О ВЗАИМОСВЯЗИ ГИДРОЛОГИЧЕСКОГО И ГИДРОХИМИЧЕСКОГО РЕЖИМОВ БУХТАРМИНСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

НАУЧНЫЕ СТАТЬИ

Гидрометеорология и экология №1 2013

УДК 551.482.1

О. В. Савинкова *

О ВЗАИМОСВЯЗИ ГИДРОЛОГИЧЕСКОГО И ГИДРОХИМИЧЕСКОГО РЕЖИМОВ БУХТАРМИНСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА

ВОДОХРАНИЛИЩЕ, ГИДРОЛОГИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ, РЕЧНАЯ ЧАСТЬ, ОЗЕРНАЯ ЧАСТЬ, ВОДНОСТЬ, ГИДРОХИМИЧЕСКИЙ РЕЖИМ

Проведен анализ гидрологического режима Бухтарминского водохранилища за период 2008...2012 гг. Установлена прямая взаимосвязь между гидрохимическим и гидрологическим режимами.

Бухтарминское водохранилище - одно из крупнейших в Казахстане. Питается водами основных притоков: рр. Черный Иртыш, Кальд-жир, Курчум, Нарым, Бухтарма, Тургусун. Расположено в зоне полупустынь и сухих степей Восточно-Казахстанской области. При нормальном подпорном горизонте его емкость достигает 53,1 км3, полезная емкость -31 км3, площадь зеркала составляет порядка 5400 км2. Бухтарминское водохранилище осуществляет полное многолетнее регулирование стока р. Иртыш.

Водохранилище имеет вытянутую форму сложной конфигурации смешанного типа, по морфологическим и гидробиологическим признакам делится на несколько частей - озерную (оз. Зайсан) и речную, которая в свою очередь подразделяется на озерно-речную, горно-долинную и горную. Озерная часть водохранилища - подтопленное оз. Зайсан, составляет около 70 % площади всего водохранилища. Озеро мелководно, средняя глубина его колеблется от 2,5 м при минимальном уровне и до 8 м при НПУ (394,84 мБС).

Речной участок частично располагается в горной зоне и представляет собой затопленную долину р. Иртыш. Речная часть водохранилища наиболее глубоководна - средняя глубина составляет 30...35 м. Из-за большой глубины речной части гидрологическое падение уровня достаточно мало.

* Алтайский филиал ТОО «КазНИИРХ», г. Усть-Каменогорск, ВКО.

137

Водность Бухтарминского водохранилища формируется за счет стока основных впадающих в него рек и выпадающих на его зеркало осадков. Объем воды, поступающий за счет осадков, невелик и составляет примерно 4.. .5 % от общего объема приходной части баланса. Естественный режим характеризуется низкими отметками уровня в зимний период, довольно резким подъемом в период накопления весной и после достижения максимума в апреле-мае плавным понижением. Регулируется основными положениями правил использования водных ресурсов ВерхнеИртышского каскада водохранилищ [4].

Анализ гидрологического режима Бухтарминского водохранилища проводился по материалам ВК филиала РГП «Казгидромет» за период 2008.2012 гг.

Период 2008.2009 гг. в Верхне-Иртышском бассейне характеризовался как маловодный. Достаточно неблагоприятные погодные условия, увеличение объема изъятия воды р. Черный Иртыш на территории КНР повлекли за собой падение уровня оз. Зайсан, и как следствие, всего Бухтарминского водохранилища в целом. Весной 2009 г. наблюдалась минимальная отметка уровня за последние 20 лет - 388,91 м БС. Снижение гидрологического уровня в 2009 г повлекло за собой сокращение площади всего водохранилища в 1,3 раза относительно многоводного 2002 г. (табл. 1). При этом объем воды в озерной части сократился в 2,9 раза, а речной - в 1,3 раза, что в первую очередь связано с морфологическими особенностями разных частей водохранилища. Падение уровня воды для речной части не имело таких катастрофических последствий, как для оз. Зайсан - уход береговой линии на десятки метров наблюдался в озер-но-речной части, на несколько метров в горной и горно-долинной частях, а в оз. Зайсан - на сотни метров.

