ГИДРОХИМИЧЕСКИЙ РЕЖИМ ОЗЕРА ОСЕК В АЛМАТИНСКОЙ ОБЛАСТИ Текст научной статьи по специальности «Естественные и точные науки»

УДК 556.551

Л. Т. Исмуханова1, Р. А. Кулбекова2, А. в. Жэди2, Б. М. Султанбекова2

1 НС лаборатории гидрохимии и экологической токсикологии (АО «Институт географии и водной безопасности», Алматы, Казахстан)

2 МНС лаборатории гидрохимии и экологической токсикологии (АО «Институт географии и водной безопасности», Алматы, Казахстан)

ГИДРОХИМИЧЕСКИЙ РЕЖИМ ОЗЕРА ОСЕК В АЛМАТИНСКОЙ ОБЛАСТИ

Аннотация. Представлен гидрохимический режим озера Осек за 2021 год, полученный в результате комплексных исследований АО «Институт географии и водной безопасности» в рамках проекта «Разработка паспортов малых озер Казахстана». Исследования по гидрофизическому и гидрохимическому режиму проводились по следующим показателям: температура, прозрачность, рН, диоксид углерода, растворенный в воде кислород, органические и биогенные вещества, ионный состав и минерализация воды с применением современных многопараметрических приборов, титриметрических и спектрометрических методов.

Ключевые слова: озера, гидрофизика, гидрохимия, классификация, ионный состав, минерализация.

Введение и обзор изученности. Озера - это замкнутые внутриконтинентальные водоемы, которые имеют разное происхождение: реликтовое, тектоническое, ледниковое, вулканическое, старичное, эрозионное.

Изученность большинства озер Казахстана еще достаточно слабая. В истории их исследования выделяются несколько этапов. В ХУШ-Х1Х вв. их начали изучать С. Ремезов (1701 г.), Н. Унков-ский (1822 г.), А. И. Воейков (1884 г.) и др. Планомерное изучение водных объектов началось в 1930-х годах при создании Водного кадастра СССР. В 1954-1956 гг. под руководством А. П. Богородского наряду с изучением крупных водоемов начали исследовать и малые озера, что связано с освоением целинных и залежных земель. Эти исследования были продолжены экспедицией ГГИ, кафедрой физической географии КазГУ, а с 1957 г. изучали озера сотрудники Сектора географии АН КазССР, в дальнейшем преобразованного в Институт географии под руководством Т. Р. Омарова и П. П. Филонца. Согласно литературным источникам в Казахстане насчитывается около 48 262 озер (Филонец П. П., Омаров Т. Р., 1970). Озера по численности менее 1 км2 составляли 94 %, а по площади - 10 %. Озер более 1 км2 - 3014 общей площадью 40 769 км2 (90 %), озер от 1 до 10 км2 - всего 2718 общей площадью 7324 км2 (16,3 %). В их числе озер размером более 100 км2 21 с площадью 26 886 км2, составляющей 50 % водной поверхности всех озер [1-10].

В 2021 г. в результате комплексных исследований АО «Институт географии и водной безопасности» в рамках проекта «Разработка паспортов малых озер Казахстана» были исследованы озера с площадью зеркала от 1 до 10 км2.

В статье представлены результаты исследований на озере Осек в 2021 г. и сделан сравнительный анализ с состоянием озера в 2008 г., изученного тогда ТОО «КазНИИРХ».

Материалы и методы исследования. Отбор проб воды для изучения гидрофизических и гидрохимических параметров проводился в поверхностном слое (0,5 м). Всего отобрана 1 проба (в центре озера) воды, выполнены 4 гидрофизических измерения и 16 гидрохимических анализов. Гидрохимические и гидрофизические показатели определены согласно общепринятым методикам [12-14] с использованием классификационной схемы О. А. Алекина [15].

Некоторые показатели физических свойств и химического состава воды установлены с помощью современных многопараметрических приборов: анализатора качества воды серии и-53 фирмы НойЬа, иономера HQ40D фирмы НАСН, спектрофотометра DR 3900 фирмы НАСН, цифрового титратора фирмы НАСН.

