CC BY
22
УДК 556.55
Горшкова А.Т.1, Урбанова О.Н.2, Валетдинов А.Р.3, Павлова О.В.4, Бортникова Н.В.5,
Семанов Д.А.6 ©
1Кандидат географических наук, зав. лабораторией гидрологии;
2ст. науч. сотрудник лаборатории гидрологии; 3кандидат технических наук, ст. науч.
сотрудник лаборатории гидрологии; 4мл. науч. сотрудник лаборатории гидрологии;
5науч. сотрудник лаборатории гидрологии; 6кандидат химических наук, науч. сотрудник
лаборатории гидрологии.
Институт проблем экологии и недропользования Академии наук Республики Татарстан,
Казань, (ИПЭН АН РТ)
МОРФОМЕТРИЧЕСКИЕ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ОЗЕР -
ПАМЯТНИКОВ ПРИРОДЫ
Аннотация
На территории Республики Татарстан 61 водный объект, среди которых 29 рек и 32 озера имеют статус Особо Охраняемых Природных Территорий (ООПТ). Реки и озера объединяют все ООПТ республики в единую целостную сеть, образуя экологический каркас территории. В последние годы отмечены ускоренные нарушения природного равновесия в водных объектах и их деградация, особенно озёр. Выявить причины нарушений позволяет системный подход в исследованиях состояния не только самих водоемов, но и их водосборных площадей. В статье представлены результаты проведенного специализированного обследования и анализа динамики морфометрических характеристик озерных котловин во времени, которые отражают с одной стороны специфику развития котловины, а с другой - процессы, протекающие в водной массе озера. В качестве объектов исследования выбраны три озера - памятника природы регионального значения, расположенные в Спасском муниципальном районе Республики Татарстан. В результате работ получены современные морфометрические характеристики озёр, сведения о качестве воды и экологической ситуации на водосборной площади, а также сформулированы предложения комплекса мероприятий по восстановлению и охране озёр.
Ключевые слова: ООПТ, озёра, морфометрические характеристики, экология, охрана вод.
A.T. Gorshkova, O.N. Urbanova, A.R.Valetdinov, O.V. Pavlova, N.V. Bortnikova,
D.A. Semanov
THE SYSTEM APPROACH IN RESEARCHES OF NATURAL SPECIALLY PROTECTED
LAKES STATUS
Summary
The 61 water reservoirs - 29 rivers and 32 lakes have a status of specially protected areas on the territory of the Tatarstan Republic. All protected areas of the republic united rivers and lakes in the same of the Network Wild Lands. In the past, seen accelerated destruction of the natural balance of water reservoirs, especially for lakes. The system approach research can identify the causes of violations in the water reservoirs and their basins. The article presents the results of specialized studies and analysis of the dynamics of morphometric characteristics of the lake's basins in time, which reflect on one side the specific development of the basin, and on the other side - processes in lake water. Three lakes of Spassky suburban district of the Tatarstan Republic were
© Горшкова А.Т., Урбанова О.Н., Валетдинов А.Р., Павлова О.В., Бортникова Н.В., Семанов Д.А., 2016 г.
selected as research objects. As a result of the work defined modern morphometric characteristics of lakes, information about water quality and the ecological situation in their basins, also deals a complex of actions for the rehabilitation and protection of lakes have been made.
Keywords: protected areas, lakes, morphometric characteristics, ecology, water protection.
В комплексе экологических действий, направленных на решение проблемы сохранения биосферы Земли, особое место занимает вопрос создания обширных пространств «живой природы», которые дополняя друг друга, в совокупности создают систему ООПТ или, так называемый, экологический каркас. Первоначальной задачей выделения ООПТ считалось сохранение того, что осталось от прошедших эпох - экосистем и отдельных видов растений и животных. Затем наиболее важной задачей стало изучение закономерностей жизни различных экосистем и использование этих закономерностей в техногенно-преобразованных ландшафтах с целью их восстановления. В настоящее время самой существенной, глобальной задачей ООПТ является сохранение экологического баланса в биосфере, как решающего условия ее существования. Каждая ООПТ отличается способностью удержать от разрушения и серьезного изменения природный комплекс или отдельные его структурные части. Многочисленную группу среди ООПТ составляют водные объекты, которые наряду с лесополосами и овражно-балочными системами, обеспечивают перемещение подвижных компонентов природы, являясь «зелеными коридорами» ландшафта. Они дополняют крупные блоки экологического каркаса территории (заповедники и заказники), связывая их в единую целостную сеть ООПТ. Озёра - памятники природы имеются в 13-ти из 43-х муниципальных районов республики. Наибольшее количество расположено в Лаишевском муниципальном районе - 12 озёр. Несмотря на придание озёрам статуса ООПТ, их состояние в последнее время не только не улучшилось, а наоборот, даже ухудшилось. Причины общеизвестны - неумелое и, порой, грубое вмешательство людей во взаимосвязи и равновесие в природе, приводящее к загрязнению водоемов, усилению эрозионных процессов, интенсивному зарастанию высшей водной растительностью, эвтрофикации. В результате, вместо медленного естественного старения озерных экосистем происходит ускоренное нарушение биоценотического равновесия их экосистем, деградация и исчезновение.
