CC BY
8УДК 556.55:554.48
МИНЕРАЛИЗАЦИЯ И СОДЕРЖАНИЕ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА В ВОДЕ БУРЕЙСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА В ПЕРИОД ЗАПОЛНЕНИЯ
© 2011 г. В.П. Шестеркин, С.Е. Сиротский, В.С. Таловская
Институт водных и экологических проблем Дальневосточного отделения Российской академии наук, г. Хабаровск
Ключевые слова: Бурейское водохранилище, водный обмен, минерализация, органическое вещество.
Рассмотрены вопросы формирования химического состава воды Бурейско-го водохранилища в первые годы существования. Показано, что поэтапное заполнение водохранилища способствовало постепенному сглаживанию различий в уровнях концентраций минеральных и органических веществ, стабилизации минерального состава воды на шестой год заполнения.
Введение
Бурейское водохранилище — второй, после Зейского, крупный искусственный водоем в российской части бассейна Амура. Помимо возможности использования энергетического потенциала реки, его сооружение должно было уменьшить риск возникновения наводнений в нижнем течении р. Буреи, способствовать сохранению экологического состояния реки и судоходства в нижнем бьефе.
Основными питающими водохранилище реками являются Бурея и Тырма, площадь водосборов которых у сел Чекунда и Аланап составляет 39 200 и 8 730 км2, соответственно.
Плотина Бурейской ГЭС расположена в 186 км выше устья р. Буреи. Максимальная глубина при НПУ 256 м составит 118 м, длина водохранилища — 140 км, площадь зеркала — 750 км2, объем — 20,09 км3, полезный объем — 10 км3. Водохранилище располагается на территории Амурской области и Хабаровского края, площадь водосбора составляет 64,8 тыс. км2. Параметры Бурейского водохранилища в 2003—2008 гг. приведены в табл. 1.
Заполнение водохранилища началось в мае 2003 г. В первые годы его эксплуатации качество воды формировалось в условиях высокого
Водное хозяйство России № 4, 2011
Водное хозяйство России
Таблица 1. Параметры Бурейского водохранилища в 2003—2008 гг.
Характеристика Годы
2003 2004 2005 2006 2007 2008
Приток, км3 24,6 30,6 24,9 21,9 22,8 20,7
Максимальный объем, км3 3,7 6,8 9,2 13,5 14,3 17,5
Максимальная глубина, м 62 86 95 108 110 113
водного обмена, хотя лишь в 2004 г. приток воды был выше среднемно-голетнего значения (27,3 км3). В первый год его заполнения коэффициент водного обмена составлял 8,57, на третий и пятый год — 4,37 и 2,07, соответственно.
В Бурейском водохранилище в период строительства и ввода в действие агрегатов забор и сброс воды проводился поэтапно на отметках в соответствии с проектом. Такие особенности его заполнения, связанные с выработкой электроэнергии на стадии строительства плотины, должны были снизить влияние затопленных почв и растительности на гидрохимический режим водохранилища, стабилизировать его в более короткие сроки. Поэтому наблюдения за химическим составом воды водохранилища с самого начала заполнения дали возможность в динамике изучать формирование химического состава воды. Это важно для прогнозирования качества воды проектируемых в российской части бассейна Амура водохранилищ (Нижнебурейского, Нижнезейского и др.).
Объекты и методы
Гидрохимические наблюдения на Бурейском водохранилище осуществлялись с первого года заполнения (2003 г.) на пяти полностью охватывающих его акваторию участках (рисунок). Пробы воды отбирались с поверхности, среднего и придонного горизонтов зимой, летом и осенью. На Приплотинном и Чеугдинском участках образцы воды брались на трех, равномерно расположенных по ширине водоема вертикалях, на остальных участках — на одной вертикали на середине. Образцы воды анализировались в Межрегиональном центре экологического мониторинга гидроузлов (№ ИОСС ИИ 0001. 515988) при Институте водных и экологических проблем Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИВЭП ДВО РАН) в г. Хабаровске. В данной работе рассматриваются наиболее консервативные и надежно измеряемые интегральные показатели качества воды — величина минерализации и цветность.
Водное хозяйство России № 4, 2011
Водное хозяйство России
i'ii .1 акал
Рисунок. Схема Бурейского водохранилища: I — Приплотинный, II — Чеугдинский, III — Сектаглинский, IV — Бурейский, V — Тырминский участки, штрихами показаны границы участков.
Обсуждение результатов
Формирование химического состава воды Бурейского водохранилища в первые годы существования осуществлялось, в основном, водами питающих его рек Буреи и Тырмы в отсутствие какой-либо хозяйственной деятельности в береговой зоне. Определенная часть растворенных веществ поступала в воду из затопленного почвенного и растительного покрова.