В целом были измерены (рисунок 1):

- по физическим свойствам: глубина, прозрачность, температура, рН;

- в качестве элементов химического состава воды: диоксид углерода, растворенный в воде кислород, перманганатная окисляемость, общая жесткость, ионно-солевой состав (ионы кальция,

Рисунок 1 - Измерение глубины и гидрохимический анализ образцов воды в полевых условиях

магния, натрий калия, гидрокарбонаты, сульфаты, хлориды), минерализация, биогенные соединения (азот аммонийный, азот нитритный, азот нитратный, фосфаты).

Обсуждение результатов. Озеро Осек (43°55'52.08" СШ, 80°2'32.47" ВД) расположено в 25 км к югу от г. Панфилова Панфиловского района Алматинской области, восточнее урочища Омбе (рисунок 2). Отметка уреза воды - 520,3 м. Максимальная глубина составила - 3,17 м. Главная река, питающая озеро, одноименная река Осек, берущая начало на южном склоне хребта Жетысу Алатау, площадь водосборного бассейна более 1500 км2. Водоем находится на ровной болотистой местности, полностью заросшей камышом с высотой местами более 3,0 м. Водорослями занята в основном западная, юго-западная часть. Грунт дна большей частью илистый.

Рисунок 2 - Озеро Осек

Дно озера совершенно плоское с преобладающими глубинами 2,0 м. Древесная растительность произрастает от берега на расстоянии 1,5-2,0 км и представлена в основном узколистым лохом. Озеро имеет почти округлую форму с небольшим заливом в северной части у впадения р. Осек. Озеро сточное. С севера река Осек впадает, а с южного берега вытекает. Берега озера не выражены отчетливо, пологие, сливающиеся с окружающей местностью.

В озере водятся: сом, сазан, карась, белый амур, лещ, вобла, змееголов, толстолоб. Оно используется для любительского рыболовства.

Результаты исследования по гидрофизическому и гидрохимическому режиму озера представлены в таблице.

Температура поверхностного слоя воды прогревалась до 21,0 °С. При глубине 1,7 м прозрачность воды озера составила 1,0 м. Показатель прозрачности воды довольно высок по сравнению с

данными за 2008 г. Видимо, высокая температура поверхностного слоя воды (2008 г. - 26,7 °С) активно воздействовала на биохимические процессы, происходящие в водоеме, и влияла на ее прозрачность (0,5 м).

Газовый режим озера в целом благоприятен, диоксид углерода не обнаружен. Для озер в вегетационный период в целом не характерно содержание диоксида углерода. Отсутствие в воде этого элемента свидетельствует о превышении продукционных процессов в водной среде над деструкционными.

Наличие в воде растворенного кислорода является обязательным условием для существования большинства организмов, населяющих водоем, но из-за малой интенсивности фотосинтетических процессов, проточности и небольших глубин кислородный режим озера неблагоприятный, содержание растворенного кислорода составило лишь 8,8 мг/дм3.

Активная водная среда изменялась от слабощелочной рН 8,2 (2008 г.) до щелочной рН 8,7 (2021 г.). Такие изменения водной среды привели к чрезмерному росту водной растительности и снижению уровня кислорода в рыбе. Процесс эвтрофикации, происходящий на озере, может вызвать угрозу для роста ихтиофлоры и ихтиофауны в будущем, если он будет продолжаться.

Процессы эвтрофирования водных экосистем — одна из важнейших проблем современности [16]. Повышение биогенной и органической нагрузки представляет особую угрозу для внутренних, особенно небольших водоемов, способность которых к самоочищению существенно снижена. Для оценки трофического статуса озера Осек использован косвенный показатель трофического состояния экосистемы водоема за 2008 и 2021 гг., оцениваемый по величине перманганатной окисляемости. Перманганатная окисляемость - широко используемый гидрохимический показатель, который определяется при многих гидроэкологических наблюдениях. Содержание органических веществ, установленное по перманганатной окисляемости, увеличилось от 7,35 мгО/дм3 (2008 г.) до 15,7 мгО/дм3 (2021 г.). С учетом массы иона кислорода в составе перман-ганата калия, пошедшего на окисление «органики» по известной классификации О. А. Алекина, перешло от «среднего» до «высокого» класса [17]. Возрастание содержания органических веществ в озере можно рассматривать как повышение его трофности [18-20], т.е. усиления процесса эвтрофирования.

