CC BY
33
УДК 556.5
КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ И КАЧЕСТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАЛЫХ РЕК СЕВЕРНОЙ ЧАСТИ ЧИСТОПОЛЬСКОГО МУНИЦИПАЛЬНОГО РАЙОНА
РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН
Горшкова А.Т.1, Урбанова О.Н.2, Бортникова Н.В.3, Валетдинов А.Р.4, Павлова О.В.5 ©
1Кандидат географических наук, зав. лабораторией гидрологии;
2ст. науч. сотрудник лаборатории гидрологии; 3науч. сотрудник лаборатории гидрологии;
4кандидат технических наук, ст. науч. сотрудник лаборатории гидрологии; 5мл. науч. сотрудник лаборатории гидрологии.
Институт проблем экологии и недропользования Академии наук Республики Татарстан, Казань, (ИПЭН АН РТ)
Аннотация
Основу речной сети территории Республики Татарстан составляют мельчайшие реки, длина которых менее 10 км. Несмотря на полное отсутствие сведений о водных ресурсах и режиме мельчайших водотоков, они широко используются в народном хозяйстве республики. Реки северной части Чистопольского муниципального района Республики Татарстан не являются исключением, так как протекают вблизи крупного города и используются как приемники ливневых и сточных вод, внося определенный вклад в качество водных ресурсов Куйбышевского водохранилища.
Ключевые слова: мельчайшая речная сеть, водосбор, расход воды, модуль подземного питания.
QUALITATIVE AND QUANTITATIVE CHARACTERISTICS OF THE RIVERS IN NORTH PART OF CHISTOPOLE PROVINCE
Summary
The smallest rivers with the length less than 10 km form the basis of the rivers network in Tatarstan Republic. They are widely used in national economy in spite of the whole absence of information about their water resources and regimes. Rivers in the north part of Chistopole province are not exception, because they flow nearby large city and are used as the stormwater and wastewater recievers, contributing to Kuibyshev Reservoir water quality.
Keywords: smallest river network, columbine, water consumption, underground power module.
Густая и разветвленная речная сеть территории Республики Татарстан принадлежит Волжскому бассейну, наиболее крупные притоки которого - р.р. Кама, Вятка, Белая принимают огромное количество рек различной длины (от нескольких десятков и сотен метров до нескольких десятков и сотен километров) и разной водоносности, объединенных условным названием «малые реки».
До настоящего времени не существует единого принципа выделения малых рек как категории из всей совокупности водных объектов, как и не существует четкой границы между средними и малыми реками, малыми реками и ручьями [4]. А ведь именно реки, длина которых составляет менее 10 км, формируют основную численность водотоков. В различных справочных изданиях к «малым рекам» относят реки с площадью водосбора в 1-2 тыс. км2 [1, 2]; реки, бассейны которых располагаются не только в одной географической
© Горшкова А.Т., Урбанова О.Н., Бортникова Н.В., Валетдинов А.Р., Павлова О.В., 2017 г.
зоне [3,4], но и в одной административной единице. Наиболее простым и часто используемым в практике является принцип деления рек на категории по длине (крупные, средние, малые). Руководствуясь отсутствием единой классификации в определении малых рек, водотоки Республики Татарстан условно разделены на мельчайшую речную сеть (длина менее 10 км), самые малые (10.1-25.0 км), малые (25.1-100.0 км), средние (100.1- 500.0 км) и большие реки (свыше 500.0 км).
Каждая река, будь то малый ручей и пересыхающая речка, могут представлять интерес для различных отраслей народного хозяйства, так как при необходимости и малая безызвестная речка может сыграть большую роль при использовании ее для водоснабжения, энергетики или сброса сточных вод. Полное отсутствие сведений о водном режиме большинства мельчайших рек часто служит непреодолимым препятствием для их использования. Поэтому вся мельчайшая речная сеть требует изучения режима речного стока, особенно в отношении определения величин стока, как весеннего, так и меженного. Изучение мельчайших рек должно проводиться на опережение спроса и предшествовать практическому использованию речных вод.