Таблица 1

Динамика изменения площади Бухтарминского водохранилища за ряд лет.

Год Среднегодовой уровень водохранилища, м БС Площадь, км 2

речная часть озерная часть общая площадь

2002 393,27 1621 3418 5039

2008 390,75 1386 2887 4273

2009 389,82 1269 2663 3932

2010 391,47 1459 3046 4505

2011 391,97 1507 3150 4657

2012 390,66 1376 2866 4242

138

Благодаря накоплению большого количества ледово-снежных масс в зимний период 2009.2010 г. и соблюдением мер по экономному использованию воды, произошло поднятие отметки среднегодового гидрологического уровня. В условиях многоводности в 2011 г. среднегодовое значение гидрологического уровня водохранилища составило 391,97 м БС.

В 2012 г., несмотря на то, что эксплуатация Бухтарминского водохранилища велась в соответствии с «Правилами ...» [4], раннее достижение температур распадения льда в весенний период и отсутствие достаточного количества осадков в течении всего года обусловили низкий гидрологический уровень, в следствии чего среднегодовое значение гидрологического уровня Бухтарминского водохранилища составило 390,66 м БС, что сопоставимо с маловодным 2008 г.

Гидрохимические исследования воды проводились в различные периоды года с целью оценки качества среды обитания гидробионтов водохранилища и выполнялись по стандартной сетке станций в разных частях водохранилища из поверхностного горизонта в соответствии с общепринятыми методиками [1, 5, 6]. Сетка станций отбора проб составлялась с учетом площади различных частей водоема, расположения нерестилищ и мест нагула рыбного населения, а также наличия биотопического разнообразия.

В отобранных пробах исследовались газовый режим, физико-химические свойства, ионный и биогенный состав. Определение содержания растворенного в воде кислорода производилось на месте кислоро-домером АНИОН-7040, водородного показателя - рН-метром рН-150МИ.

Определение группы воды по жесткости осуществлялось по ГОСТ 17.1.2.04-77 [3], класса воды по минерализации и содержанию основных ионов по О.А. Алекину [2]. Содержание фосфатов и соединений азота определялось фотометрическими методами. Аммонийный азот определяли с помощью реактива Несслера, нитритный азот - с помощью реактива Грисса. Определение нитратного азота основывалось на восстановлении нитратов до нитритов смесью цинковой пыли и сульфата марганца в уксуснокислой среде с последующим использованием реактива Грисса для определения восстановленного нитратного азота. Определение фосфат-ионов проводилось с помощью молибдата аммония с калием сурьмяно-виннокислым в кислой среде с последующим восстановлением фосфорно-молибденового комплекса аскорбиновой кислотой.

Содержание растворенного в воде кислорода является одним из важнейших показателей состояний водных экосистем, напрямую воздей-

139

ствуя на направленность и интенсивность химических и биологических процессов, протекающих в водоеме. Для Бухтарминского водохранилища в целом содержание растворенного в воде кислорода в исследуемый период находилось в пределах, необходимых для нормальной жизнедеятельности гидробионтов (6,0.8,0 мг/дм3), исключение составляет лишь маловодный 2012 г., когда содержание растворенного кислорода в летний период по всему бассейну водохранилища резко снизилось до критических отметок (4,0.4,6 мг/дм3). За рассматриваемый период максимальное содержание кислорода отмечалось в многоводные 2002 и 2011 гг. - концентрация растворенного в воде кислорода в озерной части водохранилища при этом находилась в пределах 7,1±1,6 и 7,9+0,1 мг/дм3, а в речной -10,0+1,9 и 8,0±0,1 мг/дм3 соответственно (табл. 2).

