянии заболоченных территорий в зоне многолетней мерзлоты, которые крайне малочисленны [10]. Болота Западной Сибири, несмотря на их длительное хозяйственное освоение, в гидрохимическом отношении изучены слабо и по
Таблица 1. Сопоставление величин модулей стока органических веществ по литературным
данным
Автор Болотный массив Период наблюдений Модуль полного стока, т/км2/год Модуль руслового стока, т/км2/год
Калюжный [7] Ламмин-Суо Ленинградская обл. 1968 21,7 14,1
Потапова [8] Иласское Архангельская обл. 1974-1993 31,8(16-41) 10,4(2,8-18,4)
Прокушкин [9] Ручей Кулингдакан Бассейн Нижней Тунгуски 2001-2005 безморозный период - 6,2(3-10,3)
преимуществу основаны на данных Западно-Сибирской экспедиции (ЗСЭ) Государственного гидрологического института (ГГИ) за период 1989-1993 гг. [11]. Гидрометеорологические исследования болот Западной Сибири начались с 1958 г. и охватывали как центральный (район оз. Нумто, бассейны реки Конды, междуречья Ваха и Ватинского Егана), так и северные (низовье р. Таза) районы Западной Сибири. Экспедиционные работы, включающие большой комплекс исследований (геоботанические, гидрологические, метеорологические), позволили уточнить классификацию болот, наиболее распространенных на территории Западной Сибири, которые в основном представлены полигональными и бугристыми болотами [12]. Полигональные болота, приуроченные к депрессиям водораздельных пространств и речным долинам, распространены на полуострове Ямал. Бугристые болота охватывают территорию от низовьев р. Оби до северной границы Сибирских Увалов, т. е. всю арктическую зону Западной Сибири. Они имеют, как и олиготрофные (верховые) болота, атмосферный характер водного питания, в силу определенной специфики морфологического строения выделяются в отдельную зону [12]. Бугристые болота представляют собой сочетание мерзлых торфяных бугров высотой 2-4 м и талых, плоских или вогнутых понижений при небольшой мощности торфяной залежи — до 3 м. Поверхность низких бугров плоская с кочковатым микрорельефом. Бугры различной высоты и формы чередуются с обводненными понижениями (топи, западины, ложбины) или озерками. Окрайки массивов, а также участки, расположенные вдоль рек и ручьев и в котловинах спущенных озер, заняты олиготрофными мохо-во-лесными, мохово-травяными и эвтрофными травяными болотными микроландшафтами. Изучение бугристых болот приобретает особое значение в связи с интенсивным хозяйственным освоением многочисленных газовых и нефтяных месторождений, расположенных на их территории (см. карту-схему). Основным источником информации о водном режиме бугристых болот зоны многолетней мерзлоты Западной Сибири являются многолетние (1973-1992 гг.) гидрометеорологические наблюдения Западно-Сибирской экспедиции ГГИ, проводившиеся на территории нефтегазовых месторождений (Уренгойское, Комсомольское, Медвежье, Муравленковское) арктической зоны Западной Сибири. Данные, полученные на базе болотных стационаров (16 км и Муравленко — см. карту-схему), позволили установить основные характеристики гидролого-гидрохимического режима, на основе которых выполнены расчеты болотного стока химических веществ рассматриваемого региона. Основная
Расположение газонефтяных месторождений в зоне распространения бугристых болот
концепция формирования водного стока с бугристых болот изложена в монографии [11], в соответствии с которой условия его формирования определяются структурой болот и водно-физическими свойствами деятельного слоя по аналогии с талыми верховыми болотами.
