CC BY
48
ISSN 0321-3005 ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. СЕВЕРО-КАВКАЗСКИИ РЕГИОН._ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ. 2017. № 2
ISSN 0321-3005 1ZVEST1YA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKII REGION. NATURAL SCIENCE. 2017. No. 2
НАУКИ О ЗЕМЛЕ SCIENCE OF EARTH
УДК 504.06 DOI 10.23683/0321-3005-2017-2-75-83
ГИДРОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РЕК АРМЕНИИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ВЫСОТНОЙ ЗОНАЛЬНОСТИ ЛАНДШАФТОВ И ТИПОВ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ В ИХ БАССЕЙНАХ
© 2017г. Г.Г. Бабаян1, В.Е. Закруткин2, О.С. Решетняк2, Г.А. Саакян1
1Центр эколого-ноосферных исследований НАНРеспублики Армения, Ереван, Армения, 2Южный федеральный университет, Ростов-на-Дону, Россия
HYDROCHEMICAL FEATURES OF THE RIVERS OF ARMENIA DEPENDING ON THE ALTITUDINAL ZONALITY OF LANDSCAPES AND TYPES
OF NATURE USE IN THEIR BASINS
G.G. Babayan1, V.E. Zakrutkin2, O.S. Reshetnyak2, G.A. Sahakyan1
1Center for Ecological and Noospheric Studies, National Academy of Sciences of Armenia, Yerevan, Armenia, 2Southern Federal University, Rostov-on-Don, Russia
Бабаян Гаяне Грантовна - доктор технических наук, старший научный сотрудник, отдел геохимии окружающей среды, Центр эколого-ноосферных исследований НАН Республики Армения, ул. Абовяна, 68, г. Ереван, 0025, Армения, e-mail: [email protected]
Закруткин Владимир Евгеньевич - доктор геолого-минералогических наук, профессор, заведующий кафедрой геоэкологии и прикладной геохимии, Институт наук о Земле, Южный федеральный университет, ул. Зорге, 40, г. Ростов-на-Дону, 344090, Россия, e-mail: [email protected]
Решетняк Ольга Сергеевна - кандидат географических наук, доцент, кафедра геоэкологии и прикладной геохимии, Институт наук о Земле, Южный федеральный университет, ул. Зорге, 40, г. Ростов-на-Дону, 344090, Россия, e-mail: [email protected]
Саакян Геворг Ашотович - лаборант-исследователь, отдел геохимии окружающей среды, Центр эколого-ноосферных исследований, НАН Республики Армения, ул. Абовяна, 68, г. Ереван, 0025, Армения, e-mail: gevorg.sahakyan@cens. am
Gayane G. Babayan - Doctor of Technical Sciences, Senior Researcher, Department of Environmental Geochemistry, Center for Ecological and Noospheric Studies, National Academy of Sciences of Armenia, Abovyana St., 68, Yerevan, 0025, Armenia, e-mail: [email protected]
Vladimir E. Zakrutkin - Doctor of Geology and Mineralogy, Professor, Head of the Department of Geoecology and Applied Geochemistry, Institute of Earth Sciences, Southern Federal University, Zorge St., 40, Rostov-on-Don, 344090, Russia, e-mail: [email protected]
Olga S. Reshetnyak - Candidate of Geography, Associate Professor, Department of Geoecology and Applied Geochemistry, Institute of Earth Sciences, Southern Federal University, Zorge St., 40, Rostov-on-Don, 344090, Russia, e-mail: [email protected]
Gevorg A. Sahakyan - Laboratory Assistant-Researcher, Department of Environmental Geochemistry, Center for Ecological and Noospheric Studies, National Academy of Sciences of Armenia, Abovyana St., 68, Yerevan, 0025, Armenia, e-mail: gevorg. sahakyan@cens. am
Обобщены результаты гидрохимических исследований наиболее крупных рек Армении (по 13 стационарным постам) по 29 показателям за период 2004-2008 гг. Прослеживается выраженная тенденция изменения концентраций химических веществ в зависимости от высотной зональности ландшафтов и типов природопользования в бассейнах рек. Показано, что изменение качества воды обусловлено техногенными потоками загрязняющих веществ, поступающих с селитебных городских, селитебных сельских, горнопромышленных и агроландшафтов.
ISSN 0321-3005 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKII REGION.
NATURAL SCIENCE.
2017. No. 2
Выявлено, что для характеристики качества воды рек индикаторными являются 7 показателей: электропроводимость (минерализация), содержание ионов натрия, хлоридов, сульфатов, меди, цинка и молибдена. По степени экологической напряженности выделены р. Памбак, Агстев, Дебед, Раздан и Севджур, в бассейнах которых преобладают селитебные городские и селитебные сельские ландшафты, а также р. Вохчи (Капан), которую можно отнести к горнопромышленной ландшафтной системе.
Ключевые слова: реки Армении, химический состав, качество воды, высотная зональность ландшафтов, тип природопользования.