Минерализация воды р. Буреи у с. Каменка до зарегулирования по данным Дальневосточного Управления гидрометеорологии и мониторинга окружающей среды (ДВ УГМС) (1950—1974 гг.) изменялась от 15,4 до 112,2 мг/дм3, в среднем составляла 38,6 мг/дм3 [1]. По классификации О.А. Алекина [2], вода относилась к гидрокарбонатному классу группе кальция первому типу. Концентрация главных ионов низкая: калия не превышала 1 мг/дм3, а натрия и хлоридного — 2 мг/дм3, т. е. мало отличалась от содержания в ледниковых озерах хр. Дуссе-Алинь [2]. Содержание остальных главных ионов изменялось в более широких пределах. Наибольший их уровень отмечался в воде рек восточной части бассейна р. Буреи (Тырма, Чегдомын и др.), сложенной терригенными юрскими и меловыми отложениями.
В больших пределах изменялась и цветность воды (10—260 градусов цветности). Весной и летом во время высоких расходов воды ее значения находились в пределах 46—260 и 30—240 градусов цветности, соответственно, средние многолетние величины — 123 и 95 градусов цветности, соответственно.
Водное хозяйство России № 4, 2011
Водное хозяйство России
Таблица 2. Изменение минерализации воды на участках Бурейского водохранилища по сезонам и годам, мг/дм3
2004 г. 2005 г. 2006 г. 2007 г. 2008 г.
3 Л о 3 Л о 3 Л о 3 Л о 3 Л о
44,3 49,0
29,5 302 46,0 25,9 38,2 44,7
43,8 22,8 29,1 47,4 —
33,1 24,6 30,8 36,8
44,2 25,6 30,8 47,5 24,8
38,2 24,2 32,4 38,2 22,8
40,2 29,6 31,3 46,8 25,4
42,5 29,4 32,1 43,0 23,7
25,5 24,3
Приплотинный 46,4 26,0 24,6 37,5 38,3 25,7 25,0 31,5 Чеугдинский
29,3 34,5 33,0 32,9
23,6
22.4
26,0 25,8
30.5 24,8
40,7 32,0
24,7 23,2
25,1 25,1
Сектаглинский
45,9 27,0
23,8 26,3
22,5 23,9 Бурейский 41,6 I 213 I 23,9 35,9 | 16,9 | 28,7 Тырминский
28,9 28,8
28,6 26,5
31,7 31,1
32.5
32.6
29,6 29,4
24,8 30,6 25,2 33,6
36.1
37.2
34,7 36,5
30,4
31.3
32,0
31.4
31,5
32.1
30,7
33.2
35,0 34,4
30.3 31,3
— 45,9 41,0 48,0 46,0 38,0 52,0 24,3 24,0 — 42,4 33,7 — 48,8 29,4
34,9 49,6 68,6 40,4 40,4 54,6 22,6 32,9 36,3 38,3 37,0 46,8
Примечание: здесь и в табл. 3 в числителе — поверхностный, в знаменателе — придонный горизонт; прочерк — не определяли; 3 — зима, Л — лето, О — осень.
Большие различия в химическом составе воды рек Буреи и Тырмы и высокий водный обмен обусловили в 2003—2004 гг. в водохранилище пространственно-временную неоднородность состава воды. По акватории максимальная минерализация воды отмечалась на Тырминском участке, а наименьшая — Приплотинном (табл. 2).
Гидрохимическая стратификация наблюдалась и по глубине. На всех участках водохранилища, за исключением Тырминского, при таком высоком водном обмене и малой глубине содержание главных ионов в воде распределялось относительно равномерно [3]. На Тырминском же участке минерализация поверхностных слоев воды по сравнению с придонными летом была в среднем выше на 10,5 мг/дм3, а осенью — ниже на 8,6 мг/дм3. Такие большие различия в распределении величины минерализации по вертикальному разрезу этого участка могли быть обусловлены плотностными течениями. В сезонном отношении наименьшее значение отмечалось весной и в начале лета, когда в стоке питающих его рек доминировали талые снеговые воды. В дальнейшем содержание
Водное хозяйство России
главных ионов в воде постепенно возрастало, достигая зимой максимальных значений (см. табл. 2).
Существенные изменения в содержании минеральных веществ в воде происходили после паводков на реках Бурея и Тырма. В 2005 г. большой приток воды в водохранилище (12,9 км3) обусловил не только полную смену воды в водоеме, но и понизил минерализацию воды на большей части водохранилища (см. табл. 2).