В последние годы все чаще возникает вопрос об исключении водных памятников природы из числа ООПТ, поскольку трудно соблюдать режим охраны водоёмов, особенно, расположенных в пределах населенных пунктов, когда администрация пренебрегает правилами водоохранного законодательства, а население чаще всего даже не подозревает, что живет на берегу памятника природы. Проводимые широкие общественные компании по охране водоёмов малоэффективны, ибо природу невозможно охранять, как склад ресурсов. Очень важно осознать, что вода в озере не просто «чистая» или «грязная», а то, что озеро, это сложнейший географический объект, состояние которого во многом зависит от состояния его водосборной площади. Поэтому охрану озёр-памятников природы следует рассматривать не как охрану акватории водоема от загрязнения, а как работу по организации, реконструкции, благоустройству его водосбора и уходу за ним. Найти способы решения этих вопросов можно в рамках системного подхода в исследованиях состояния водоёмов, направленных на выявление тенденции преобразования морфометрических параметров озёрных котловин и экологических условий их существования.
Объекты и методы исследования
Летом 2015 г. было проведено научно-исследовательское комплексное обследование озёр-памятников природы, расположенных в н.п. Три Озера Спасского муниципального района Республики Татарстан. В пределах черты населённого пункта расположена система водоемов, стоящая из трёх расположенных цепочкой в речной долине озёр с названиями Атаманское, Чистое и Безымянное [1]. Целью исследования явилась оценка их современного
состояния, производимая по комплексу показателей, а также разработка природоохранных мероприятий. Дистанционно проведена рекогносцировка местоположения объектов исследования с оценкой природных и антропогенных особенностей территории их водосборных площадей. Натурно проведены гидрометрические измерения котловин озёр, произведён отбор проб воды и донных отложений на определение физико-химических, гидрохимических, гидробиологических параметров, выполненных по существующим стандартным методикам. В результате гидрометрических работ были построены батиметрические карты озёр, позволившие рассчитать объемы водной массы.
Результаты и их обсуждение
В геоморфологическом плане озёра, как и сам н.п. Три Озера, расположены на слабо расчлененной, аллювиальной террасовой равнине левобережья Волги, сложенные породами верхнего отдела пермской системы татарского яруса и перекрытые мощным слоем четвертичных отложений - внизу пески, вверху супеси, суглинки с прослоями погребенных почв [2]. В гидрографическом плане озера являются элементами бассейна р. Ясачка - правого притока р. Утка, устье которой находится в подпоре Куйбышевского водохранилища и образует значительный по площади залив, верхняя граница которого доходит почти до устья р. Ясачка.
Слабая расчленённость рельефа водосборного бассейна р. Ясачка создаёт хорошие условия для фильтрации талых вод в подземные горизонты, а невысокие и непостоянные запасы воды в формирующемся на данной территории снежном покрове и неглубокий эрозионный врез русла, не способствуют образованию высокого поверхностного стока. Не благоприятствует образованию больших объёмов стока и климат данной территории с тёплой и мало снежной зимой, сухим летом, короткой весной и затяжной осенью. В итоге р. Ясачка относится к пересыхающим водотокам. Немалую роль сыграло и создание Куйбышевского водохранилища, вызвавшего повышение уровня Волги, что изменило характер подземного питания не только р. Ясачка, но и всей водной системы геоморфологической платформы под территорией Спасского муниципального района. Несмотря на то, что территория водосбора реки испытывает умеренное антропогенное воздействие, ландшафтные преобразования на водосборе и в русле реки существенно видоизменили гидрологический режим. Водосбор р. Ясачка изобилует большим количеством мелких обезвоженных и высыхающих озёр, среди которых по русловому тальвегу реки располагаются озёра Атаманское (верхнее), Чистое (среднее), Безымянное (нижнее) (рис. 1).