Чистопольский муниципальный район занимает значительную территорию Западного Закамья Республики Татарстан. Рельеф территории - слабо приподнятая, волнистая, наклоненная на северо-запад равнина, хорошо дренированная речной сетью. Поверхность района осложнена оврагами и балками, открывающимися в долины рек и речек; 22% территории района пересечены мельчайшей речной сетью, которая на фоне своей совершенной неизученности давно используется в народном хозяйстве не только района, но и города Чистополь. В основном эти речки являются приемниками стоков ливневых, талых вод (р.р. Берняжка, Килевка), а также централизованного сброса сточных вод всего города (р. Берняжка, р. из Данауровки).
Город Чистополь, являющийся административным центром муниципального района, в силу своего географического положения, служит связующим звеном между Востоком и Западом республики. Свое наименование он получил в 1781 г., когда село Чистое Поле (Архангельская слобода), основанное в XVIII в., получило статус уездного города Казанского наместничества (с 1796 г. - губернии). До начала ХХ в. Чистополь был вторым по величине и экономической значимости городом Казанской губернии, центром хлебной торговли. В настоящее время Чистополь - это не только крупная пристань на Каме (Куйбышевское водохранилище) и узел автомобильных дорог (автодорога Казань-Сорочьи Горы-Альметьевск), но и крупный промышленный центр с предприятиями различных отраслей народного хозяйства. В городе проживает 77.4 % граждан района.
Город расположен на левом берегу Камского залива Куйбышевского водохранилища на 90 км от его устья и занимает площадь 19.24 км . Поверхность городской территории осложнена разветвленной сетью оврагов. Овраги в основном вытянуты в северном и северовосточном направлениях и имеют длину от 25 до 6000 м при глубине от 2 до 20 м. В днищах оврагов текут водотоки, как временные, так и постоянные. Водоохранные зоны у этих водотоков, как правило, не организованы и заняты неблагоустроенной жилой или производственной застройкой и местами загрязнены твердыми бытовыми отходами. Вследствие отсутствия единой ливневой канализации в Чистополе происходит неорганизованный сброс ливневых и сточных вод не только в эти водотоки, но и непосредственно в Куйбышевское водохранилище.
Объекты и методы исследования
Летом 2016 г. было проведено научно-исследовательское комплексное обследование рек северной части Чистопольского муниципального района Республики Татарстан, впадающих в Куйбышевское водохранилище. В силу небольшой протяженности (3.2-9.8 км) эти реки относятся к категории мельчайших рек и не внесены в Государственный водный реестр, а это значит, что сведений о данных водотоках практически невозможно найти. Это
реки: Прость, овраг Орлов, Грязнуха, Ерыкла, Килевка (Ржавец), Берняжка, б/н из Данауровки, б/н из Галактионово, Отварка (Кубасска).
Целью обследования данных водотоков является оценка современного состояния их водосборов, а также определение количества и качества водных ресурсов данных водотоков. Натурные обследования водотоков заключались в измерении морфометрических характеристик русла и скорости течения воды в намеченных створах реки, отборе проб воды на гидрохимический анализ, гидрогеографическом описании состояния водосбора. Камеральная обработка материалов заключалась в построении графиков изменения расходов воды по длине реки. В основу графиков положена зависимость расхода воды от суммы длин гидрографической сети в определенном створе бассейна. Зависимость базируется на предположении, что приток воды на единицу длины реки в однородном гидрологическом районе постоянен и величина расхода в замыкающем створе определяется только общей его длиной. Уравнение регрессии, отражающее угол наклона линии тренда, позволяет рассчитать расходы воды по длине реки, что важно для восстановления расходов воды по длине реки, не охваченной наблюдениями. На основе полученных значений расходов воды определены обеспеченные значения и вычислен модуль подземного питания рек.
Результаты и обсуждение
Закономерности формирования стока мельчайших рек, имеющих небольшие площади водосбора и неглубокий врез русел в подстилающие породы, резко отличаются от зональных факторов формирования речного стока, и являются уникальными для каждой малой реки. Доказано, что значительное влияние на формирование стока мельчайших рек имеют местные, особенно гидрогеологические условия речных бассейнов. Мельчайшая речная сеть, как правило, не полностью дренирует водоносные горизонты, участвующие в питании рек данного региона, вследствие чего модуль стока этих рек изменяется с увеличением площади бассейна.
