CC BY
82
10
2013. Вып. 3
ВЕСТНИК УДМУРТСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ
УДК 556.314
И.М. Гасанов, И.А. Рысаева
ГИДРОХИМИЧЕСКИЙ РЕЖИМ ВОДОЕМОВ РАИФСКОГО УЧАСТКА ВОЛЖСКО-КАМСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ПРИРОДНОГО БИОСФЕРНОГО РЕЗЕРВАТА
На основании данных сезонных гидрохимических исследований проанализирован химический состав вод озер Белое и Раифское, расположенных на территории Волжско-Камского государственного природного биосферного резервата. Исследования позволили сделать вывод, что качество вод озер соответствует переходной категории от «вполне чистые воды» до «слабозагрязненные воды».
Ключевые слова: гидрохимический режим, концентрация, качество вод, озеро.
Формирование химического состава любого водоема происходит в результате действия спектра процессов, среди которых внешнее поступление вещества в озера с атмосферными осадками, поверхностными и подземными стоками, внутриводоемных процессов (деструкции, седиментации, диффузии из донных отложений) и антропогенного влияния. В результате протекания указанных выше процессов в водоемах изменяется концентрация, а зачастую и абсолютное количество химических ингредиентов. По этой причине при проведении гидрохимических исследований крайне важна расшифровка и оценка этих процессов для научно обоснованного прогнозирования химического состава природных вод и мероприятий по сохранению качества вод в условиях возрастающего антропогенного воздействия [1].
По материалам собственных исследований в статье проанализирован гидрохимический режим водоемов за весенний период 2013 г., расположенных как непосредственно в заповедной зоне, так и на примыкающих к ее границам участках. Объектами гидрохимических изысканий явились озера Белое и Раифское, находящиеся на территории Раифского участка Волжско-Камского государственного природного биосферного резервата (Республика Татарстан, Зеленодольский муниципальный район).
Раифский участок Волжско-Камского заповедника расположен на левом склоне долины Волги, на ее высоких четвертичных надпойменных террасах. Четвертичные аллювиальные отложения Волги подстилаются песчано-глинистыми аллювиально-озерными осадками плиоцена, среди которых местами сохранились известняково-доломитовые породы казанского яруса верхнего отдела пермской системы [2]. Террасовый рельеф расчленен долинами р. Сумка и ее притоков, многочисленными лощинами, балками и оврагами. Поверхность террас осложнена карстовыми и карстово-суффозионными впадинами и воронками, многие из которых заняты озерами.
Первым по течению р. Сумка расположено оз. Белое, а в месте слияния р. Сумка и ее пересыхающего притока Сер-Булак находится Раифское озеро.
Исследуемые озера в прошлом представляли собой единый водоем, но в результате хозяйственной деятельности Раифское озеро разделилось на три части. Раифское озеро является самым крупным карстовым водоемом в системе озер Раифского участка Волжско-Камского резервата. Площадь озера в настоящее время составляет 33 га, максимальная ширина - 300 м, наибольшая глубина -20 м. Основным источником питания водоема являются талые воды рек, впадающих в озеро, и, кроме того, оно пополняется грунтовыми водами из донных источников. Определенное значение в питании озера принадлежит поверхностным грунтовым водам, которые медленно просачиваются по песчаному руслу р. Сумки.
Озеро Белое площадью 9,7 га находится в охранной зоне заповедника около пос. Бело-Безводное (отделившаяся в результате заноса озера его восточная оконечность, интенсивно заболачивающаяся, получила название «оз. Черное»). Озера Раифское и Белое, входящие в систему озер Раиф-ского участка заповедника, имеют статус геологических памятников природы.
Материалы и методика исследований
Изучение химического состава и качества поверхностных вод Раифы было организовано еще в 1983 г. совместно с кафедрой охраны природы биолого-почвенного факультета Казанского университета под руководством Н.М. Мингазовой. В первые годы исследований отбираемые пробы анализи-
БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ
2013. Вып. 3
ровались с помощью полевой гидрохимической лаборатории А.А. Резникова, с 1985 г. анализ проб проводился в гидрохимических лабораториях заповедника и университета, с 1997 г. - в ЦСИАК Минприроды РТ. При этом на стадии обработки образцов использовались общепринятые и утвержденные в гидрохимии методики [3-7].
Наблюдения за гидрохимическим режимом водоемов Раифы проводились на системе постоянных гидропостов заповедника (рис.): 1 - р. Сумка, вход в оз. Белое (в 100 м до впадения реки в озеро); 2 - р. Сумка, выход из оз. Белое (автомобильный мост по шоссе Казань-Кульбаши); 3 - р. Сумка, мост в кв. 19/20 (в 1 км выше оз. Раифское); 4 - р. Сумка, выход из оз. Раифское (кв. 32, в 1 км ниже озера); 5 -Сопа (в 250 м до впадения в р. Сумка); 6 - р. Сер-Булак, вход в оз. Линево (кв. 110, в 150 м до впадения реки в озеро); 7 - р. Сер-Булак, мост в кв. 145; 8 - р. Сер-Булак при впадении в оз. Раифское (мост у монастыря) [8]. В рамках гидрохимических исследований проводились сезонные наблюдения, по материалам которых составлена детальная характеристика химического состава вод озер.