В последующие годы снижение водного обмена привело к сглаживанию различий в уровнях содержания главных ионов в воде по акватории и глубине на всех участках, за исключением Тырминского. В 2007 и 2008 гг. на большей части водохранилища минерализация воды не превышала 38 мг/дм3, а среднегодовые значения составляли 30,4 и 32,4 мг/дм3, соответственно, причем различия между поверхностными и придонными горизонтами не превышали 5 мг/дм3.
На Тырминском же участке, как и ранее, минерализация воды была выше. В 2007 г. она, в среднем, составляла 36,9 мг/дм3, в 2008 г. — 41,0 мг/дм3, сохранялась и неоднородность в распределении этого показателя качества воды по глубине. Летом 2008 г. минерализация воды в поверхностных слоях воды, по сравнению с придонными, была выше на 11,8 мг/дм3, а осенью — ниже на 17,4 мг/дм3, т. е. различия были более резкими, чем в предыдущие годы (см. табл. 2).
Существенно изменилась и сезонная динамика. Наблюдения свидетельствовали об отсутствии больших различий между зимними и летними значениями на Приплотинном участке (см. табл. 2), неоднородном их распределении по продольному профилю водохранилища в начале лета, обусловленном преобладанием вод весеннего половодья над зимними водами прошлого водохозяйственного года. Поэтому, если на Бурей-ском участке минерализация воды в июне 2008 г., в среднем, составляла 30,0 мг/дм3, то на Плотинном и Чеугдинском участках — 35,6 мг/дм3.
Мониторинг за химическим составом воды Бурейского водохранилища дал возможность сравнить наблюдаемые значения с прогнозными величинами. В соответствии с прогнозом максимальная и средняя минерализация воды должны были составлять 40,2 и 30,3 мг/дм3 [2]. Как видим, наблюдаемые значения на всех участках, за исключением Тырминского, мало отличаются от прогнозных величин, являются более высокими, чем в Зейском водохранилище [4].
Содержание органических веществ в воде изменяется в более широких пределах, по сравнению с главными ионами. Максимальный уровень их концентрации отмечался весной в начале заполнения водохранилища, когда в его питании преобладали талые снеговые воды (табл. 3). Некоторая часть этих веществ поступала из затопленных в ложе водохра-
Водное хозяйство России № 4, 2011
Водное хозяйство России
Таблица 3. Изменение минерализации воды на участках Бурейского водохранилища по сезонам и годам, мг/дм3
2004 г. 2005 г. 2006 г. 2007 г. 2008 г.
3 Л о 3 Л о 3 Л о 3 Л о 3 Л о
35 137 63 44 124
66 129 63 63 142
27 116 77 40 112
52 117 97 60 149
Приплотинный участок 34 I 45 75 I 35 I 73 39 97 108 43 40 Чеугдинский участок
54 60
41 65
74 91
32 — 32
85 87
78 94
61 72
61 65
Сектаглинский участок
Бурейский участок 90 I 57 I 25 I 63 I 19 38 I 82 I 23 92 | 59 | 70 | 74 33 39 | 105 | 25
Тырминский
68 109
54 52
70 62
53 59
54 64
40 96 57 26 82 25 39 63 26 — 67 60 — 79
37 90 52 46 85 35 49 103 28 90 52 110
68 110
62 62
60 70
50 85
45 80
18 63 70 38 53 20 37 71 23 — 54 56 — 60 40
19 83 80 72 68 49 35 89 27 136 60 109 45
нилища почв и древесной растительности. Поэтому, также как и на многих других водохранилищах [4, 5], максимальная концентрация органического вещества наблюдалась в придонных слоях воды Приплотинно-го участка, цветность которых составляла 250 градусов цветности. Аналогичная ситуация отмечалась и в июне 2005 г., когда цветность воды в этих слоях воды в среднем составляла 145 градусов цветности, перман-ганатная окисляемость — 23,4 мг О/дм3 [3].
Существенное снижение содержания органического вещества наблюдалось после паводков на р. Бурее в 2005 г. На Бурейском, Тырмин-ском и Сектаглинском участках цветность воды в июле в основном не превышала 80, сентябре — 50, а в начале октября — 40 градусов цветности (см. табл. 3). Лишь в придонных горизонтах воды Приплотинного и Чеугдинского участков содержание органического вещества продолжало оставаться высоким: цветность находилась в пределах 143—170 градусов цветности, а значения перманганатной окисляемости — 19,3— 20,6 мг О/дм3.
Аналогичная ситуация отмечалась и в 2006 г. после притока в водохранилище в июле-августе 10 км3 воды. В это время содержание органи-
Водное хозяйство России
ческого вещества в поверхностных горизонтах воды распределялось относительно равномерно (см. табл. 3). Максимальные значения цветности воды отмечались в средних и придонных (на глубине 100 м) слоях воды на Чеугдинском и Приплотинном участках. Они были обусловлены активизацией процессов разложения затопленной растительности, которая была обусловлена повышенной температурой воды (13,9— 14,7 °С). Об этом красноречиво свидетельствует дефицит растворенного кислорода в этих горизонтах воды (3,2—4,7 мг/дм3) [6]. Среднегодовое значение цветности воды составило 86 градусов цветности.