Основная часть стока с бугристых болот формируется влагозапасами в снежном покрове и осадками в период весеннего половодья. Сток с бугристых болот осуществляется по широким (10-25 м) топям поверхностным, полуповерхностным и фильтрационным путем. Расчеты водного стока с бугристых болот водно-балансовым методом, выполненные Ю. П. Москвиным [11] по данным полевых наблюдений на
болотных стационарах ЗСЭ ГГИ, основаны на определении основных балансовых составляющих по формуле:
Ь - Я + AW=В. (1)
Здесь Ь — климатический (полный сток), который определяется по разности норм осадков (О) и испарения (Е), мм; Я — русловой сток, мм; AW — изменение влагозапасов за расчетный период, мм; В — невязка баланса, которая обычно приписывается грунтовой составляющей болотного стока и определяется водообменом с подстилающими болото минеральными водовмещающими породами (мм). При этом следует отметить, что до сих пор процессы вертикального водообмена относятся к наименее изученным вопросам современного болотоведения [13]. Как показали расчеты водного баланса верхового болота Ламин-Суо по данным наблюдений за период 1950-2000 гг., среднемноголетние значения климатического и руслового стока составляют соответственно 422 и 304 мм, изменяясь в широких пределах в годы разной водности: во влажные годы русловой сток составляет 70-80% от климатического, в отдельные сухие годы русловой сток может даже превышать климатический, при этом водообмен (грунтовый сток) приобретает отрицательные значения при среднемноголетнем значении 122 мм, что составляет около 30% от полного климатического стока. По мнению известных болотоведов [14, 15] грунтовый сток с верховых болот слабо выражен и не превышает 30 мм. Слабый вертикальный водообмен с подстилающими болото водовмещающими породами обусловлен наличием как закальматированного слоя в верхних горизонтах минерального грунта, так и многолетней мерзлоты, которые препятствуют проникновению воды в подстилающий грунт. Эти представления нашли свое подтверждение в статье С. М. Новикова [13], в которой уточненные среднемноголетние значения «чистого» вертикального водообмена составляют 40 мм с учетом фильтрационного стока, осуществляемого путем фильтрации через деятельный горизонт торфяной залежи. Важно отметить, что вышеизложенные представления были учтены автором статьи при балансовых расчетах стока химических веществ с бугристых болот.
Расчет стока химических веществ с бугристого газопромыслового болота определялся по формуле:
С = Ь ' Сболотн. ' К, (2)
где С — модуль полного болотного стока химического вещества (т/км2); Ь — климатический водный сток (мм), Ь = Qос. - Qисп., QoC. — осадки (мм), Qисп. — испарение (мм) ; Сболотн. — средняя концентрация компонента в болотных водах (мг/дм3); К = 10-3 —коэффициент пересчета размерностей дм3 в км3 и мг в тонны.
Р = Я • Сречн. • К, (3)
Р — модуль руслового стока химического вещества (т/км2); Я — русловой водный сток (мм); Сречн. — средняя концентрация химического вещества в болотных водотоках, осуществляющих вынос вещества с болотного массива (мг/дм3).
I=С - Р. (4)
Здесь I — модуль инфильтрационного стока химических веществ (т/км2). I — невязка баланса, условно названа инфильтрационным стоком, под которым понимается
процесс вертикальной фильтрации растворенного вещества, сопровождающийся его аккумуляцией торфяной залежью болотного массива. Правомерность введения понятия инфильтрационного стока химического вещества подтверждается гидрохимическими данными о составе болотных и грунтовых вод. Предшествующими исследованиями формирования химического состава болотных вод на примере Ширинского болотного массива [3, 4] было установлено, что общая минерализация грунтовых вод верховых болот на порядок выше (200 мг/л) по сравнению с болотными водами, что свидетельствует о поступлении минеральных солей в грунтовые воды за счет их выщелачивания из подстилающих водовмещающих пород [3, 4]. Содержание органических веществ, которое в болотных водах очень высоко и может достигать значений 100-150 мгС/л, в грунтовых водах очень низкое и не превышает 5-15 мгС/л, т. е. в процессе вертикального водообмена очень незначительная часть органического вещества поступает в грунтовые воды, а основная его доля аккумулируется торфяной залежью болотного массива. Из вышеизложенного очевидно, что при воднобалансовых расчетах расходной составляющей стока химических веществ наряду с русловой составляющей необходимо учитывать и инфильтрационную составляющую стока, связанную с аккумуляцией вещества торфяной залежью.