Рис. 1. Местоположение объектов исследования. Фото Google earth.
Первое упоминание о трёх озёрах, существовавших в государстве Волжская Булгария, содержится в книге (летописи) арабского путешественника Ахмеда Ибн-Фадлана о его путешествии на Волгу в 921—922 годах. В книге (летописи) говорится, что летняя ставка булгарского царя Алмуша располагалась на берегах трех озёр, «из которых два больших и одно поменьше. Однако из всех их нет ни одного, в котором дно было бы достижимо» [3]. С 1691 г. «дикие поля, порозжие земли, сенные покосы и леса», а также и «урочище Три Озера» согласно жалованной ввозной грамоте, выданной Петром I, были переданы во владение московскому дворянину Ивану Ивановичу Молоствову, который в 1692 г. и основал русское поселение Три Озера, полностью или частично принадлежавшее семейству Молоствовых на протяжении последующих 226 лет. Название озёр - Атаманское,
Чистое и Курышевское - впервые были зафиксированы в «Списке населенных мест Казанской губернии за 1859 г.» [4] . В официальных документах советского времени озёра стали называться Атаманское, Чистое и Безымянное. Наиболее полные систематизированные сведения о количественных и качественных показателях, хозяйственном использовании водоёмов были получены в семидесятых годах прошлого столетия [5]. В этот период озёра имели круглую форму в плане и небольшой эрозионный врез (1.0-1.5 м), сохранившийся и в настоящее время. Максимальные глубины составляли 1.8-4.5 м, а средние всего лишь 0.9-1.9 м. Максимальная ширина озер была 330-400 м, а длина 400-500 м. Площади водного достигали 12-14 га, в них содержался объем воды 113-220 тыс. м . Озёра считались искусственно-копаными, использовались для полива, купания, бытовых нужд. К категории искусственно-копаных исследуемые водоёмы отнесены по хронологии летописей, в которых говорится, что помещики Молоствовы не раз расширяли и углубляли озёра, используя для этого ручной труд своих крестьян.
В последние годы произошло преобразование морфометрических характеристик озёр, особенно, озера Безымянного, отразившееся и на резком уменьшении его глубины. Для определения скорости изменения размеров озёрных котловин, выявления основных закономерностей происходящих гидрологических процессов, летом 2015 г. было выполнено полевое специализированное обследование. В результате были получены характеристики поверхности водосбора, характера питания озёр, строения и формы котловин водоемов, структуры дна и берегов, а также качественного состава водной массы. Проведенная гидрографическая съемка, основанная на производстве промеров глубин по стандартной методике, позволила построить с помощью компьютерной программы QGIS-2.2.0. планы озёр в изобатах (батиметрические карты) и использовать их для расчетов объемов воды в водоёмах (рис. 2).
Все три озера имеют округлую форму в плане, их водосборные площади заняты жилыми постройками и огородами. На момент обследования самым благополучным из озёр
было Чистое с прозрачной водой, без запаха, не заросшее, с песчаным дном. Это самое глубокое озеро (до 4 м), в котором активно происходит процесс пополнения котловины подземными водами через углубления, образовавшиеся на относительно ровном дне. Литораль другого озера Атаманское заросла мощным травостоем и древесно-кустарниковой растительностью. Береговая отмель на расстоянии 10-15 м от берега покрыта высшей водной растительностью, что свидетельствует о небольшой глубине водоема в данном месте (0.2-0.4 м). Дно озера илистое. Вода зеленоватого цвета, без запаха. Наиболее неблагополучным водоемом на период обследования оказалось озеро Безымянное. Озеро с большой площадью водного зеркала стало чрезвычайно мелководным (до 0.6 м). Вязкое ровное дно озера и плоские берега, сложенные супесью, с примесью твердого навоза, и покрытые бактериальной плёнкой плавно переходят в невысокий пологий склон водосбора. Вода в озере темно-серого цвета с резким гнилостным запахом. Питание озер, расположенных в долине пересыхающей реки, в основном поверхностное за счет притока талых и дождевых вод. Грунтовые воды, расположенные ниже эрозионного вреза озёр всего лишь на 1.5 м, в питании озёр Атаманское и Безымянное не участвует.