The results of hydrochemical studies of the largest rivers of Armenia (13 stationary posts) on 29 indicators for 2004-2008 are summarized. There is a pronounced tendency to change the concentration of hydrochemical indicators depending on the zonality of landscapes and the types of nature use in river basins. It is shown that the change in water quality is caused by technogenic pollutant flows from residential urban, residential rural, mining and agro landscapes.
It is shown that 7 indicators are indicative for characterizing the water quality of rivers: electrical conductivity (mineralization), sodium, chlorides, sulfates, copper, zinc and molybdenum content. According to the degree of environmental tension, the Pambak, Agstev, Debed, Razdan and Sevzhur rivers are distinguished, in the basins of which predominantly residential urban and residential rural landscapes prevail, as well as the Vokhchi (Kapan), which can be attributed to the mining landscape system.
Keywords: rivers of Armenia, chemical composition, water quality, altitudinal zonality of landscapes, nature use type.
Введение
Речные бассейны представляют собой целостные ландшафтные системы, которые находятся в тесной зависимости от абсолютной и относительной высот местности, характера и степени расчленённости рельефа, климатических условий и др. Отличительной чертой всех рек Армении (трансграничный бассейн Кура - Аракс) является их формирование на абсолютной отметке в среднем 2000 м. В высокогорных областях влияние вертикальной (высотной) зональности на формирование качества воды рек имеет определяющее значение. В местах истоков распространены горно-луговые и нивальные природные ландшафты, а также техногенные - системы неорошаемого и орошаемого земледелия и гидротехнических сооружений, пастбищные, лесохозяйственные, горнопромышленные, сельские селитебные. Вниз по течению их сменяют горно-лесные, горно-степные, полупустынные и пустынные ландшафты. В среднегорной части средних течений бассейнов рек на высоте ниже 1500 м с изменением морфологии русла, увеличением водности и антропогенных нагрузок возрастает влияние урбанизированных и рекреационных ландшафтов. В нижних течениях большинства рек техногенные ландшафты полностью или явно преобладают над природными [1, 2].
В условиях разнообразных природно-антропо-генных ландшафтов в бассейнах рек реализуются различные типы природопользования - землепользование, пользование недрами, лесопользование, водопользование и др. При этом, несмотря на то что практически все природные комплексы в той или иной степени испытывают техногенное воздействие,
бассейн каждой реки и участки его верхнего, среднего и нижнего течения отличаются преобладанием одного из типов природопользования. Развитие всех видов хозяйственной деятельности сопровождается поступлением специфичных загрязняющих веществ в поверхностные водотоки. При этом средние и малые реки, в отличие от больших, наиболее динамично реагируют на изменение потоков вещества и энергии при трансформации природных систем в антропогенные. Все это накладывает свой отпечаток и на гидрохимический режим рек - динамику сезонных и многолетних изменений показателей, соотношение ионов в солевом составе воды, величину общей минерализации, концентрацию макро- и микрокомпонентов [3, 4].
Гидрохимические исследования наиболее крупных рек Армении и выявление их пространственных различий в зависимости от природно-антропо-генных ландшафтов, в условиях которых реализуются различные системы природопользования, являются целью настоящей работы. Результаты исследований позволят выделить речные бассейны с измененными ландшафтами и обосновать необходимость природоохранных мероприятий.
Материал и методы
В качестве объектов исследований выбраны следующие наиболее крупные реки трансграничного бассейна Кура - Аракс (Армения, Грузия, Азербайджан, Иран, Турция): Дебед с притоком Памбак, Агстев, Севджур, Раздан с притоком Мармарик, Ар-па, Воротан с притоком Горис, Вохчи и Мегри [1].
Армения занимает северо-восточную часть Армянского нагорья с территорией 29,8 тыс. км2, про-
ISSN 0321-3005 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKII REGION.
тяженностью с северо-запада на юго-восток -360 км, с запада на восток - 200 км. Почти 90 % территории республики находится на высоте более 1000 м над уровнем моря и представляет собой сложное сочетание складчатых, складчато-глыбовых и вулканических гор, лавовых плато, межгорных аллювиальных и озерных котловин, узких и глубоких речных долин с различными ландшафтами. В геологическом отношении имеется почти полный стратиграфический разрез отложений геологических эпох. Среди металлических полезных ископаемых наиболее распространены месторождения золота, меди и молибдена. Характерными для территории Армении естественными природно-ландшафтными поясами являются пустынный, полупустынный, сухой горно-степной, горно-лесной, альпийский и нивальный. Из них преобладают горно-степной ландшафт, находящийся на высоте 1300-2400 м над уровнем моря, а также альпийские и субальпийские луга - на высоте 2100 м. Вертикальная поясность рельефа и различие в геологическом строении обусловили наличие сложной и разнообразной по своим типам речной сети. На участках своего верхнего и среднего течения реки имеют V-образные долины в виде глубоких ущелий (до 300-500 м), прорезанных в толще вулканогенных или осадочных пород. В нижнем течении русла рек большей частью проходят в предгорных и равнинных областях, сложенных аллювиальными и озерными отложениями. Для всех изученных рек характерны [1, 5]:
1) значительные колебания в величине уклонов водной поверхности и скоростей течения на отдельных участках;
2) большая извилистость, малая глубина и радиусы закруглений;
3) усиленное развитие перекатов, расстояние между которыми весьма незначительно.