Оценка стока химических веществ с бугристых болот криолитозоны Западной Сибири проведена на примере Муравленковского газопромыслового болота по данным ЗСЭ ГГИ за период 1973-1993 гг. На основе анализа данных гидрометеорологических наблюдений на болотном стационаре Муравленко установлены следующие воднобалансовые характеристики исследуемого болота: среднемноголетний климатический водный сток с территории Муравленковского газонефтяного месторождения составил 340 мм, среднемноголетний русловой сток — 283 мм [16].
Особую сложность представляла оценка концентрационной составляющей болотного стока в связи с малочисленностью наблюдений за химическим составом болотных вод арктической зоны Западной Сибири. На основе обобщения материалов наблюдений болотных стаций Роскомгидромета и собственных экспериментальных исследований автором установлены характеристики гидрохимического фона верховых болот Северо-Запада РФ, которые в принципе могут быть распространены и на верховые болота других регионов, в том числе и на олиготрофные болота Западной Сибири. Однако в связи с вышеописанной спецификой морфологического строения и высокой степенью хозяйственного освоения бугристых болот более надежным является использование данных гидрохимических наблюдений, проводившихся непосредственно на самих болотах. Поэтому в настоящей статье характеристика антропогенно измененного гидрохимического фона бугристых болот составлена на основе анализа и обобщения немногочисленных данных гидрохимических наблюдений, полученных Западно-Сибирской экспедицией ГГИ в 1989-1993 гг. на внутрибо-лотных озерках, ручьях, болотных топях и реках-водоприемниках болотного стока. Основные гидрохимические показатели болотных вод бугристых болот в сопоставлении с фоновыми представлены в табл. 2, где химический состав вод исследованных бугристых болот имеет все основные гидрохимические признаки, характерные для олиготрофных болот [4].
К ним относятся: очень низкая минерализация, находящаяся на уровне атмосферных осадков (4-20 мг/л), кислая реакция среды (рН=4,7-5,1), выраженный дефицит кислорода (до 44% насыщения) на фоне повышенных содержаний углекислого
Таблица 2. Гидрохимические показатели бугристых болот арктической зоны Западной Сибири в сравнении с фоновыми показателями олиготрофных болот Северо-Запада
Объект Географическая привязка рн Цветность, град. ПО, мгО/л М, мг/л Fe общ мг/л /л г/ S О £ £ ^ £ S
Топь на болоте Район Надыма, болотный стационар 16 км 4,65 240 60 3,9 1,8 н.п 0,23
Болотное озерко Среднее течение р. Пякупур, болотный стационар Муравленко 5,10 800 161 19,6 0,80 0,04 2,5
Ручей Базовый Болотный стационар Муравленко 6,20 125 46 25 0,25 0,13 0,34
Грядово- мочажинная топь Болото Иласское Архангельской обл. [8] 3,9-4,8 360-640 65-160 16-38 0,6-1,2 0,05-0,17 0,15-0,39
Примечание. ПО — перманганатная окисляемость, М — общая минерализация, N03 — азот нитратный, NN4 — азот аммонийный; н.п. — ниже порога обнаружения; для болота Иласское приведен диапазон фона (п = 100) в соответствии с Методическими указаниями ГХИ [17].
газа (10-63 мг/л). По ионному составу воды топи бугристых болот относятся к хло-ридно-натриевым, воды болотных озерков — к сульфатно-натриевым. Интересно отметить, что воды отдельных болотных озер бугристых болот (оз. Мае-то Мурав-ленковского болота) имеют гораздо более высокую цветность (до 800 градусов цветности) и содержание аммонийного азота (до 2,6 мг/л) по сравнению с озерными водами чисто олиготрофных болот, что, возможно, связано с особенностями водного режима озерков бугристых болот (застойные явления, длительное нахождение воды подо льдом), которые приводят к долговременному сохранению восстановительных условий из-за отсутствия доступа воздуха в течение длительного ледового периода. В связи с тем что в восстановительных условиях биогенные элементы присутствуют не в окисленной (связанной с кислородом), а в восстановленной (связанной с водородом) форме, нитратный и нитритный азот в водах бугристых болот присутствует в следовых содержаниях, не превышающих десятых долей мг/л, что даже несколько ниже естественного фона олиготрофных болот [8].