Таблица 2

Динамика изменения основных гидрохимических показателей Бухтарминского водохранилища за ряд лет

Растворенный е о я и3 в %

кислород Органическ вещество, мгО/дм3 Общая жесткость мг-экв/л

Год рН мг/дм3 % 1 £ & Я « ¡5

Озерная часть (озеро Зайсан)

2002 7,0±0,1 7,1+1,6 78,4+16,2 5,0±0,7 171,6+14,6 1,8±0,2

2008 8,9±0,2 5,6±0,2 67,0+2,8 4,0±0,4 339,0+14,3 4,6±0,2

2009 9,7±0,1 6,0+0,2 66,6+2,6 4,4±0,4 314,7+17,3 4,3±0,3

2010 7,6±0,1 6,9+0,1 71,0+2,1 4,4±0,4 283,5+12,6 3,8±0,2

2011 7,4±0,1 7,9+0,1 67,4+1,9 4,0±0,3 251,2+11,8 2,3±0,1

2012 8,0±0,1 4,0±0,4 45,3±1,3 3,3±0,3 250,7±5,8 2,7±0,1

Речная часть

2002 7,5±0,1 10,0+1,9 91,8+8,9 7,2±2,2 243,2+40,5 1,8±0,2

2008 9,3±0,3 6,7+0,5 66,8+3,7 7,4+1,0 413,8+35,8 5,3±0,5

2009 9,9±0,2 7,2+0,3 74,3+2,7 4,1+0,3 324,9+29,7 4,5±0,5

2010 7,6±0,1 7,4+0,1 74,3+2,0 4,1+0,1 262,7+12,5 3,6±0,2

2011 7,5±0,1 8,0+0,1 71,7+1,1 3,4+0,1 238,0+9,6 2,2±0,1

2012 8,1±0,1 4,6+0,6 49,6+6,3 3,1+0,3 204,6+9,5 2,3±0,1

Вода Бухтарминского водохранилища относится к категории маломинерализованных вод, гидрокарбонатно-кальциевому классу II типа. В последнее время наблюдается снижение значения минерализации по всем частям водохранилища, что указывает на увеличение доли стока слабоминерализованных горных рек в формировании водности водохранилища на 140

фоне увеличения объема использования водных запасов реки Черный Иртыш на территории КНР.

Жесткость воды в исследуемый период подвергалась значительным изменениям. Так, можно отметить, что с уменьшением гидрологического уровня водохранилища происходит увеличение значения жесткости воды - в период 2008.2009 гг. по степени жесткости вода водохранилища классифицировалась как вода средней жесткости, при повышении гидрологического уровня в 2002 и 2011 гг. вода водохранилища относились к классу мягких вод.

При снижении водности в 2012 г. также наблюдалось незначительное снижение степени жесткости по всей акватории водохранилища. По этому же принципу происходило изменение значений водородного показателя - при повышении гидрологического уровня водохранилища его значение уменьшалось, при снижении происходило резкое повышение значения рН, что объясняется увеличением содержания гидрокарбонатов, в частности, кальция и магния, обуславливающих повышение жесткости воды.

Изменение содержания элементов-биогенов также находится в прямой зависимости от гидрологического уровня. Так, при снижении водности в обоих частях водохранилища фиксировалось увеличение содержания соединений иона аммония за счет протекающих в водохранилище процессов эвтрофикации в условиях уменьшения водного объема (рис. 1, 2). Исключение составляет увеличение содержания аммонийного азота в озерной части водохранилища в 2011 г., что было обусловлено процессами гниения в тростниковых зарослях при повышении гидрологического уровня.

394 г -1 5,5

2002 2008 2009 2010 2011 2012 Год

Рис. 1. Зависимость изменения содержания некоторых биогенных соединений в воде речной части Бухтарминского водохранилища от

141

гидрологического уровня за ряд лет: 1 - среднегодовой уровень, м БС; 2 -концентрация ЫН4+; 3 - концентрация Ы03~; 4 - концентрация РО43-.

394

5,5 5,0

й 392

я о

390

£ 391

2

388

393

389

2002 2008 2009 2010 2011 2012

Год

Рис. 2. Зависимость изменения содержания некоторых биогенных соединений в воде озерной части Бухтарминского водохранилища от гидрологического уровня за ряд лет. Обозначения см. рис. 1.