Пункты отбора проб, некоторые морфологические и гидрологические характеристики рек и при-родно-антропогенные ландшафты их бассейнов приведены в табл. 1 [1, 5-7]. Пробы воды отбирались ежемесячно в течение 2004-2008 гг. на 13 стационарных пунктах наблюдений. Пробоотбор и пробообработка проводились по авторской стандартной операционной процедуре (SOP), разработанной в соответствии с требованиями международных стандартов. Контроль качества полевых работ осуществлялся анализом повторных и нулевых проб (Transport Blank, Equipment Blank и Transfer Blank). Пробы отбирались с середины реки в 0,5-1,5-литровые новые полиэтиленовые бутыли ПВХ. В качестве консерванта для тяжелых метал-
ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ. 2017. № 2 NATURAL SCIENCE. 2017. No. 2
лов использовалась концентрированная азотная, а для фосфатов - серная кислота (до pH <2) [8-10].
Определение физико-химических показателей проводилось в местах отбора проб с использованием анализаторов Horiba и HACH sensION. Остальные показатели определялись в лаборатории Центра эколого-ноосферных исследований НАН РА (сертификат 027/T-029 ИТОЛЕС17025-2005). Для анализа использовались следующие методы: pH -ISO-10523; электропроводность - ISO-7888; мутность - ISO-7027; О2раст - ISO-5813; HCO3- и CO32--ISO-9963-1; Cl- - ISO-9297; SO42-- ISO-9280; Ca2+ и Mg2+ - ISO-6059; Na+ и K+ - ISO-9964-3; Кб. - ISO 29441:2010; Pd6 - ISO-6878; Hg - ISO-5666; Cd -ISO 5961; Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Pb, Fe - ISO 8288:1986; As - ISO 17378-2:2014; Ag - EN 15586:2008. Точность аналитических измерений проверена анализом стандартных растворов и повторным анализом пробы воды (n=3).
Первичная обработка результатов анализов включала определение солевого состава воды и расчет статистических параметров [11, 12]. При подготовке массива данных для статистической обработки очень высокие и очень низкие значения не были удалены.
Для оценки особенностей химического состава использованы методы многомерной статистики -анализ главных компонент (PCA) и кластерный анализ. В основе первого лежит сокращение числа переменных путем выделения главных компонент, их классификация и определение структуры взаимосвязей между ними. Для вращения использован метод варимакс со стандартизацией Кайзера. Метод главных компонент полезен для ранжирования гидрохимических показателей по их дисперсии в соответствии с их вкладом (значимостью) в общую характеристику качества воды рек. Кластерный анализ дает возможность производить разбиение объектов не по одному, а по ряду признаков. Предварительно все гидрохимические данные нормированы (отношение отклонений от среднего значения к стандартному отклонению), а применение метода Уорда позволило «расширить» признаковое пространство и более четко выделить кластеры. Кластерный анализ использован для изучения пространственных изменений качества воды по пунктам наблюдений. В целом методы статистики - это инструмент, позволяющий выделить факторы, ответственные за изменение гидрохимических показателей, и изучить их пространственное распределение [13-15]. Статистическая обработка массива гидрохимических данных проведена с помощью программы STATISTICA 12.0.
ISSN 0321-3005 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKII REGION.
Результаты и обсуждение
Результаты гидрохимических исследований рек Армении бассейна Кура - Аракс приведены в табл. 2. Температура воды колеблется в пределах 0,40-27,40 °С; величина водородного показателя -6,38-8,82; окислительно-восстановительного потенциала - 20-370 мВ; электропроводности - 55 -1570 цСм/см; содержания взвешенных веществ -1,10-495,50 мг/дм3; мутности - 1,0-460 КТО; содержание растворенного кислорода - 6,7115,65 мг/дм3.
Пределы изменений величины общей минерализации составляют 99,1-1105,2; концентрации гидрокарбонатов - 26,9-390,6; хлоридов - 1,9-170,0; сульфатов - 6,6-284,3; кальция - 12,0-317,3; магния - 0,6-74,2; натрия - 3,1-148,0; калия - 0,9-17,1; общего фосфора - 0,01-4,89; общего азота - 0,5361,21 мг/дм3, мышьяка - 0,70-9,57 мкг/дм3. Колебание концентраций тяжелых металлов составляет: серебро - 0,01-1,96; кадмий - 0,02-5,02; кобальт -0,50-4,74; хром - 0,01-10,92; медь - 0,23-113,70;
NATURAL SCIENCE. 2017. No. 2
ртуть - 0,07-25,54; марганец - 5,77-282,0; молибден - 0,30-89,50; никель - 0,24-44,58; свинец -0,03-7,66; цинк - 4,88-283,0 мкг/дм3.