Установленные значения средних концентраций различных химических веществ (Сболота.) были положены в основу расчета полного стока химических веществ с территории Муравленковского месторождения, а средние концентрации (Сречн.) в болотных ручьях (руч. Базовый, руч. Харучей), стекающих с этого болота, были введены в расчет руслового стока химических веществ. Концентрация органического углерода определена по величине перманганатной окисляемости [18], а концентрация солей — по величине общей минерализации воды. В качестве примера в табл. 3
приведены результаты расчета полного, руслового и инфильтрационного стоков органических и минеральных веществ с Муравленковского болотного массива. Расчеты баланса стока выполнены и для других наиболее характерных компонентов химического состава болотных вод (табл. 4). В результате проведенных расчетов установлены следующие среднемноголетние значения модулей стока химических веществ с территории газопромыслового бугристого болота: полный сток органического вещества — 47,6 т/км2, русловой сток — 13 т/км2; полный ионный сток — 6,8 т/км2 , русловой сток — 7 т/км2; полный сток аммонийного азота — 750 кг/км2; русловой сток — 100 кг/км2; полный сток общего железа — 220 кг/км2, русловой сток — 70 кг/км2. Установленные характеристики стока химических веществ сопоставлены с фоновыми характеристиками стока для верховых болот (Иласский болотный массив), представлены в табл. 4. Сопоставление полученных данных свидетельствует о том, что в условиях нефтегазового освоения бугристых болот происходит значительное увеличение как полного, так и руслового стока химических веществ в сравнении с фоновыми значениями: модули стока органического вещества увеличиваются в 1,5 раза, минеральных солей — в 2 раза, аммонийного азота — в 5 раз; двукратное снижение модуля руслового стока выявлено только для общего железа.
Таблица 3. Среднемноголетние значения составляющих баланса стока химических веществ с газопромыслового Муравленковского болотного массива
Вынос органического углерода
Климатический сток, мм Русловой сток, мм Сб, мг/л Модуль полного стока вещества, т/км2 С» мг/л Модуль руслового стока вещества, т/км2 Модуль инфильтрационного стока вещества, т/км2 % руслового стока вещества % инфиль-трацион-ного стока вещества
340 283 140 47,6 46 13 34,6 27 73
Вынос солей
340 283 20 6,8 25 7,0 -0,2 100 н.п.
Примечание. Сб — концентрация вещества в болотных водах; Ср — концентрация вещества в речных водах; н.п. — ниже порога обнаружения.
Следует отметить, что, несмотря на большую репрезентативность данных о среднемноголетних значениях стока по сравнению с их значениями за отдельные годы наблюдений, при оценке выноса химических веществ с бугристых болот полученные модульные характеристики можно применять только для лет, соответствующих климатической норме, в случае многоводных и маловодных лет необходимо учитывать вариабельность показателей стока по сравнению с их среднемноголетни-ми значениями. При этом возможный разброс значений G и Р в первом приближении можно оценить на основе диапазонов экстремальных значений стока химических веществ, установленных для верховых болот Северо-Запада РФ (табл. 5). Как видно из табл. 5, в многоводные (влажные) годы увеличение полного и руслового стока по отношению к среднемноголетним значениям для органического вещества
Таблица 4. Вынос химических веществ с олиготрофных болот в фоновых (Иласское болото) и нарушенных (Муравленковское газонефтяное месторождение) условиях
Компонент Сб, мг/л Модуль* полного стока вещества, т/км2 Ср, мг/л Модуль руслового стока вещества, т/км2 % руслового стока вещества % инфильтра-ционного стока вещества
Иласский болотный массив
Сорг. 127 31,8 55 10,4 32 68
М 20 3,8 17 3,2 84 16
Бе 0,17 0,24 0,64 0,18 76 24
NN4 0,90 0,21 0,12 0,023 11 89
Муравленковское месторождение
Сорг. 140 47,6 46 13 27 73
М 20 6,8 25 7 100 н.п.