В гидрологическом режиме озёр выделяется период половодья, в течение которого уровни воды повышаются на 0.5-3.0 м. Высота подъема уровня воды зависит от соотношения площади водосбора и площади водного зеркала озера. По сравнению с реками характер подъема уровня озёр отличается более сглаженным ходом, что является следствием процесса аккумуляции воды в озёрной котловине. Уже через 2-5 недель, следующих за половодьем, горизонт воды устанавливается на меженной отметке. Дальнейшее понижение уровня происходит, в основном, за счет разгрузки аккумулированных вод в водоносные горизонты, а также в результате потерь воды на испарение, которое для данных озёр не превышает 0.1-0.2 м даже в наиболее сухие годы.
Анализируя изменение морфометрических характеристик во времени (1969-2015гг.) следует отметить, что параметры озера Атаманское изменились незначительно. При небольшом уменьшении площади водного зеркала с 14.0 (1969 г.) до 12.7 га (2015 г.) объем водной массы остался практически неизменным (113.2 и 111.8 тыс. м3 соответственно). Немного увеличились параметры озера Чистое (13.8 га в 1969 г и 14.3 га в 2015г., 220.8 и 314.6 тыс. м3 соответственно). Зато при постоянстве площади водного зеркала (12.0-11.9 га) произошло резкое уменьшение глубины озера Безымянное на метр, что повлекло за собой уменьшение объема водной массы в озере с 156.0 до 29.8 тыс. м3.
Современные морфометрические характеристики озёр Атаманское, Чистое и Безымянное (2015 г.), отражающие как горизонтальное, так и вертикальное расчленение котловины водоемов, представлены в таблице 1.
Таблица 1
Современные морфометрические характеристики озер
Характеристика Един. измер. Значение
Атаманское
Площадь водного зеркала га 12.7
Длина озера м 471
Максимальная ширина м 358
Средняя ширина м 270
Длина береговой линии м 1334
Развитие береговой линии (коэффициент извилистости) 1.05
Объем озера тыс. м3 111.8
Максимальная глубина м 1.70
Средняя глубина м 0.88
Показатель формы котловины 1.93
Коэффициент емкости озера 0.52
Чистое
Площадь водного зеркала га 14.3
Длина озера м 517
Максимальная ширина м 391
Средняя ширина м 276
Длина береговой линии м 1694
Развитие береговой линии (коэффициент извилистости) 1.27
Объем озера тыс. м3 314.6
Максимальная глубина м 4.00
Средняя глубина м 2.20
Показатель формы котловины 1.82
Коэффициент емкости озера 0.55
Продолжение таблицы 1
Безымянное
Площадь водного зеркала га 11.9
Длина озера м 460
Максимальная ширина м 409
Средняя ширина м 259
Длина береговой линии м 1388
Развитие береговой линии (коэффициент извилистости) 1.13
Объем озера тыс. м3 29.8
Максимальная глубина м 0.56
Средняя глубина м 0.25
Показатель формы котловины 2.24
Коэффициент емкости озера 0.45
Среди основных морфометрических характеристик выделяют форму озёрной котловины, которая оказывает непосредственное влияние на характер и направление течений в водоеме, перераспределяющих отложения в озерном ложе. Показатель формы котловины позволяет определить, к какому геометрическому телу ближе всего форма озера. Для цилиндра он равен 2.0, полушара 1.76, параболоида 1.5, конуса 1.33. Выполненные расчеты показывают, что форма котловина озера Атаманское близка к цилиндру (1.93). Глубина озера круто уменьшается от 0 до 1.2 м (стенки цилиндра), а площадь с глубиной свыше 1.2 м является своеобразным дном цилиндра. Форма котловины озера Чистое представляет собой нечто среднее между цилиндром (глубины от 0 до 2.5 м) и полушаром (глубины от 2.5 м.). Показатель формы котловины озера Безымянное (2.24) не позволяет отмести форму котловины озера к вышеперечисленным геометрическим телам. Слишком маленькое изменение глубин и слишком их равномерное распределение по площади скорее напоминает форму «блюдца». Еще один морфометрический показатель - коэффициент ёмкости озера -позволяет сравнивать котловины озер с телами вращения. Для цилиндра коэффициент ёмкости равен 1.0, параболоида 0.68, конуса 0.33. Коэффициент ёмкости озёр, колеблющийся в пределах 0.45-0.55, позволяет отнести их к конусу или параболоиду.