Современную мельчайшую речную сеть северной части Чистопольского муниципального района формируют реки, впадающие в Куйбышевское водохранилище по левому берегу на участке протяженностью 63 км его береговой линии. Несмотря на то, что все эти реки расположены в одной физико-географической зоне и имеют длину менее 10 км, они различаются по площади водосбора и гидрологическим характеристикам (табл.1).
Таблица 1
Основные характеристики мельчайших рек Чистопольского муниципального
района Республики Татарстан
Наимено- Длина Площадь Мах. Мах. Межен- Объем Осред.
вание реки реки, водосбо-ра, 2 км ши- глу- ный стока за модуль
км рина, бина, расход межень, 3 млн. м подз.
м м воды, м3/сек питания,
л*сек/ 2 км
Прость 6.6 20.0 2.5 0.13 0.020 0.579 1.0
овр. Орлов 9.8 42.2 прсх
Грязнуха 6.6 56.7 прсх
Ерыкла 9.2 52.3 1.3 0.18 0.028 0.810 0.32
Килевка 3.9 8.3 1.1 0.32 0.020 0.579 2.70
Берняжка 3.2 18.9 0.8 0.25 0.048 1.389 2.50
из Данау- 6.2 20.2 1.0 0.08 0.012 0.359 0.48
ровки
из Галакти-оново 3.6 11.1 0.6 0.10 0.004 0.116 0.93
Отварка (Кубасска) 4.9 20.0 0.4 0.10 0.001 0.029 0.01
Создание Куйбышевского водохранилища преобразовало речную сеть рек Волги и Камы. Многие притоки второго порядка по отношению к Каме и Волге, после создания водохранилища стали его самостоятельными. Так случилось и с р. Прость, когда-то впадавшей в Каму близ затона «Чистопольский» и имевшей длину 44.6 км. В настоящее время от истока реки до поймы Камы прослеживается только долина р. Прость, сама же река потерялась на камской пойме, став частью водохранилища. В результате, современная длина реки составляет 6.6 км при площади водосбора 20 км . Ширина реки выше с. Русские Сарсазы в период обследования (2016 г.) составила 2.5 м, максимальная глубина 0.13 м. Измеренный в летний период расход воды равен 0.020 м /сек.
До создания Куйбышевского водохранилища р. Прость принимала несколько притоков, которые в настоящее время стали самостоятельными притоками водохранилища; среди них реки - овраг Орлов, Грязнуха, Ерыкла [5].
Несмотря на то, что современная длина оврага Орлов (9.8 км) несколько превышает длину р. Прость (6.6 км), а длина р. Грязнуха (6.6 км) равна ее длине, площади водосбора этих рек намного превосходят площадь современной р. Прость (42.2 и 56.7 км соответственно против 20.0 км2), оба водотока представляют собой пересохшие на всем протяжении, заросшие, достаточно глубокие балки, дно которых влажное, но стоячей, а тем более текучей воды в них нет.
В третьем бывшем притоке р. Прость (р. Ерыкла), с площадью водосбора 52.3 км и длиной 9.2 км, наблюдается спокойное, равномерное течение. Расходы воды р. Ерыкла одинаковы по всей длине, но, интересно то, что к устью расход воды немного уменьшается (на 2 л/сек). Связано это с тем, что ни один из ее 4 притоков практически не приносит воду в основную реку. Рассчитанные модули подземного притока оказались отрицательными для всего бассейна р. Ерыкла. Связано это с гидрогеологическими условиями местности левобережья некогда единой р. Прость, наличием здесь водоносной верхнеказанской терригенно-карбонатной свиты (Ргк^), отложения которой выходят на поверхность в бассейне р. Ерыкла (верхнее и среднее течение) в виде останцов или широких полос [6]. Мощность свиты составляет 79-98 м. Водовмещающими породами данной свиты являются песчаники, известняки, доломиты. В верхней части долины р. Ерыкла подземные воды свиты разгружается в виде родников на склонах речной и овражно-балочной сети (дебиты родников составляют 0.05-5.0 л/с), а в нижней части долины происходит разгрузка вод свиты в долину Куйбышевского водохранилища. Слои свиты по мере своего погружения на северо-восток углубляются от 70 до 110 м, в результате чего снижаются уровни стояния подземных вод. Это приводит к перераспределению подземных вод между выше - и нижележащими водоносными комплексами и меняет условия их поступления в русла рек. Кроме того, русла рек Ерыкла, оврага Орлов, Грязнуха дренируют лишь верхнюю часть зоны водообмена, а не полностью прорезают водоносные горизонты, поэтому часть подземных вод, формирующихся ниже их русла, дренируется главной рекой (р. Кама).