Сезонная динамика содержания органического вещества, наблюдавшаяся в первые годы существования водохранилища, сохранилась и в 2008 г., однако в пространственном отношении претерпела существенное изменение. Максимальное значение цветности воды (до 143 градусов цветности) наблюдалось в начале лета в придонных и средних слоях воды Бурейского и Тырминского участков. Высокой (>100 градусов цветности) она была и по вертикальному разрезу Сектаглинского участка. Более низкие значения цветности воды в это время были зафиксированы на Приплотинном и Чеугдинском участках (до 60 градусов цветности). Такая пространственная неоднородность содержания органического вещества в водохранилище была обусловлена формированием его верхней и средней части водами весеннего половодья, а нижней части — зимними водами прошлого водохозяйственного года. Подобная неоднородность состава воды отмечена на многих водохранилищах [7].
Низкая водность рек Буреи и Тырмы в июле-августе (приток составил 24 % от среднегодового) не способствовала поступлению большого количества органических веществ в водоем. Поэтому цветность воды на Чеугдинском и Приплотинном участках оставалась без изменений (50— 70 градусов цветности), в то время как на остальных участках водохранилища во всех горизонтах воды, в первую очередь поверхностных, снизилась. В придонных слоях воды Тырминского, Бурейского и Сектаглинского участков она не превышала 100, в поверхностных — 50 градусов цветности. Осенью цветность воды в основном была ниже 70 градусов цветности. На всех участках водохранилища содержание органического вещества по акватории и вертикальному разрезу распределялось относительно равномерно. Среднегодовое значение цветности составляло 73 градусов цветности, т. е. более низкое, чем ранее.
Отсутствие значительных различий в содержании органического вещества (55—70 градусов цветности) на Приплотинном и Чеугдинском участках водохранилища на шестой год существования водохранилища свидетельствует о снижении поступления этих веществ из затопленных почв и растительности.
Водное хозяйство России № 4, 2011
Водное хозяйство России
Заключение
Поэтапное заполнение Бурейского водохранилища способствовало постепенному сглаживанию резких различий в содержании минеральных и органических веществ по акватории и глубине большей части водохранилища. На шестой год существования водохранилища отмечается стабилизация величины минерализации (в пределах 26,8— 37,2 мг/дм3), сближение ее и содержания органических веществ летних и зимних значений на Приплотинном участке, а соответственно и р. Буреи ниже плотины.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Алекин О.А. Основы гидрохимии. Л.: Гидрометеоиздат, 1970. 444 с.
2. Мордовин А.М., Шестеркин В.П, Антонов АЛ. Река Бурея: гидрология, гидрохимия
и ихтиофауна. Хабаровск: ИВЭП ДВО РАН, 2006. 149 с.
3. Шестеркин В.П, Шестеркина Н.М. Гидрохимия Бурейского водохранилища в период
заполнения (2005—2006 гг.) // Современные проблемы водохранилищ и их водосборов: труды: в 2 т. Т. II. Труды междунар. науч.-практ. конф. Пермь: Пермский гос. ун-т, 2007. С. 100—104.
4. Мордовин А.М, Петров Ю.С., Шестеркин В.П. Гидроклиматология и гидрохимия
Зейского водохранилища. Владивосток; Хабаровск: Дальнаука, 1997. 138 с.
5. Лабутина Т.М. Формирование и прогнозирование гидрохимического режима водо-
хранилищ Северо-Востока СССР. Якутск: Наука, 1985. 114 с.
6. Шестеркин В.П. Кислородный режим Бурейского водохранилища // География и при-
родные ресурсы. 2008. < 2. С. 50—55.
7. Эделъштейн К.К. Водные массы долинных водохранилищ. М.: Изд-во МГУ, 1991.
175 с.
Сведения об авторах:
Шестеркин Владимир Павлович, к. г. н., старший научный сотрудник, Институт водных и экологических проблем Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИВЭП ДВО РАН), 680000, г. Хабаровск, ул. Ким Ю Чена, 65, e-mail shesterkin@ivep.as.khb.ru
Сиротский Сергей Егорович, к. б. н., старший научный сотрудник, заведующий лабораторией гидроэкологии и биогеохимии, ИВЭП ДВО РАН, г. Хабаровск
Таловская Валентина Сергеевна, научный сотрудник, ИВЭП ДВО РАН, г. Хабаровск
Водное хозяйство России