Бе 0,65 0,22 0,25 0,07 32 68
NN4 2,2 0,75 0,34 0,10 13 87
НУ 0,75 0,255 0,17 0,048 19 81
Примечание. * — среднемноголетние значения; Сб — концентрация вещества в болотных водах; Ср — концентрация вещества в речных водах. Сорг. — органический углерод, М — общая минерализация, Бе — общее железо, NN4 — азот аммонийный, НУ — нефтеуглеводороды; н.п. — ниже порога обнаружения.
возрастает в 1,5-1,8 раза; для ионного стока — в 1,2-1,3 раза; для биогенных элементов эти отклонения менее выражены. В маловодные (сухие) годы происходит более значительное снижение показателей стока по сравнению с их среднемноголетними значениями: сток органического углерода снижается в 1,5-4 раза; ионный сток — в 1,3-1,5 раза. В условиях дефицита информации о водном и гидрохимическом режиме болот криолитозоны Западной Сибири использование данных колебаний стока химических веществ естественных болот позволяет дать более репрезентативную оценку выноса химических веществ в русловую сеть с территории газопромысловых болот и для лет разной водности.
Наиболее информативным показателем степени антропогенного влияния при хозяйственном освоении болот является различие в соотношении балансовых составляющих для болот в фоновых и нарушенных условиях. Для распределения болотного стока химических веществ в условиях естественных неосвоенных болот характерны следующие закономерности: минеральные соли (главные ионы) и общее железо выносятся русловым стоком (76-84%); органический углерод, аммонийный азот в меньшей степени (11-32%) выносятся русловым стоком и в основном ин-фильтруются в торфяную залежь болотного массива (68-89%) (см. табл. 4). В условиях нефтегазового освоения эти закономерности еще более выражены. Как видно из табл. 3, модуль инфильтрационного стока органического вещества намного превышает соответствующее значение модуля руслового стока и составляет 34,6 т/ км2, т. е. до 73% от полного стока с болота, что, очевидно, обусловлено высокой аккумулирующей способностью торфов при инфильтрации органического вещества в глубь
Таблица 5. Диапазон экстремальных значений модулей стока химических веществ с болота
Иласское за период 1973-1993 гг.
Компонент Модуль* полного стока вещества, т/км2 Диапазон модуля полного стока вещества, т/км2 Модуль* руслового стока вещества, т/км2 Диапазон модуля руслового стока вещества, т/км2 Модуль* инфильтра-ционного стока вещества, т/км2 Диапазон модуля инфильтра-ционного стока вещества, т/км2
Сорг. 31,8 16,1-40,6 10,4 2,8-18,4 21,4 3,7-23,3
М 3,8 2,5-7 3,2 2,3-3,8 1,8 н.п.-2,3
Бе 0,24 0,12-0,30 0,18 0,11-0,15 0,06 н.п.-0,14
NN4 0,21 0,12-0,30 0,023 0,02-0,03 0,19 0,10-0,26
N03 0,031 0,015-0,038 0,015 0,01-0,02. 0,015 н.п.-0,017
Примечание. Сорг. — органический углерод, М — общая минерализация, Бе — общее железо, NN4 — азот аммонийный, N03 — азот нитратный; н.п. — ниже порога обнаружения. * — среднемно-голетние значения (п = 20).
залежи. Обратная картина наблюдается для составляющих баланс стока минеральных веществ: соли практически полностью выносятся с болота русловым стоком, инфильтрационный сток оказывается ниже порога обнаружения. В результате сопоставительного анализа балансовых характеристик стока химических веществ естественных и газопромысловых болот выявлены следующие изменения в распределении болотного стока химических веществ: ионный сток практически полностью (до 100%) осуществляется через русловой сток, а органический углерод, аммонийный азот и общее железо еще в большей степени (68-87%) по сравнению с естественным болотом инфильтруются в торфяную залежь и только 13-32% выносятся русловым стоком.
Влияние антропогенного фактора, связанного с разработкой нефтяных месторождений, в наибольшей степени проявляется при оценке выноса нефтеуглеводоро-дов (НУ) с территории газопромысловых болот Западной Сибири [19].