Химический состав речных вод относится к гидрокарбонатному классу, кальциевой группе малой и средней минерализации. Наблюдается общая тенденция генетической близости солевого состава воды всех изученных рек. Исключение составляют реки Раздан и Севджур. Химический состав воды первой из них в истоке формирует более минерализованная (700-750 мг/дм3) вода оз. Севан, имеющая гидрокарбонатно-магниевый состав, второй - поступление глубинных подземных вод.
Для представленных выше показателей характерны большой разброс значений вокруг среднего, меньшая выравненность значений и превышающая 33 % величина коэффициента вариации. Наличие экстремально высоких и экстремально низких концентраций (выбросов) вносит серьезное отклонение от нормального распределения, что отмечено по хлоридам, общему фосфору, азоту, практически всем тяжелым металлам.
Таблица 1
Пункты отбора проб воды, некоторые морфологические и гидрологические характеристики рек и природно-антропогенные ландшафты их бассейнов / Points of water sampling, some morphological and hydrological characteristics of rivers and natural-anthropogenic landscapes of their basins
Река - пункт отбора проб Длина, км Площадь водосбора, км2 [5] Среднегодовой сток, м3/с [5] Питание рек (% от годового стока) [5] Природные ландшафты [1] Антропогенные ландшафты [6, 7]
Дебед -Айрум 152 4050 35,8 Подземное (56) Горно-лесной Селитебный городской, селитебный сельский, горнопромышленный, агроландшафт
Памбак -Ширакамут 86 1380 11,7 Тало-снеговое (63) Горно-степной Селитебный городской, селитебный сельский, агроландшафт
Памбак -Ванадзор Горно-лесной Селитебный городской, агроландшафт
Агстев -Фиолетово 99 1610 8,22 Тало-снеговое (45) Горно-лесной Селитебный сельский, агроландшафт
Агстев -Иджеван Сухой горно-степной Селитебный городской, селитебный сельский, агроландшафт
Севджур -Ранчпар 40 3540 33,2 Подземное (78) Полу- и пустынный Селитебный городской, селитебный сельский, агроландшафт
Раздан -Масис 141 2310 22,4 - Пустынный Селитебный городской, селитебный сельский, агроландшафт
Мармарик -Агавнадзор 37 418 65,2 Поверхностное (75) Горно-степной Селитебный сельский, горнопромышленный, агроландшафт
Арпа -Арени 126 2175 21,9 Поверхностное (58) Полупустынный Селитебный городской, селитебный сельский, агроландшафт
Воротан -Воротан 119 2180 21,5 Тало-снеговое (35) Горно-степной Селитебный городской, селитебный сельский, агроландшафт
Горис -Горис 29 146 0,4 Подземное (80) Горно-степной Селитебный городской, селитебный сельский, агроландшафт
Вохчи -Капан 88 933 10,4 Дождевое (34) Горно-лесной Селитебный городской, селитебный сельский, горнопромышленный, агроландшафт
Мегри -Мегри 32 336 2,88 Дождевое (70,5) Горно-степной Селитебный городской, селитебный сельский, горнопромышленные, агроландшафт
ISSN 0321-3005 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKII REGION.
NATURAL SCIENCE.
2017. No. 2
Таблица 2
Статистические характеристики гидрохимических показателей рек Армении за 2004-2008 гг. / Statistical characteristics of hydrochemical indicators of the rivers of Armenia for 2004-2008
Показатель N Min Max Mean STD CV
Расход, м3/с 780 0,05 107,0 11,4 13,8 121,0
Температура, °С 780 0,4 27,4 12,4 6,2 50,5
pн 780 6,38 8,82 7,59 0,46 6,08
Электропроводность (Бс), ^См/см 780 55,0 1570 463 327 71
Содержание взвешенных веществ, мг/дм3 780 1,1 495,5 45,8 50,5 110,2
Eh, mV 780 20 370 224,6 44,2 19,7
Мутность, МГО 780 1,0 460,0 42,2 62,7 148,6
Раств. 02, мг/дм3 780 6,71 15,65 10,53 1,75 16,63
TDS, мг/дм3 780 99 1105 398 220 55
НС03-, мг/дм3 260 27 391 197 81 41
SO42-, мг/дм3 260 6,6 284,3 65,3 63,2 96,8
С1-, мг/дм3 260 1,9 170,0 34,4 35,8 104,0
Са2+, мг/дм3 260 12,0 317,3 49,0 25,8 52,7
М£2+, мг/дм3 260 0,6 74,2 17,1 15,4 89,7
№+, мг/дм3 260 3,1 148,0 31,9 31,5 98,8
К+, мг/дм3 260 0,01 4,89 0,16 0,33 203,8
^а, мг/дм3 260 0,5 61,2 12,6 9,5 75,2
Рма1, мг/дм3 260 0,01 4,89 0,16 0,33 203,8
Аз, мкг/дм3 312 0,70 9,57 2,15 1,68 78,11
А§, мкг/дм3 780 0,10 1,96 0,19 0,22 112,08
С(1, мкг/дм3 780 0,02 5,02 0,09 0,26 287,23
Со, мкг/дм3 780 0,50 4,74 0,71 0,29 40,90
Сг, мкг/дм3 780 0,01 10,92 0,81 1,15 143,00
Си, мкг/дм3 780 0,23 113,70 5,87 9,18 156,47