Примечание. А - гидрологический пост
Контроль за химическим составом воды включал в себя определение основных ее физико-химических параметров: прозрачность, цвет, температура, также аналитическая программа включала определение газового состава воды, рН, состав основных и биогенных ионов во всех водоемах территории исследования.
В рамках настоящих исследований гидрохимическое опробование вод озер Белое и Раифское осуществлялось в весенний период года. Отобранные пробы воды озер в последующем были подвергнуты гидрохимическому анализу, который проводился с помощью ранцевой полевой лаборатории «РПЛ-почва». Для измерения авторами использовались две группы методов: количественный и полуколичественный. В состав первой группы методов входит, в частности, так называемый титри-метрический, применение которого позволило определить концентрацию в водах озер хлоридов,
12 И.М. Гасанов, И.А. Рысаева
2013. Вып. 3 БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ
сульфатов, показатель общей жесткости воды. Полуколичественный метод основан на применении колориметрических тест-комплектов и использовался для идентификации в водах исследуемых водоемов нитратов и водородного показателя воды.
Результаты и их обсуждение
На основании полученных в ходе химического анализа результатов отобранных проб, качественный состав и в целом экологическое состояние озер Раифское и Белое можно оценить следующим образом. В анионном составе вод исследуемых озер наблюдается явное доминирование гидрокарбонатов, далее по долевому участию в химическом составе вод следуют сульфат-ионы, хлориды и, наконец, нитрат-ионы.
Среди анионов довольно высокие концентрации имеют сульфат-ионы, содержание которых в водах озер колеблется от 92,16 мг/л (оз. Раифское) до 253, 4 мг/л (оз. Белое). Полученные значения концентрации SO42" не превышают показатель предельно допустимой концентрации (ПДК), который для сульфатов в природных водах составляет 500 мг/л.
Генезис сульфат-ионов в поверхностных водах связан с процессами химического выветривания и растворения серосодержащих минералов; значительные их количества поступают в водоемы в процессе отмирания и окисления наземных и водных веществ растительного и животного происхождения и с подземным стоком. В то же время важно отметить, что источником их присутствия в водах являются сточные воды предприятий, бытовые стоки и воды, выносимые с сельскохозяйственных угодий. Указанные источники происхождения сульфат-ионов применимы отчасти к территории исследования ввиду того, что Волжско-Камский биосферный резерват граничит с землями сельскохозяйственных предприятий, среди которых птицефабрика, зверо- и овощеводческое хозяйство.
Кроме того, более ранними исследованиями было установлено развитие эрозионных процессов на территории, занятой сельскохозяйственными угодьями. Их действие явилось причиной не только ухудшения качества вод озер Раифского участка заповедника, но и изменением морфометрических характеристик водоемов. Так, например, проведенные наблюдения показали, что в 1960-1970-х гг. происходило интенсивное заиление озер. В оз. Раифское поступало до 34-74 тыс. т наносов, что вызвало быстрое сокращение его площади [9].
Хлорид-ионы, как известно, являются важнейшим показателем минерализации и генезиса природных вод. Согласно проведенным исследованиям Белое и Раифское озера несколько разнятся по содержанию хлорид-иона в химическом составе вод. Так, вклад хлоридных ионов наиболее высок в водах оз. Белое - 14,2 мг/л, далее по их значимости в формировании гидрохимического режима находится Раифское озеро - 8,87 мг/л. Если принять в расчет тот факт, что ПДК хлорид-ионов в природных водах составляет 300 мг/л, то очевиден факт «следового» присутствия данного аниона в весенний период в водах исследуемых озер. В меньшей степени, по сравнению с другими элементами, в водах исследуемых озер на момент отбора проб обнаружено нитратов, величина которых составила от 4 до 7 мг/л (принято не более 9 мг/л в естественных условиях). Наличие карбонат-ионов в анализируемых пробах вод озер Раифское и Белое не обнаружено.
Важным показателем оценки качества вод для питьевого водоснабжения, рыбоводческих и иных целей является жесткость воды, определяемая суммарным содержанием в водах ионов кальция и магния. По величине общей жесткости воды исследуемых озер в весенний период характеризуются как «очень мягкие», варьируя в пределах 2,4 - 2,6 ммоль/л. Слишком мягкая вода свидетельствует о малом содержании в водах озер кальция и магния, что нежелательно для рыбоводных целей, так как данные элементы необходимы для нормального развития водных организмов. Отсутствие или недостаточное количество кальция и магния неблагоприятно сказывается на формировании скелета у рыб и других представителей водной среды. При этом общепринято, что величина общей жесткости воды в рыбоводческих водоемах должна составлять от 4 до 14.
Значения показателя рН в водах исследуемых озер, как и во всех природных водах, зависят от содержания различных форм угольной кислоты, главным образом от гидрокарбонат-иона. По активной реакции среда вода озер Раифское и Белое соответствует категории «очень слабокислой» (рН 6,1-6,3). Согласно литературным данным, пресные водоемы должны иметь величину рН, равную 6,5 - 8,5.