Определение концентрации загрязняющих веществ по химическому потреблению кислорода (ХПК) показало очень высокие значения - 29,0 мг/дм3 (см. таблицу). Являясь интегральным показателем, ХПК в настоящее время - один из наиболее информативных показателей антропогенного загрязнения вод, который используется при контроле качества природных вод. В водоемах и водотоках, подверженных сильному воздействию хозяйственной деятельности, изменение окисляемости выступает как характеристика, отражающая режим поступления сточных вод, так как на их химическое окисление расходуется больше кислорода, которого не хватает другим организмам. Поэтому увеличивается количество организмов, более устойчивых к низкому содержанию кислорода, и исчезают кислородолюбивые виды. В соответствии с требованиями к составу и свойствам воды в зонах рекреации в водных объектах допускается ХПК до 30 мгО/дм3.

Режим биогенных соединений озера определяется количеством вносимых взвешенных веществ, обогащенных биогенными соединениями. Они поступают с водой реки Осек и стоками с окружающей территории. Одним из главных загрязнителей является ТОО «Жаркентский крах-малопаточный завод» [21]). Свою лепту в загрязнение вносят биологические и биохимические процессы (потребление водной флорой, выделение при деструкции водной растительности), происходящие в водном объекте [22].

Результаты анализов показали, что концентрация биогенных соединений в озере в пределах нормативного уровня: азот аммонийный - 0,02 мг/дм3, азот нитритный - 0,4 мг/дм3, азот нитратный - 0,02 мг/дм3 и фосфаты - 0,06 мг/дм3. Низкие концентраций биогенных соединений связаны с интенсивным потреблением их водной флорой в весенне-летний период. Следовательно, водная среда озера Осек оптимальна для жизнедеятельности гидробионтов и озеро относится к эвтрофным водоемам из-за массового развития планктонных водорослей.

Общая жесткость воды регистрируется 4,48 мг-экв/дм3 и классифицируется как «умеренно жесткая». Воды озер по химическому составу и минерализации разнообразны, и по сравнению с морскими водами нет постоянства соотношений между основными ионами. Минерализация и ионный состав воды рассматриваемого озера формируются в основном притоком реки Осек.

Гидрохимические и гидрофизические параметры озера

Параметры 2008 г. 2021 г.

Глубина, м 2,2 1,7

Прозрачность, м 0,5 1,0

Температура, °С 26,7 21,0

рн 8,2 8,7

Растворенный в воде кислород (О2), мг/дм3 н/д 8,8

% насыщ. н/д 105

Диоксид углерода (СО2), мг/дм3 0,0 0,0

Органические вещества (по перманганатной окисляемости), мгО/дм3 7,35 15,7

Химическое потребление кислорода (ХПК), мг/дм3 н/д 29,0

Ионы аммония (!ЫН4+), мг/дм3 н/д 0,02

Нитрат ионы (N03 ), мг/дм3 н/д 0,4

Нитрит ионы (N02 ), мг/дм3 н/д 0,02

Фосфаты (Р043 ), мг/дм3 н/д 0,06

Общая жесткость (Ca2++Mg2+), мг/дм3 н/д 4,48

Гидрокарбонат-ионы (ИСОз ), мг/дм3 н/д 129

Хлорид-ионы (С1 ), мг/дм3 н/д 106

Сульфат-ионы ^О/ ), мг/дм3 н/д 77,0

Ионы кальция (Са2+), мг/дм3 н/д 50,5

Ионы магния (Mg2+), мг/дм3 н/д 23,8

Ионы натрия-калия (№++К+), мг/дм3 н/д 55,7

Минерализация, мг/дм3 509 442

Примечание. н/д - нет данных.

Вода озера Осек пресная, наблюдаются незначительные изменения в содержании суммы солей от 509 мг/дм3 - 2018 г. до 442 мг/дм3 - 2021 г. По преобладающим ионам гидрокарбонатов 129 мг/дм3 и натрия 55,7 мг/дм3 вода озера согласно классификации, предложенной О. А. Але-киным, относится к гидрокарбонатному классу, натриевой группе.