Щ, мкг/дм3 752 0,07 25,54 0,86 1,41 164,09
Мп, мкг/дм3 780 2,50 282,00 36,94 25,45 68,88
Мо, мкг/дм3 780 0,30 89,50 1,52 4,68 307,83
N1, мкг/дм3 780 0,24 44,58 1,68 3,82 226,8
РЬ, мкг/дм3 780 0,30 7,66 0,35 0,34 96,45
Zn, мкг/дм3 780 4,58 283,00 32,88 30,46 72,66
Матрица факторов гидрохимических показателей, приведенная в табл. 3, содержит два главных фактора, на долю которых приходится 65,7 % дисперсии выборки. Первый фактор содержит 47,9 %, а второй - 17,8 % дисперсии. Именно эти факторы в большей степени ответственны за изменение химического состава речных вод. Переменные, определяющие первый фактор, - это смешанные показатели, такие как расход и температура воды, физико-химические показатели, показатели солевого состава воды, общий азот, мышьяк, а также некоторые тяжелые металлы (ртуть, марганец и никель). В первом факторе сильно коррелируемыми между собой показателями являются Ес, TDS, SO42-, Mg2+, Cl-, Na+; умеренно коррелируют температура воды, HCO3-, Ca2+, К+, As; слабо коррелируют - расход воды, Ntotai, Mn, Pb. Выявлена обратная зависи-
мость между растворенным кислородом и температурой воды, а также всеми остальными показателями. Во втором факторе максимальные нагрузки имеют однородные показатели - только тяжелые металлы. Из них сильно коррелируемыми являются Си, Mo, Zn и Cd, а умеренно - Ag, Со и Mn.
Определяющие минерализацию и солевой состав воды анионы и катионы первого фактора образуются в результате диссоциации хорошо растворимых солей ШС1, MgSO4, Ca(HCOз)2, КНСО3. Они могут быть отнесены к главным литогенным ионам, поступающим в воду в процессе химического выветривания и растворения горных пород, а также выщелачивания почв. Однако присутствие наравне с главными ионами азотсодержащих веществ и некоторых тяжелых металлов, несмотря на более слабую корреляцию, не исключает их антро-
ISSN 0321-3005 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKII REGIO
погенное происхождение. Загрязняющие вещества поступают в реки из техногенных ландшафтов -селитебных городских, селитебных сельских, горнопромышленных, агроландшафтов.
Второй по силе воздействия фактор образует однородная группа показателей и поэтому в большей степени отражает естественные процессы формирования компонентного состава воды - хи-
Матрица главных факторов гидрохимических показ!
NATURAL SCIENCE. 2017. No. 2
мического выветривания пород и рудных минералов. Однако нельзя исключить также возможности техногенных потоков тяжелых металлов в некоторые реки из горнопромышленных ландшафтов, поскольку сильно коррелируемые показатели, такие как медь, молибден, цинк и кадмий, являются также типоморфными элементами руд и первичных ореолов месторождений Армении.
Таблица 3
лей / Matrix of main factors of hydrochemical indicators
Variable* Factor 1 Factor 2 Variable* Factor 1 Factor 2
Расход 0,66492** 0,125411 Ntotal 0,75061 -0,227141
Temp 0,86776 0,131654 As 0,89236 0,029974
pH -0,59792 0,194951 Ag -0,54173 0,699478
Eh -0,15675 -0,283128 Cd -0,10677 0,929998
Ec 0,97072 -0,058225 Co -0,08141 0,769230
TSS 0,14929 0,130182 Cr 0,51930 0,056687
Turb -0,23924 0,188808 Cu 0,01679 0,973977
Растворенный кислород -0,72576 -0,151193 Hg 0,95497 0,086370
TDS 0,98189 -0,019069 Mn 0,70427 0,628358
HCO3- 0,90714 -0,074972 Mo 0,00376 0,867532
Cl- 0,98583 -0,028684 Ni 0,67350 -0,088053
SO42- 0,98580 0,088284 Pb -0,29255 0,144274
Ca2+ 0,90618 0,053540 Zn 0,21195 0,959042
Mg2+ 0,96828 -0,018524 Expl,Var 14,37136 5,326995
Na+ 0,98903 -0,047943 % of total variance 47,9 17,8
K+ 0,81312 -0,150829 Cumulative % 47,9 65,7
Ptotal 0,42847 0,024740
* - метод анализа главных компонент, метод вращения: варимакс (Varimax raw), нормализация Кайзера; ** - выделены значения с нагрузками более 0,6 (Marked loadings are >,600000).
Результаты факторного анализа подтверждает и оценка качества воды рек, которая показала пятый класс качества
[16] ПО Электропроводности, г MarmarikfAgavnadzor) содержанию сульфатов, натрия, общего азота, кадмия, кобальта, меди, марганца и молибдена. При этом каждая изученная река имеет свою матрицу главных факторов гидрохимических показателей, которые в виду ограничения объема не могут быть приведены в настоящей статье.