Прозрачность воды исследуемых озер в весенний период снижается до 0,15 м, цвет воды изменяется от желтовато-зеленого на коричневый, что связано с поступлением в водоемы большого количества взвешенных частиц.
БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ
2013. Вып. 3
Результаты гидрохимического анализа проб воды озер Белое и Раифское представлены в табл. В целом по результатам последнего и более ранних (1983 - 2000 гг.) гидрохимических исследований установлено, что по классификации О.А. Алекина воды озер Белое и Раифское относятся к гидрокарбонатному классу кальциевой группы первого и второго типа вод с малой и средней минерализацией.
Качество воды исследуемых озер в предшествующие годы изменялось от разряда «вполне чистые воды» до «слабозагрязненные воды». При этом поверхностные слои практически всегда соответствовали категории «вполне чистые воды», а придонные - «слабозагрязненные воды». По большому счету, это подтверждается и результатами настоящего сезонного гидрохимического исследования озер Раифского участка Волжско-Камского резервата.
Результаты химического анализа проб воды озер Белое и Раифское на территории Волжско-Камского заповедника, мг/л
Наименование водного объекта Cl- SO42" CO NO3" pH общая жесткость, ммоль/л
Оз. Белое 14,2 253,4 7,0 6,3 2,6
Оз. Раифское 8,87 92,16 - 4,0 6,1 2,4
Примечание. Карбонат-ионы в пробах вод озер Белое и Раифское не обнаружены.
Выводы
1. В анионном составе вод озер Белое и Раифское в весенний период года выявлено довольно высокое содержание сульфат-ионов, величина которых колеблется от 92,16 до 253,4 мг/л.
2. Результаты химического анализа отобранных проб воды показали отсутствие карбонатов в химическом составе вод исследуемых озер.
3. Установлено, что по показателю жесткости воды озер Белое и Раифское в весенний период характеризуются как «очень мягкие», варьируя в пределах 2,4 - 2,6 ммоль/л.
4. Определено, что величина рН исследуемых озер составляет 6,1 - 6,3, что соответствует категории «очень слабокислые» воды.
5. Результатами настоящего гидрохимического исследования подтверждено, что качество вод озер Белое и Раифское соответствует переходной категории от «вполне чистые воды» до «слабозагряз-ненные воды».
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Моисеенко Т.И., Даувальтер В.А., Родюшкин И.В. Геохимическая миграция элементов в субарктическом водоеме (на примере озера Имандра). Апатиты: КНЦ РАН, 1997. 127 с.
2. Дедков А.П., Мозжерин В.В. Эоплейстоцен // Геология Татарстана. М.: Геос, 2003. С. 242-248.
3. Алекин О.А., Семенов А.Д., Скопинцев Б.А. Руководство по химическому анализу вод суши. Л.: Гидроме-теоиздат, 1973. 268 с.
4. Руководство по химическому анализу поверхностных вод суши / под ред. А.Д. Семенова. Л.: Гидрометеоиз-дат, 1977. 542 с.
5. Строганов Н.С., Бузинова Н.С. Практическое руководство по гидрохимии. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1980. 196 с.
6. Унифицированные методы исследований качества вод. 4-е изд. М., 1987. Ч. 1. 592 с.
7. Новиков Ю.В., Ласточкина К.О., Болдина З.Н. Методы определения вредных веществ в водоемах. М.: Медицина, 1990. 400 с.
8. Унковская Е.Н., Мингазова Н.М., Павлова Л.Р. Гидрологическая и гидрохимическая характеристика водоемов Раифы // Тр. Волжско-Камского государственного природного заповедника. 2002. Вып. 5. С. 9-36.
9. Тайсин А.С. Антропогенная активизация эрозии и динамика озер Приказанского района: автореф. дис. ... канд. геогр. наук. Казань, 1996. 58 с.
Поступила в редакцию 28.05.13
14_И.М. Гасанов, И.А. Рысаева_
2013. Вып. 3 БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ
I.M. Gasanov, I.A. Rusaeva
Hydrochemical regime of reservoirs of Raifsky area of Volgo-Kama state natural biosphere reserve
On the basis of seasonal hydrochemical research data the chemical composition of waters of the White and Raifsky lakes located in the territory of the Volga Kama state natural biospheric reserve is analysed. The conducted researches allowed to draw a conclusion that the quality of said lake waters corresponds to the transition category "from quite pure» to «low contaminated waters».
Keywords: hydrochemical mode, concentration, quality of waters, lake.
Гасанов Ильнар Мамедович, ассистент E-mail: littlerussia@mail.ru
Рысаева Ирина Анатольевна, ассистент E-mail: rysira85@mail.ru
Казанский федеральный университет
420111, Россия, г. Казань, ул. Левобулачная, д. 34
Gasanov I.M., assistant E-mail: littlerussia@mail.ru
Rusaeva I.A., assistant E-mail: rysira85@mail.ru
Kazan federal university
420111, Russia, Kazan, Levobulachnaya st., 34