Оценка стока НУ проводилась на основе полевых и лабораторных исследований Западно-Сибирской экспедицией ГГИ на территории Муравленковского болотного стационара в 1987-1989 гг. Данные химического анализа о содержании НУ, биогенных элементов и главных ионов в сточных и речных водах Муравленковского месторождения приведены в табл. 6. Как видно из таблицы, для всех исследованных рек, принимающих болотный сток, регистрировалось превышение ПДК (3-5 ПДК) по нефтеуглеводородам и показателю БПКполн., а содержания НУ в буровых сточных водах достигали пороговых значений растворимости нефти в воде (1,5 мг/л), превышая ПДК в 10-20 раз.
Оценка полного стока нефтепродуктов с территории Муравленковского месторождения основана на использовании данных о содержании НУ в сточных водах, сбрасываемых непосредственно на болотные микроландшафты. При этом содержание НУ в болотных водах исследованного месторождения принято за их среднее содержание в сточных водах (0,75 мг/л), а содержание НУ в водах рек-водоприемников как среднее содержание НУ, экспериментально определенное в реках Пульпу-яха,
Текуше-яха и Харучей-яха (см. табл. 6). Результаты расчета составляющих баланса стока нефтеуглеводородов представлены в табл. 7. Согласно полученным данным в районах разработки месторождений годовое поступление нефти на единицу площади бугристых болот в среднем составляет 255 кг/км2, из них в речную сеть поступает около 50 кг/км2. При этом нефтеуглеводороды на газопромысловом месторождении, как и органические вещества природного происхождения, в основном (до 81%) депонируются в торфяной залежи болота и лишь небольшая их часть (до 20%) попадает в русловую сеть. Эти выводы согласуются с результатами предшествующих исследований автора, в которых на основе модельного опыта на фильтрационном лотке установлена высокая (85-95%) адсорбционная способность верховых торфов в отношении нефтеуглеводородов [20].
Таблица 6. Характеристика основных показателей химического состава сточных и речных вод на территории Муравленского газового месторождения (лето 1987 г.)
Компонент, мг/л Буровые сточные воды Река Пульпу-Яха Река Текуше-Яха Река Харучей-Яха
Нефтеуглеводороды 0,55-1,1 0,13 0,15 0,23
БПК полное 3,4-5,5 2,8 3,4 2,7
Взвешенные вещества 12-20 5,8 23 не опр.
Хлориды 35-900 7 не опр. 3,7
Сульфаты 2,5-6 2,5 1 0,5
Железо общее 0,05-1,9 н.п. 0,25 0,10
Фосфор минеральный 0,01-0,09 0,015 0,01 0,06
Азот аммонийный 0,10-1,5 0,15 0,60 0,10
Азот нитратный 1,3-2,0 0,22 0,35 0,35
Азот нитритный 0,005-0,01 н.п. 0,003 н.п.
Примечание. не опр. — не определяли; н.п. — ниже порога обнаружения.
Таблица 7. Вынос нефтеуглеводородов с Муравленковского месторождения
Сб НУ мг/л Модуль* полного стока НУ, кг/км2 Ср НУ, мг/л Модуль руслового стока НУ, кг/км2 Модуль инфильтра-ционного стока НУ, кг/км2 % руслового стока НУ % инфильтра-ционного стока НУ
0,75 255 0,17 48 207 19 81
Примечание. * — среднемноголетние значения; НУ — нефтеуглеводороды; Сб — концентрация НУ в болотных водах; Ср — концентрация НУ в речных водах.
На основе анализа балансовых составляющих стока НУ с территории болот разрабатываемых нефтяных месторождений можно сделать вывод о том, что доля ин-фильтрационного стока НУ значительно превышает русловую составляющую, что свидетельствует о высокой степени аккумуляции НУ в торфяной залежи. Это позволяет заключить, что в настоящее время значительная часть нефтепродуктов депонирована в торфяных отложениях по всей площади болот и является источником
хронического загрязнения вод внешних водоприемников болотного стока. Ввиду низких скоростей процессов биодеградации нефти в условиях многолетней мерзлоты даже при прекращении промышленной разработки месторождений в течение многих десятилетий будет продолжаться вынос нефти и загрязнение поверхностных вод всего региона.