По результатам кластерного анализа выделены каскадные системы участков рек, которые отнесены к различ-тш ландШафтным системам Дендрограмма кластерного анализа массива гидрохимических данных,
по пунктам отбора проб воды / Dendrogram of cluster analysis у of the hydrochemical data grouped by water sampling points
ISSN 0321-3005 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKII REGION.
На дендограмме массива гидрохимических данных выделены 4 кластерные единицы. В первый кластер вошли участки р. Памбак (Ширакамут), Агстев (Фиолетово), Мармарик (Агавнадзор) - это верхние и средние участки рек, в которых преобладают агро- и селитебные сельские ландшафты. Второй кластер образуют р. Арпа (Арени), Мегри (Мегри), Горис (Горис) и Воротан (Воротан), в бассейнах которых преобладают селитебные сельские и селитебные городские ландшафты. Трудно объяснить причину нахождения в этом кластере р. Мегри, которая находится в зоне влияния горнопромышленного ландшафта, где разрабатываются медно-молибденовые и золоторудные месторождения. Третий кластер включает участки нижних течений рек Памбак (Ванадзор), Агстев (Иджеван) и Дебед (Айрум), где преобладают селитебные городские и селитебные сельские ландшафты. В четвертый кластер входят р. Раздан (Масис) и Севд-жур (Ранчпар), которые, как уже отмечалось, по условиям формирования качества воды и уровням загрязненности в корне отличаются от остальных рек. Отдельно находится р. Вохчи (Капан), которую можно отнести к горнопромышленной ландшафтной системе. В отличие от остальных рек, Во-хчи является наиболее загрязненной по тяжелым металлам и в большей степени испытывает влияние со стороны эксплуатируемых месторождений, горно-обрабатывающих предприятий, действующих и рекультивированных хвостохранилищ, производственных сточных вод.
В пределах бассейна Кура - Аракс находятся значительные запасы подземных вод, которые в основном сосредоточены в областях развития плиоценово-четвертичных лав и в межгорных впадинах. Подземные воды, формирующиеся в пределах межгорных впадин, практически не принимают участия в питании рек, в то время как роль родникового стока областей развития плиоценово-четвертичных лав имеет определяющее значение. Питание большинства горных рек Армении осуществляется преимущественно нисходящим подземным стоком, или подпорно-нисходящими водами. Характер подземного питания рек отражает ход поступления атмосферных осадков и талых вод в русла рек. С началом половодья в горных реках происходит увеличение подземного питания и максимум его практически совпадает с гребнем основной волны половодья. В результате для большинства рек (Армянское вулканическое нагорье и южная часть Джавахетского нагорья) доля подземного стока в общем речном стоке составляет до 70-75 %, величина среднего многолетнего модуля подземного стока - 6-8 л/скм2. При этом основные подлаво-вые потоки разгружаются на отметках до 2000 м,
NATURAL SCIENCE. 2017. No. 2
выше которых доля подземного питания рек уменьшается [6, 7]. В целом высокогорные районы менее подвержены антропогенному воздействию. Здесь речные воды находятся под влиянием только селитебных сельских и агроландшафтов.
В нижнем и среднем течениях рек роль ландшафтов в формировании качества воды выражается в участии водовмещающих пород и почв, морфологических и гидродинамических факторов, процессов углекислого выщелачивания, внутригодовой смены фаз водного режима и др. Здесь же в реки поступают техногенные потоки с селитебных городских, селитебных сельских, горнопромышленных и агроландшафтов, что приводит к изменению ряда гидрохимических показателей. Так, если в верховьях рек и их притоков средние значения электропроводности воды в р. Памбак (Ширакамут) составляют 380; р. Агстев (Фиолетово) - 250; р. Мармарик (Агавнадзор) - 260 цкСм/см, то вниз по течению электропроводность рек увеличивается и составляет 420 (Памбак - Ванадзор), 380 (Агстев - Иджеван), 1270 (Раздан - Масис) цкСм/см соответственно. Та же картина характерна для мутности воды: в тех же пунктах в верхнем течении рек она составляет 29,0; 43,4; 30,0, а в нижнем -65,8; 75,8; 32,0 NTU соответственно. Заметно увеличиваются также и концентрации практически всех тяжелых металлов.
Выявленные закономерности изменчивости химического состава малых рек Армении характерны и для горных районов России. Так, в частности, в реках Центрального Кавказа (Баксан, Черек, Терек и др.) мобилизация и транспорт тяжелых металлов усиливаются в нижнем течении рек, где отмечается повышение содержания молибдена, свинца, хрома и др. [17]. Однако известны и исключения, когда концентрации металлов и уровень загрязнения в целом выше в верховьях рек, что обусловлено наличием здесь рудных месторождений (р. Малка, Баксан и Чегем) [18] либо интенсивным хозяйственным освоением данной территории (р. Теберда) [19].