Мельчайшие реки имеют специфическую форму поперечного сечения потока, для которой характерна небольшая величина соотношения между глубиной и шириной русла. Морфометрические параметры рассматриваемой речной сети колеблются в небольших пределах. При ширине русел от 0.4 до 2.5 м глубина рек составляет 0.10-0.32 м. Разветвленные русла не характерны для этой категории рек. Чем меньше река, тем меньше вероятность развития возникновения разветвленного потока. Мельчайшие реки могут иметь бочажинные русла, которые возникают вследствие аккумуляции в руслах части продуктов смыва почв с поверхности водосбора, естественного и антропогенного заиления и зарастания.
В пределах Чистополя протекают две мельчайшие реки - Килевка (местное название р. Ржавец) и Берняжка. Эти реки имеют примерно одинаковые морфометрические характеристики. Длина рек составляет 3.2-3.9 км, ширина 1.1-0.8 м, глубина 0.32-0.25 м соответственно. Даже модуль подземного питания в обоих бассейнах составляет 2.5-2.7 л*сек/км2. Все это говорит об одинаковых условиях формирования стока. Однако расход воды, протекающий в р. Берняжка (0.048 м3/сек) почти в 2 раза превышает расход воды в р. Килевка (0.020 м /сек). Связано это с разностью в площади водосбора, которая влияет на величину расхода воды в реке.
Река Килевка (Ржавец) протекает в восточной части Чистополя, а центральную и западную части города пересекает р. Берняжка. Долины обеих рек узкие, глубокие, с крутыми склонами, изрезанными множеством оврагов. Выработаны долины в результате эрозионной деятельности, о чем свидетельствует наличие оползней и осыпей, являющихся результатом размыва и разрушения пород, лежащих в основании склонов речных долин, по которым происходит сползание верхних аллювиально-делювиальных отложений. Выделяются так называемые оползни «течения» (пластично вяло текущие вниз по склону долины), приуроченные к местам локального скопления грунтовых вод (верховодка), приводящих к размоканию глинистых пород и снижению сил сцепления между ними. Данные процессы активны в настоящее время и создают опасные участки для проживания жителей города. Причиной активизации эрозионной деятельности в долинах этих рек следует считать антропогенный фактор - ливневый сток с улиц, захламление берегов различными отходами, зарастание русел водорослями и макрофитами.
Питание исследовавшихся рек смешанное, в основном снеговое. Половодье проходит бурно и быстро (2-3 дня). В летне-осеннюю межень отмечены сильные дожди, вызывающие краткосрочные паводки. Зимой реки не замерзает благодаря питающим их подземным водам, равномерно поступающим в русло на всем протяжении течения рек. Это говорит о том, что меженный сток в них формируется в равных долях, как поверхностным путем, так и подземным.
Протекая по территории города Чистополя, реки Килевка и Берняжка являются своеобразными коллекторами сточных вод, принимая городские сточные воды целого ряда предприятий (до 2 тыс. м3/сутки). Часто случаются аварийные сбросы. Река Килевка отнесена к числу наиболее загрязненных в Волжско-Камском регионе: отмечены максимальные концентрации по железу (4 ПДК), нитритам (2.3 ПДК), марганцу (11 ПДК) [7].