Литература
1. Воронков П. П. Гидрохимические особенности местного стока в период весеннего половодья и почвенного покрова водосборов Европейской территории СССР // Труды ГГИ. 1966. Вып. 137. С. 64-128.
2. Калюжный И. Л., Левандовская Л. Н. Гидрохимический режим и химический состав вод олиго-трофных болотных массивов // Труды ГГИ. 1974. Вып. 222. С. 99-118.
3. Потапова Т. М., Иванов К. Б., Фирсанов Д. В Гидрохимическая характеристика неосушенных верховых болот Северо-Запада ETC (на примере Ширинского болотного массива) // Гидрохимические материалы. 1987. Т. 98. С. 54-64.
4. Потапова Т. М. Основные факторы формирования химического состава вод немелиорирован-ных олиготрофных болот // Гидрохимические материалы. 1991. Т. 110. С. 3-16.
5. Перечень предельно допустимых концентраций и ориентировочно безопасных уровней воздействия вредных веществ для воды рыбохозяйственных водоемов. М., 1995. 260 с.
6. Судариков С. М. Тяжелые металлы в болотных водах // Гидрохимические материалы. 1987. Т. 99. С. 3-15.
7. Калюжный И. Л. Оценка выноса органического вещества водами олиготрофного болотного массива // Метеорология и гидрология. 1999. № 11. С. 98-104.
8. Потапова Т. М., Новиков С. М. Оценка антропогенных изменений химического состава болотных вод и стока растворенных веществ с территории естественных и мелиорированных верховых болот // Вестн. С.-Петерб. ун-та. 2006. Сер. 7: Геология и география. Вып. 2. С. 85-95.
9. Прокушкин А. С., Гуггенберг Г. Роль климата в выносе растворенного органического вещества с водосборов криолитозоны Средней Сибири // Метеорология и гидрология. 2007. № 6. С. 93-104.
10. Шорникова Е. А. Характеристика гидрохимического режима водотоков широтного отрезка Средней Оби // Водное хозяйство России. 2007. № 2. С. 57-70.
11. Гидрология заболоченных территорий зоны многолетней мерзлоты Западной Сибири / под ред. С. М. Новикова. СПб.: Гидрометеоиздат, 2009. 536 с.
12. Болота Западной Сибири, их строение и гидрологический режим / под ред. К. Е. Иванова. Л.: Гидроетеоиздат, 1976. 448 с.
13. Новиков С. М. Водный баланс верховых болот Северо-Запада России (на примере болота Лам-мин-Суо) // Труды ГГИ. 2005. С. 94-110.
14. Иванов К. Е. Водообмен в болотных ландшафтах. Л.: Гидрометеоиздат, 1975. 279 с.
15. Романов В. В. Гидрофизика болот. Л.: Гидрометеоиздат, 1976. 359 с.
16. Москвин Ю. П. Сток с бугристых болот // Гидрология заболоченных территорий зоны многолетней мерзлоты Западной Сибири. СПб.: Гидрометеоиздат, 2009. С. 143-148.
17. Методические указания. Метод комплексной оценки степени загрязненности поверхностных вод по гидрохимическим показателям. РД 52.24.643-2002. 56 с.
18. Мальцева А. В., Тарасов М. Н., Смирнов М. П. Сток органических веществ с территории СССР // Гидрохимические материалы. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. Т. 99. С. 3-80.
19. Потапова Т. М., Новиков С. М. Гидрохимическое состояние и сток растворенных веществ с территории нефтегазоносных районов Арктической зоны Западной Сибири // Мат. IV Междунар. науч.-практ. конф. «Эколого-географические проблемы природопользования нефтегазовых регионов — теория, методы, практика». Нижневартовск, 2010. С. 135-140.
20. Потапова Т. М, Новиков С. М., Валушко Н. И. Закономерности аккумуляции нефтезагрязне-ний в деятельном горизонте болот и их экологическая роль как естественных фильтров // Вестн. С.-Петерб. ун-та. Сер. 7: Геология и география. 2000. Вып. 1. С. 47-60.
Статья поступила в редакцию 16 апреля 2013 г.