Выводы. Как показали результаты исследования гидрохимического состава, на озере Осек происходят внутриозерные (внутриводоемные) изменения, которые постепенно могут привести к росту трофности озера. Усиление процессов эвтрофирования в озере связаны с изменениями водородного показателя, снижением газового режима, ростом биогенных и органических соединений. Содержание органики показало высокие значения (15,7 мг/ дм3), что подтверждает антропогенное влияние на режим озера.

ЛИТЕРАТУРА

[1] Разработка Атласа озер Казахстана: отчет о НИР (заключительный) / ТОО «Институт географии»: рук. А. Медеу. - Алматы, 2018. - 273 с.

[2] Ресурсы поверхностных вод СССР. Центральный и Южный Казахстан. Бассейн оз. Балхаш; под ред.: к.г.н. В. А. Семенова и Р. Д. Курдина. - Л.: Гидрометеоиздат, 1970. - Т. 13, вып. 2. - 645 с.

[3] Ресурсы поверхностных вод СССР. Нижнее Поволжье и Западный Казахстан. Урало-Эмбинский район; под редакцией И. Б. Вольфцуна и К. И. Смирнова. - Л.: Гидрометеоиздат, 1970. - Т. 12, вып. 2. - 512 с.

[4] Ресурсы поверхностных вод СССР. Нижнее Поволжье и Западный Казахстан. Актюбинская область; под общей ред. М. С. Протасьева. - Л.: Гидрометеоиздат, 1966. - 514 с.

[5] Ресурсы поверхностных вод районов освоения целинных и залежных земель. Павлодарская область Казахской ССР; под общей редакцией В. А. Урываева. - Л.: Гидрометеоиздат, 1959. - Вып. 4. - 577 с.

[6] Ресурсы поверхностных вод районов освоения целинных и залежных земель. Акмолинская область Казахской ССР; под общей редакцией В.А. Урываева. - Л.: Гидрометеоиздат, 1958. - Вып. 1. - 790 с.

[7] Ресурсы поверхностных вод районов освоения целинных и залежных земель. Кустанайская область Казахской ССР; под общей редакцией В. А. Урываева. - Л.: Гидрометеоиздат, 1959. - Вып. 2. - 711 с.

[8] Ресурсы поверхностных вод районов освоения целинных и залежных земель. Кокчетавская область Казахской ССР; под общей редакцией В. А. Урываева. - Л.: Гидрометеоиздат, 1959. - Вып. 3. - 563 с.

[9] Ресурсы поверхностных вод районов освоения целинных и залежных земель. Северо-Казахстанская область Казахской ССР; под общей редакцией В. А. Урываева. - Л.: Гидрометеоиздат, 1960. - Вып. 5. - 419 с.

[10] Ресурсы поверхностных вод СССР. Центральный и Южный Казахстан. Карагандинская область. - Л.: Гидрометеоиздат, 1966. - Т. 13, вып. 1. - 483 с.

[11] Озера Казахстана: альбом-справочник / Отв. ред. А. А. Турсунов. - Алма-Ата, 1987. - 141 с.

[12] СТ РК ГОСТ Р 51592-2003. «Вода. Общие требования к отбору проб». - Астана, 2003. - 77 с.

[13] Руководство по химическому анализу поверхностных вод суши. - Л.: Гидрометеоиздат, 1977. - 541 с.

[14] Унифицированные методы анализа вод СССР. - Л.: Гидрометеоиздат, 1978. - Вып. 1. - 145 с.

[15] Алекин О.А. Основы гидрохимии. - Л., 1970. - 120 с.

[16] [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/vozmozhnost-otsenki-troficheskogo-statusa-vodoema-po-velichine-permanganatnoy-okislyaemosti-na-primere-ozera-vishtynetskogo

[17] Domysheva V.M. Gidroximiya // Baikal: nature and people. Encyclopedic reference book / Edited by A.K. Tuloxonov. - Ulan-Ude, E'KOS: BNC SO RAN publishing house, 2009.

[18] Берникова Т.А., Шибаева М.Н., Шкицкий В.А. Исследование экологического состояния озера Виштынецкого летом 2003 г. // Экологические проблемы Калининградской области и Балтийского региона: Сб. науч. тр. - Калининград: Изд-во КГУ, 2005. - С. 157-164.