Западнее Чистополя расположены бассейны рек без названия (б/н) из Данауровки
(длина 6.2 км, площадь водосбора 20.2 км ), б/н из Галактионово (длина 3.6 км, площадь 22 водосбора 11.1 км ), Отварка (Кубасска) (длина 4.9 км, площадь водосбора 20.0 км ).
Исток реки из Данауровки расположен на западной окраине пригородной зоны Чистополя. Крутые склоны долины изрезаны глубокими (20-25 м) оврагами. В геологическом отношении бассейн состоит из обнажений переслаивающихся мергелей и белых известняков в верхней части бассейна, бентонитовых глин, залегающих на хорошо отсортированных песках в средней части бассейна и пластов плитчатых известняков в низовьях. Это способствует наличию стоячей воды в русле реки в верхнем течении, поступлению поверхностного (0.003 м3/сек) и подземного (0.43 л/сек*км2 на притоках и 1.3 л/сек*км2 на межприточье) стока в среднем и нижнем течении реки. Как и другие реки, расположенные вблизи большого города, река б/н из Данауровки подвержена антропогенному прессингу. В устье реки сбрасываются сточные воды с городских очистных сооружений в количестве 12-17 тыс. м3/сут с большим превышением загрязняющих веществ (согласно официальной отчетности 2-ТП(водхоз) сброс осуществляется в Куйбышевское водохранилище).
В 11 км к западу от Чистополя протекает река б/н из Галактионово. При широком, спокойном водосборе долина реки с крутыми, высокими склонами, заросшими травянистой растительностью. Русло реки узкое, извилистое, с неширокой поймой. Небольшой меженный
сток в реке (0.001-0.002 м /сек) обеспечивается подземным притоком, модуль интенсивности которого равен 1.1-1.3 л/сек*км2.
Река Отварка (Кубасска) является пересыхающим водотоком, не имеющим притоков. Долина реки глубокая, с крутыми склонами. По сути это один длинный и глубокий овраг с множеством отвершков, особенно по правому склону. Русло реки узкое, запруженное плотинами-мостами, позволяющими речной воде перетекать из одного водоемчика в другой. Встречаются небольшие родники. Глубина залегания подземных вод на склонах долины составляет 2-4 м, а в понижениях 0-2 м. Основная часть подземных вод формируется в верхней трещиноватой зоне коренных пород.
Несмотря на то, что река не имеет притоков, все же происходит очень незначительное нарастание расходов воды к устью, что обусловлено поступлением воды с подземного бассейна площади и отражено как разность в расходах (всего на 1 л/сек). Интенсивность подземного питания составляет 0.005 л/сек*км2.
Экологический тренд состояния малой реки Отварка (Кубасска) в настоящее время отрицательный: уменьшается водность, видоизменяется режим, снижается качество воды, особенно в маловодные годы. Анализ качества воды показал, что выше с. Кубассы, а также в местах поступления подземных вод вода в реке умеренно-загрязнена. В устье реки (излюбленное место купания и отдыха сельчан) вода загрязнена аммиаком, нитратами и нитритами.
Концентрация загрязняющих веществ мельчайших рек Чистопольского муниципального района Республики Татарстан по данным экспедиционных обследований 2016 г. приведена в табл. 2.
Таблица 2
Концентрация загрязняющих веществ мельчайших рек Чистопольского муниципального района Республики Татарстан
Река Нефтепро дукты Взв. в-ва Сульфаты Хлориды Фосфаты Азот амм.. Нитриты Нитраты Марганец БПК Железо
Концентрации загрязняющих веществ летом 2016 г.