Основные выводы
Для всех изученных рек Армении прослеживается выраженная тенденция изменения концентраций химических веществ в зависимости от высотной зональности ландшафтов и типов природопользования в бассейнах рек. В верхних течениях рек влияние ландшафтов на качество воды наименьшее. Здесь малую минерализацию и выраженный гидрокарбонатно-кальциевый состав воды формируют атмосферные осадки, климатические и гидроморфологические факторы, процессы гидролитического углекислого выщелачивания, а также
ISSN 0321-3005 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKII REGION.
селитебные сельские и агроландшафты. В нижних течениях рек роль ландшафтов повышается, а в некоторых реках имеет определяющее значение. Изменение качества воды обусловлено техногенными потоками загрязняющих веществ, поступающих из селитебных городских, селитебных сельских, горнопромышленных и агроландшафтов.
Результаты гидрохимических исследований за 5-летний период показали, что из 29 изученных гидрохимических показателей для характеристики качества воды рек индикаторными являются 7 из них: электропроводимость (минерализация), натрий, хлориды, сульфаты, медь, цинк и молибден. По степени экологической напряженности можно выделить р. Памбак (Ванадзор), Агстев (Иджеван), Дебед (Айрум), Раздан (Масис) и Севджур (Ран-чпар), где преобладают селитебные городские и селитебные сельские ландшафты, а также р. Вохчи (Капан), которую можно отнести к горнопромышленной ландшафтной системе.
Результаты гидрохимических исследований, характеризующие состояние основных рек Армении за 2004-2008 гг., могут быть распространены и на современный период ввиду отсутствия новых крупных источников загрязнения.
Литература
1. Атлас Армянской ССР. Ереван : Изд-во АН Арм. ССР и Гл. упр. геодезии СССР, 1961. 103 с.
2. Перельман А.И., Касимов Н.С. Геохимия ландшафта. М. : Астрея-2000, 1999. 610 с.
3. Отчет национального статистического управления за 2008-2014 гг. Окружающая среда и природные ресурсы (на арм. яз.) URL: http://www.armstat.am (дата обращения: 12.02.2017).
4. Никаноров А.М. Гидрохимия. СПб. : Гидроме-теоиздат, 2001. 444 с.
5. О создании бассейнов территориального управления Республики Армения и утверждении их планов : Решение Правительства РА № 1749 от 09.12.2004 г. (на арм. яз.).
6. Ресурсы поверхностных вод СССР. Бассейн реки Аракс. Т. 9, вып. 2. М., 1973. 471 с.
7. Ресурсы поверхностных вод СССР. Западное Закавказье. Т. 9, вып. 1. Л., 1969. 310 с.
8. ГОСТ 31861-2012. Вода. Общие требования к отбору проб. URL: http://www.docipedia.ru/document /5153316 (дата обращения: 12.02.2017).
9. ISO 5667:2006 (E). Sampling. Part 1-14. Geneva, 2006.
10. Standard Operating Procedures for Surface Water Quality Sampling, Prepared by the Surface Water Section / ed. J.D. Jones. Phoenix, 2012.
11. Lambarkis N., Antonakos A., Panagopoulos G. The use of multicomponent statistical analysis in hydro-
ЕСТЕСТВЕННЫЕНАУКИ. 2017. № 2 NATURAL SCIENCE. 2017. No. 2
geological environmental research // Water Res. 2004. № 38 (7). Р. 1862-1872.
12. Лагутин М.Б. Наглядная математическая статистика. М. : БИНОМ, 2007. 471 с.
13. Олдендерфер М.С., Блэшфилд Р.К. Факторный, дискриминантный и кластерный анализ. М., 1989. 215 с.
14.Айвазян С.А., Мхитарян В.С. Прикладная статистика. Т. 1 : Основы эконометрики. М. : ЮНИТИ-ДАНА, 2001. 656 с.
15. Kaiser H.F. The application of electronic computers to factor analysis // Educ. Psychol. Meas. 1960. № 20. Р. 141-151.
16. Об определении норм обеспечения качества воды отдельных водных бассейнов Республики Армения в зависимости от особенностей местности: Решение Правительства РА № 75 от 27.01.2011 г. (на арм. яз.).
17. Воробьева Т.И., Гущина Л.П., Жинжакова Л.З., Реутова Т.В., Чередник Е.А., Машуков Х.Х. Формирование микроэлементного состава в речных водах Центрального Кавказа // Современные фундаментальные проблемы гидрохимии и мониторинга качества поверхностных вод России : материалы науч.-практ. конф. с междунар. участием. Азов, 8-10 июня 2009 г. Ростов н/Д., 2009. Ч. 1. С. 39-42.
18. Реутова Т.В., Дреева Ф.Р., Реутова Н.В. Пространственное распределение концентраций токсичных тяжелых металлов в речных водах горной зоны Кабардино-Балкарской Республики // Изв. Кабардино-Балкарского науч. центра РАН. 2014. Т. 62, № 6. С. 99-105.
19. Онищенко В.В., Дега Н.С., Мамчуев И.М. Эко-лого-географический анализ бассейна реки Теберды в условиях хозяйственно-рекреационного функционирования // Apriori. Естеств. и техн. науки. 2016. № 6.