В природной воде ион аммония довольно неустойчив и под влиянием физико-химических и биохимических факторов переходит в другие формы соединений азота. Так, в присутствии достаточного количества кислорода при действии нитрифицирующих бактерий ион аммония последовательно окисляется в нитрит-ион, а затем и в нитрат-ион.

Увеличение содержания аммонийного азота в маловодный период 2008.2009, 2012 гг. повлекло за собой увеличение концентрации нитритов и нитратов в летний период, образующихся в процессе нитрификации (см. рис. 1, 2, 3). При увеличении водности водохранилища наблюдается снижение содержания аммонийного азота, что приводит к уменьшению содержания нитритов и нитратов.

Содержание соединений фосфора в воде водохранилища, так же, как и содержание соединений азота, является показателем качества водоема. Повышение концентрации фосфора в воде может быть связано и с накоплением продуктов разложения органических веществ, и свидетельствовать о загрязнении водоема.

В период с 2008 по 2009 гг. и в 2012 г. в условиях низкой водности водохранилища в процессе эвтрофирования происходило увеличение содержания фосфат-ионов. При том, что пробы воды отбирались и анализировались в весенне-летний и осенне-летний период, когда концентрация со-

142

единений фосфора является минимальной, то следует предположить, что в зимнее время содержание фосфат-иона должно быть значительно выше. 394 г 1 0,15

О

о &

393

392

391

390

389

388

0,10

- 0,05

«

к я й

И

0,00

2002

2008

2009 2010 Год

2011

2012

Рис. 3. Зависимость изменения содержания нитритного азота в разных частях Бухтарминского водохранилища от гидрологического уровня за ряд лет. 1 - гидрологический уровень, 2 - речная часть, 3 - озерная часть.

Увеличение водности в благоприятные 2002 и 2011 гг. привели к снижению содержания фосфатов в воде Бухтарминского водохранилища (рис. 1, 2).

Таким образом, на основе анализа полученных данных, можно сделать вывод, что между гидрологическим и гидрохимическим режимами водохранилища существует прямая взаимосвязь. Так, при увеличении водности заметно улучшается газовый режим, снижается значение активной реакции среды и жесткости воды, происходит резкое снижение содержания биогенных элементов. При снижении гидрологического уровня усиливаются процессы эвтрофирования водохранилища, что приводит к ухудшению гидрохимического режима, что негативно сказывается на процессах жизнедеятельности гидробионтов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Алёкин О.А. Методы исследования физических свойств и химического состава воды // Жизнь пресных вод СССР - М.-Л.: АН СССР, 1959. -Т. IV. - Ч. 2. - 302 с.

2. Алёкин О.А. Основы гидрохимии. - Л.: Гидрометеоиздат, 1970. - 444 с.

3. ГОСТ 17.1.2.04 - 77 Показатели состояния и правила таксации рыбохозяй-ственных водных объектов. - М.: Издательство стандартов, 1977. - 18 с.

143

4. Правила использования водных ресурсов Верхне-Иртышского каскада водохранилищ: Утв. Пред. Ком. по вод. рес. Мин. ПРиООС РК. - Ал-маты, 2002. - 60 с.

5. Руководство по химическому анализу поверхностных вод суши / Под ред. А. Д. Семенова. - Л.: Гидрометеоиздат, 1977. - 542 с.

6. Унифицированные методы анализа вод / Под ред. Ю.Ю. Лурье. - М.: Химия, 1973. - 376 с.

Поступила 28.02.2013

О.В. Савинкова

Б¥ЦТАРМА СУ ЦОЙМАСЫНЬЩ ГИДРОЛОГИЯЛЬЩ ЖЭНЕ ГИДРОХИМИЯЛЬЩ ТЭРТ1БШЩ АРАСЫНДАГЫ вЗАРА БАЙЛАНЫСТАРЫ

2008...2012 жж. аралыгында Буцтарма су цоймасыныц гидрологиялыц тэрт1бте сараптама жург1зшд1. Су цойманъщ гидрохимиялыц жэне гидрологиялыц тэрт1бтщ арасында тжелей байланыс орнады.

144