[19] Берникова Т.А., Малявкина А.Н. К вопросу об эвтрофировании оз. Виштынецкого // Инновации в науке и образовании - 2007: Сб. тр. V науч. конф. КГТУ - 2007. - Ч. 1. - С. 41-44.

[20] Экологическое изучение внутренних водоемов (озер и водохранилищ) Калининградской области: Отчет о НИР / Калинингр. техн. ин-т рыбн. пром-ти и хоз-ва (КТИРПХ); Руководитель В.А. Шкицкий; № ГР 01910027713; инв № 02910053924. - Калининград, 1991.

[21] [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://inbusiness.kz/ru/last/v-almatinskoj-oblasti-na-reke-usek-obrazovalas-pennaya-massa-s-rezkim-himicheskim-zapahom

[22] Бессонов Н.М., Привезенцев Ю.А. Рыбохозяйственная гидрохимия. - М.: Агропромиздат, 1987. - 159 с.

REFERENCES

[1] Development of the Atlas of Lakes of Kazakhstan: research report (final) / «Institute of Geography» LLP: project manager A. Medeu. Almaty, 2018. 273 p. (in Russ.).

[2] Surface water resources of the USSR. Central and Southern Kazakhstan. The pool of lake Balkhash; edited by сandidate of geographical sciences V. A. Semenov and R. D. Kurdin. L.: Hydrometeoizdat, 1970. Vol. 13, issue 2. 645 p. (in Russ.).

[3] Surface water resources of the USSR. Lower Volga region and Western Kazakhstan. Ural-Embinsky district; edited by I. B. Wolftsun and K. I. Smirnov. L.: Hydrometeoizdat, 1970. Vol. 12, Issue 2. 512 p. (in Russ.).

[4] Surface water resources of the USSR. Lower Volga region and Western Kazakhstan. Aktobe region; under the general editorship of M. S. Protasyev. L.: Hydrometeoizdat, 1966. 514 p. (in Russ.).

[5] Surface water resources of virgin and fallow lands development areas. Pavlodar region of the Kazakh SSR; under the general editorship of V. A. Uryvaev. L.: Hydrometeoizdat, 1959. Issue 4. 577 p. (in Russ.).

[6] Surface water resources of virgin and fallow lands development areas. Akmola region of the Kazakh SSR; under the general editorship of V. A. Uryvaev. L.: Hydrometeoizdat, 1958. Issue 1. 790 p. (in Russ.).

[7] Surface water resources of virgin and fallow lands development areas. The Kustanai region of the Kazakh SSR; under the general editorship of V. A. Uryvaev. L.: Hydrometeoizdat, 1959. Issue 2. 711 p. (in Russ.).

[8] Surface water resources of virgin and fallow lands development areas. Kokchetav region of the Kazakh SSR; under the general editorship of V. A. Uryvaev. L.: Hydrometeoizdat, 1959. Issue 3. 563 p. (in Russ.).

[9] Surface water resources of virgin and fallow lands development areas. North Kazakhstan region of the Kazakh SSR; under the general editorship of V. A. Uryvaev. L.: Hydrometeoizdat, 1960. Issue 5. 419 p. (in Russ.).

[10] Surface water resources of the USSR. Central and Southern Kazakhstan. Karaganda region. L.: Hydrometeoizdat, 1966. Vol. 13, issue 1. 483 p. (in Russ.).

[11] Lakes of Kazakhstan: a reference album / Ed. A. A. Tursunov. Alma-Ata, 1987. 141 p. (in Russ.).

[12] Standard of the Republic of Kazakhstan. GOST R 51592-2003. «Water. General requirements for sampling». - Astana, 2003. - 77 p. (in Russ.).

[13] Manual on chemical analysis of surface waters of the land. L.: Hydrometeoizdat, 1977. 541 p. (in Russ.).

[14] Unified methods of water analysis of the USSR. L.: Hydrometeoizdat, 1978. Issue 1. 145 p. (in Russ.).

[15] Alekin O.A. Fundamentals of hydrochemistry. L., 1970. 120 p. (in Russ.).

[16] [Electronic resource] - Access mode: https://cyberleninka.ru/article/n/vozmozhnost-otsenki-troficheskogo-statusa-vodoema-po-velichine-permanganatnoy-okislyaemosti-na-primere-ozera-vishtynetskogo (in Russ.).