В результате проведенных аналитических исследований проб воды отобранных в озерах Атаманское, Чистое и Безымянное были получены следующие результаты. Вода в озере Атаманское «умеренно загрязненная», III класса качества, мягкая, щелочная, с удовлетворительным содержанием кислорода. Основные загрязняющие вещества: фенолы (2 ПДК), медь (2.2 ПДК), марганец (2.9 ПДК), железо (4.4 ПДК), органические вещества (ХПК -3.7 ПДК, БПК5 - 7.3 ПДК). Последние обусловлены цветением воды в исследуемый
период. Превышение рыбохозяйственных нормативов по содержанию меди, марганца и железа связано с особенностями геохимического фона. Качество воды озера Чистое соответствует II классу качества - «чистая». Вода средней жесткости, щелочная, содержание кислорода удовлетворительное. Основными загрязнителями, ухудшающими качество воды в водоеме, являются фенолы (2 ПДК), железо общее (1.7 ПДК) и взвещенные вещества. В озере Безымянное вода относится к VII классу - «грязная». Вода средней жесткости, нейтральная, содержание кислорода удовлетворительное. Озеро загрязнено большим количеством органических веществ - ХПК - 2.3 ПДК, БПК5 - 22.1 ПДК. В число основных загрязнителей водоема входят медь (11 ПДК), железо общее (5.7 ПДК), аммоний-ион (3.5 ПДК). Рост содержания указанных веществ также обусловлен органическим загрязнением. Источником последнего являются домашние животные, выпас которых осуществляется местными жителями непосредственно на берегу озера.
Заключение
Анализ результатов комплекса показателей, полученных в ходе исследования озёр Атаманское, Чистое и Безымянное показал следующее. Наиболее благоприятный прогноз получен по озеру Чистое, с которым не произошло существенных морфометрических и экологических преобразований за последнее пятидесятилетие. Акватория озера Атаманское уменьшается в размерах за счет зарастания береговой зоны, что говорит о потенциальном процессе заболачивания водоёма (максимальная глубина 1.7 м, средняя 0.88 м). Мероприятий по восстановлению озера Чистое в настоящий момент не требуется, а озеро Атаманское требует очистки мелководной зоны для предотвращения процессов заболачивания.
Площадь поверхности водного зеркала озера Безымянное на протяжении последних пятидесяти лет остается неизменной, но фиксируется потеря метра глубины и уменьшение объема воды в 5.2 раза. Быстрое заиление озера Безымянное связано с поступлением большого количества взвесей как с карьера по добыче песка, созданного южнее водоема, так и со стоками расположенной поблизости фермы КРС. Слабый окислительно-восстановительный потенциал озера не способен обеспечить своевременную переработку поступающих в него загрязняющих веществ. Автохтонные механизмы в водоеме нарушены -преобладают бактериальные процессы, в результате приобретенного дисбаланса функционирования водной экосистемы озеро приобрело характерный гнилостный запах.
В связи с явными негативными изменениями экологического состояния озера Безымянное рекомендуется специальное санитарно-эпидемиологическое исследование воды и донного субстрата. Для восстановления озера необходимо произвести преобразование ландшафта с учетом отвода сельскохозяйственных и хозяйственно-бытовых стоков (населенный пункт не канализован) от котловины озера на ландшафт местности. Для решения этого вопроса необходимо проведение специальных инженерно-экологических изысканий для разработки проекта реконструкции территории. Кроме того, необходимо строго контролировать соблюдение режима водоохранной зоны водного объекта: полностью запретить или кардинального ограничить выпас скота в прибрежной зоне озера. Следует заметить, что режим охраны озера как особо охраняемой природной территории может препятствовать вмешательству в функционирование водоема, а потому потребует поиска компромиссного решения для устранения имеющихся экологических проблем.
Литература
1. Государственный реестр особо охраняемых природных территорий в Республике Татарстан. -Издание второе. Казань: Изд-во «Идел-Пресс», 2007. 408 с. + вкл.
2. Атлас Республики Татарстан. - М.: ПКО «Картография», 2005. 211 с.
3. Галопом по Кокрятям... - Взгляд из географической ...Электронный ресурс ¡8ке-ка2апег.Нуе_)оигпа1.сот/11942.Ь1т1/Время обращения: 01.12.2015 (4.00 рт); Проверено: 29.04.2016 (13.13 рт)
4. Волго-Камская "кругосветка" 8 июля 2012 года - Взгляд из ... Электронный ресурс: 18ке-ка2апег.Нуе_)оигпа1.сот/11200.Ь1т1/Время обращения: 01.12.2015 (5.02 рт); Проверено: 29.04.2016 (13.21 рт)
5. Кадастр озер Татарской АССР. - Том 1. Водораздельные озера. Казань, 1969. Архив ИПЭН АН РТ. 251 с.