References
1. Atlas Armyanskoi SSR [Atlas of the Armenian SSR]. Erevan, Izd-vo AN Arm. SSR i Gl. upr. geodezii SSSR, 1961, 103 p.
2. Perel'man A.I., Kasimov N.S. Geokhimiya landshafta [Geochemistry of the landscape]. Moscow, Astreya-2000, 1999, 610 p.
3. Otchet natsional'nogo statisticheskogo upravleniya za 2008-2014 gg. Okruzhayushchaya sreda i prirodnye resursy [Report of the National Statistical Office for 2008-2014. Environment and natural resources] (in Armenian). Available at: http://www.armstat.am (accessed 12.02.2017).
4. Nikanorov A.M. Gidrokhimiya [Hydrochemistry]. Saint Petersburg, Gidrometeoizdat, 2001, 444 p.
5. O sozdanii basseinov territorial'nogo upravleniya Respubliki Armeniya i utverzhdenii ikh planov [On the establishment of basins of territorial administration of the Republic of Armenia and approval of their plans]:
ISSN 0321-3005 IZVESTIYA VUZOV. SEVERO-KAVKAZSKII REGION.
NATURAL SCIENCE.
2017. No. 2
Reshenie Pravitel'stva RA No. 1749 ot 09.12.2004 g. (in Armenian).
6. Resursy poverkhnostnykh vod SSSR. Bassein reki Araks [Resources of surface waters of the USSR. The basin of the Araks River]. Vol. 9, iss. 2. Moscow, 1973, 471 p.
7. Resursy poverkhnostnykh vod SSSR. Zapadnoe Zakavkaz'e [Resources of surface waters of the USSR. Western Transcaucasia]. Vol. 9, iss. 1. Leningrad, 1969, 310 p.
8. GOST 31861-2012. Voda. Obshchie trebovaniya k otboru prob [OST 31861-2012. Water. General requirements for sampling]. Available at: http://www.docipedia.ru/document /5153316 (accessed 12.02.2017).
9. ISO 5667:2006 (E). Sampling. Part 1-14. Geneva, 2006.
10. Standard Operating Procedures for Surface Water Quality Sampling, Prepared by the Surface Water Section. Ed. J.D. Jones. Phoenix, 2012.
11. Lambarkis N., Antonakos A., Panagopoulos G. The use of multicomponent statistical analysis in hydro-geological environmental research. Water Res. 2004, No. 38 (7), pp. 1862-1872.
12. Lagutin M.B. Naglyadnaya matematicheskaya statistika [Visual mathematical statistics]. Moscow, BINOM, 2007, 471 p.
13. Oldenderfer M.S., Bleshfild R.K. Faktornyi, diskriminantnyi i klasternyi analiz [Factorial, discriminant and cluster analysis]. Moscow, 1989, 215 p.
14. Aivazyan S.A., Mkhitaryan V.S. Prikladnaya statistika. T. 1 : Osnovy ekonometriki [Applied statistics. Vol. 1. Fundamentals of Econometrics]. Moscow, YuNITI- DANA, 2001, 656 p.
15. Kaiser H.F. The application of electronic computers to factor analysis. Educ. Psychol. Meas. 1960, No. 20, pp. 141-151.
16. Ob opredelenii norm obespecheniya kachestva vody otdel'nykh vodnykh basseinov Respubliki Armeniya v zavisimosti ot osobennostei mestnosti [On the definition of water quality standards for individual water basins of the Republic of Armenia, depending on the characteristics of the terrain]: Reshenie Pravitel'stva RA No. 75 ot 27.01.2011 g. (in Armenian).
17. Vorob'eva T.I., Gushchina L.P., Zhinzhakova L.Z., Reutova T.V., Cherednik E.A., Mashukov Kh.Kh. [Formation of trace element composition in the river waters of the Central Caucasus]. Sovremennye fundamental'nye problemy gidrokhimii i monitoringa kachestva poverkhnostnykh vod Rossii [Modern fundamental problems of hydrochemistry and surface water quality monitoring in Russia]. Materials of the scientific and practical conference with international participation. Azov, July 810, 2009. Rostov-on-Don, 2009, ch. 1, pp. 39-42.
18. Reutova T.V., Dreeva F.R., Reutova N.V. Prostranstvennoe raspredelenie kontsentratsii toksichnykh tyazhelykh metallov v rechnykh vodakh gornoi zony Kabardino-Balkarskoi Respubliki [Spatial distribution of concentrations of toxic heavy metals in river waters of the mountainous zone of the Kabardino-Balkarian Republic]. Izv. Kabardino-Balkarskogo nauch. tsentra RAN. 2014, vol. 62, No. 6, pp. 99-105.
19. Onishchenko V.V., Dega N.S., Mamchuev I.M. Ekologo-geograficheskii analiz basseina reki Teberdy v usloviyakh khozyaistvenno-rekreatsionnogo funktsioniro-vaniya [Ecological and geographical analysis of the Teberda river basin in conditions of economic and recreational functioning]. Apriori. Estestv. i tekhn. nauki. 2016, No. 6.
Поступила в редакцию /Received
16 февраля 2017 г. /February 16, 2017