[17] Domysheva V.M. Gidroximiya // Baikal: nature and people. Encyclopedic reference book / Edited by A. K. Tuloxonov. Ulan-Ude, E'KOS: BNC SO RAN publishing house, 2009.

[18] Bernikova T.A., Shibaeva M.N., Shkitsky V.A. Investigation of the ecological state of Lake Vishtynetsky in the summer of 2003 // Ecological problems of the Kaliningrad region and the Baltic region: Collection of scientific tr. Kaliningrad: Publishing House of KSU, 2005. Р. 157-164 (in Russ.).

[19] Bemikova T.A., Malyavkina A.N. On the issue of lake eutrophication. Vishtynetsky // Innovations in science and education - 2007: Sat. tr. V scientific conf. KSTU. 2007. Part 1. Р. 41-44 (in Russ.).

[20] Ecological study of internal reservoirs (lakes and reservoirs) of the Kaliningrad region: Research report / Kaliningr. tech. in-t fishn. prom-ti and household (KTIRPH); Head: V.A. Shkitsky; No. GR 01910027713; inv No. 02910053924. -Kaliningrad, 1991 (in Russ.).

[21] [Electronic resource] - Access mode: https://inbusiness.kz/ru/last/v-almatinskoj-oblasti-na-reke-usek-obrazovalas-pennaya-massa-s-rezkim-himicheskim-zapahom (in Russ.).

[22] Bessonov N.M., Privezentsev Yu.A. Fishery hydrochemistry. M.: Agropromizdat, 1987. 159 p. (in Russ.).

Л. Т. Исмуханова1, Р. А. Кулбекова2, А. в. Жэди2, Б. М. Султанбекова2

Гидрохимия жэне экологияльщ токсикология лабораториясыньщ FK («География жэне су каушаздт институты» АК, Алматы, Казакстан) 2Гидрохимия жэне экологияльщ токсикология лабораториясыньщ KFK («География жэне су каушаздт институты» АК, Алматы, Казахстан)

АЛМАТЫ ОБЛЫСЫНДА ОРНАЛАСЦАН ОСЕК КвЛ1НЩ ГИДРОХИМИЯЛЬЩ РЕЖИМ1

Аннотация. Макалада «География жэне су каушаздпг институты» АК «Казакстанныц шагын кел-дерiнiн телк¥жаттарын эзiрлеу» жобасы аясында жYргiзiлген кешендi зерттеулер нэтижесiнде алынган Осек келiнiн 2021 жылгы гидрохимиялык режимi керсетiлген. Гидрофизикалык жэне гидрохимиялык режим бойынша зерттеулер келесi керсетшштер бойынша: су температурасы, мелдiрлiгi, рН, кемiртегi диоксидi, су-дагы ертен оттегi, органикалык жэне биогендiк заттар, судыц иондык к¥рамы жэне минерализациясы берш-да, заманауи кеп параметрлi к¥рылгылар мен титриметриялык жэне спектрометриялык эдiстер колданылды.

ТYЙiн сездер: келдер, гидрофизика, гидрохимия, классификация, иондык к¥рамы, минерализация.

L. T. Ismukhanova1, R. A. Kulbekova2, A. A. Zhadi2, B. M. Sultanbekova2

1Researcher at the laboratory of Hydrochemistry and environmental toxicology (JSC «Institute of Geography and water security», Almaty, Kazakhstan) Junior researcher at the laboratory of Hydrochemistry and environmental toxicology (JSC «Institute of Geography and water security», Almaty, Kazakhstan)

HYDROCHEMICAL REGIME OF LAKE OSEK IN THE ALMATY REGION

Abstract. The article presents the hydrochemical regime of lake Osek for 2021, obtained as a result of comprehensive studies of JSC «Institute of Geography and water security» within the framework of the project «Development of passports of small lakes of Kazakhstan». Studies on the hydrophysical and hydrochemical regime were presented according to the following range of indicators: temperature of water, water transparency, pH, carbon dioxide, oxygen dissolved in water, organic and biogenic substances, ionic composition and mineralization of water, using modern multiparameter devices, titrimetric and spectrometric methods.

Keywords: lakes, hydrophysics, hydrochemistry, classification, ionic composition, mineralization.