Прость 0.3 43.2 7.6 8.7 0.91 0.51 0.02 0.1 0.35 3.3 0.27
Ерыкла 0.02 31.2 155 29.6 0.72 0.11 0.051 8.1 0.02 0.96 0.11
Килевка 0.02 8.8 98 83 0.61 0.13 0.40 125 0.02 0.9 0.06
Берняжка 0.02 9.2 147 80.0 1.05 3.36 1.79 75 0.02 1.5 0.13
Отварка 0.02 14.0 3.4 4.3 0.05 0.08 0.02 0.1 0.001 2.0 0.08
из Дана- 0.02 7.2 345 25.5 0.10 0.36 0.025 12.8 0.03 0.9 0.09
уровки
Превышение ПДК летом 2016 г. отмечено в р. Берняжка по нитратам (1.7 ПДК) и аммонийному азоту (2.2 ПДК), в р. Килевка по нитратам (2.8. ПДК), а в р. Прость по марганцу (3.5. ПДК). Вода во всех реках жесткая (6.6-12.1°Ж), с содержанием свинца и летучих фенолов, концентрации которых составляют 2 ПДК. Остальные показатели находятся в пределах ПДК. Вода в р. из Данауровки самая жесткая, с большим содержанием биогенных и минеральных веществ.
Несмотря на то, что суммарный объем стока этих рек за меженный период составляет всего 3.83 млн. м3, и в таком количестве воды содержится относительно небольшое количество загрязняющих веществ, они все же вносят свою долю загрязнения в Куйбышевское водохранилище в районе Чистополя. Вода Куйбышевского водохранилища в данном районе относится к категории 3 «б» - «очень загрязненной». Превышение ПДК
отмечается по 9 ингредиентам. Среднегодовое содержание органических веществ по ХПК составило 1.6 ПДК, по БПК - 0.9 ПДК, соединениям меди - 2.5 ПДК, марганца - 1.3 ПДК, летучим фенолам - 4.0 ПДК, соединениям железа - 3.4 ПДК, цинка - 3.8 ПДК [7].
Заключение
Поскольку в структуре речной сети территории Республики Татарстан преобладают мельчайшие реки, по которым отсутствуют какие-либо сведения вообще, необходимо организация специальных экспедиционных обследований в целях получения гидрологических данных, которые необходимы для решения практических задач, включающих производство специальных водохозяйственных расчетов и связанных с использованием водных ресурсов мельчайшей речной сети. С целью определения количества и качества водных ресурсов мельчайшей сети северной части Чистопольского муниципального района Республики Татарстан было проведено натурное обследование водотоков, использующихся, в основном, в качестве приемников сточных вод г. Чистополь. Результаты экспедиционного обследования позволили получить основные гидрологические характеристики рек Прость, овраг Орлов, Грязнуха, Ерыкла, Килевка (Ржавец), Берняжка, б/н из Данауровки, б/н из Галактионово, Отварка (Кубасска), которые уже активно используются в хозяйственных целях. По результатам гидрометрических съёмок 2016 г. были получены: современные морфологические характеристики русел рек, значения меженных расходов воды по длине каждой реки, величины объемов стока рек за период межени, которым реки пополняют Куйбышевское водохранилище, значения модулей, отражающих долю подземного питания в формировании расходов воды и уровень влияния размера бассейна на формирование водных ресурсов водотока. Также определено и содержание загрязняющих веществ в речной воде мельчайших левосторонних притоков Куйбышевского водохранилища, которое вносит определенный вклад в загрязнение водоема-приёмника. Выявить степень влияния и долю загрязнения водоема мельчайшей речной сетью, поможет периодическое изучение количественного и качественного состава ее водных ресурсов.
Литература
1. А.И Чеботарев. Гидрологический словарь. - Л.: Гидрометеоиздат. - 1978. - С. 221.
2. Татарский энциклопедический словарь. - Казань: Институт татарской энциклопедии. - 1999. - С. 340.
3. Гидрология суши. Термины и определения. ГОСТ 19179-73. Издание официальное. - М.: издательство стандартов. - 1978. - С.4.
4. Вода России. Малые реки. - Екатеринбург: изд-во «АКВА-ПРЕСС». - 2001. - С. 12 - 13, 16-17.
5. Труды Казанского филиала Академии наук СССР. Серия энергетики и водного хозяйства. Выпуск 2. Материалы по длинам малых рек Среднего Поволжья. - Казань: -1959. - С.292.
6. Атлас Республики Татарстан. - М.: Производственное картосоставительское объединение «Картография». - 2005. - С.84-85.
7. Государственный доклад о состоянии природных ресурсов и об охране окружающей среды Республики Татарстан в 2014 году. Казань. 2015. 531 с.
