ОСОБЕННОСТИ ГИДРОХИМИЧЕСКОГО РЕЖИМА ШУЛЬБИНСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

НАУЧНЫЕ СТАТЬИ

Гидрометеорология и экология №1 2013

УДК 551.482.4+628.394

Н.А. Тирская * Е.В. Куликова *

ОСОБЕННОСТИ ГИДРОХИМИЧЕСКОГО РЕЖИМА ШУЛЬБИНСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА

ГИДРОХИМИЧЕСКИЙ РЕЖИМ, ОСОБЕННОСТИ, ШУЛЬБИН-СКОЕ ВОДОХРАНИЛИЩЕ

В статье приведены результаты исследований гидрохимического режима Шульбинского водохранилища. Выявлены пространственно-временные изменения различных показателей воды за период с 2005 по 2010 годы. Сделан вывод о приемлемости условий обитания обследованного водоема для жизнедеятельности рыб.

Описание района и методика исследования. Шульбинское водохранилище создано в 1989 году, является третьим, последним в ВерхнеИртышском каскаде водохранилищ. Протяженность водохранилища, при горизонте отметки уровня 240 м БС, составляет 72 км, площадь 255 км2, объем - 2,39 км3, средняя глубина 9 м, максимальная по ложу Иртыша около 30 м. Ложе водохранилища занимает обширную долину Иртыша, средней шириной 3,5 км. Кроме этого, залиты поймы рек Кызыл-Су, Уба и других более мелких рек. В устьях и приустьевых пространствах рек присутствует высшая водная растительность.

По морфологическим и гидрологическим особенностям, которые определяют характер развития биопродуктивности водоема, условно его делят на 3 части: верхнюю, среднюю, нижнюю.

Верхняя часть мелководна, и по своим параметрам самая нестабильная, в мае ее площадь ежегодно сокращается до бытовых весенне-паводковых условий Иртыша. Практически полностью на месяц эта часть выходит из состава водоема и делится как бы на два района: зону выклинивания и граничащую с ней зону полуозерного типа. Средняя часть водохранилища - самая обширная, протяженностью 25 км, площадью около 150 км2, отличается умеренными глубинами (10... 20 м) и довольно хорошо развитой литоральной зоной. Нижняя часть расположена в сужении

* Алтайский филиал КазНИИ рыбного хозяйства, г. Усть-Каменогорск

129

предгорной долины, ее протяженность составляет около 25 км. Эта часть тоже делится на зоны - приплотинную и собственно нижнюю. Глубины в приплотинной зоне составляют от 20 до 30 м, в нижней - 10.. .15 м.

Для изучения гидрохимического режима водохранилища были выбраны девять станций, равномерно распределенных по побережьям и частям водоема. Здесь же находятся и рыбопромысловые участки. Часть станций расположена вблизи основных впадающих притоков (реки Уба, Осиха, Шульба, Кызыл-Су).

Пробы воды отбирались в открытой части акватории из поверхностного слоя воды весной, у поверхности и из придонного слоя летом. Исследования проводились по общепринятым методикам [1, 2, 3, 4] с 2005 по 2010 гг. и включали определение газового режима, физико-химических параметров, ионного и биогенного составов, а также содержания органических веществ, тяжелых металлов (меди, цинка) и нефтепродуктов.

Результаты и их обсуждение. Проведенные исследования показали, что в результате длительной эксплуатации Шульбинского водохранилища химический состав его поверхностных вод окончательно сформирован и достаточно стабилен. К основным факторам, определяющим изменение химического состава вод водохранилища, можно отнести питающие его притоки Иртыша - реки Красноярка и Глубочанка, после прохождения которых вода поступает в водоем, а также изменение уровня воды в водоеме и хозяйственно-бытовая деятельность близлежащих поселков.

Физико-химические свойства и газовый режим. Вода Шульбин-ского водохранилища в изучаемый период исследований имела различный характер среды - от нейтральной до щелочной. В годы повышенной водности (2005.2006 и 2010 гг.) реакция среды была нейтральной. В годы меньшей водности (2007.2009 гг.) активная реакция воды повышалась, достигая отметки 9,4.9,7, причем в нижней части водоема средние значения водородного показателя были чуть выше, чем в верхней и средней.

Цветность воды изменялась по сезонам года. Весной, во время поступления паводковых вод притоков, интервал колебаний был довольно широк: 16,6.64,3 летом он значительно уже - 0,1.17,2 ° платиново-кобальтовой шкалы. Среднегодовое значение цветности из года в год возрастает.

Кислородный режим Шульбинского водохранилища был благоприятен для жизнедеятельности гидробионтов. Наиболее высокая степень насыщения воды кислородом отмечалась в 2005 г. во всех зонах водоема

130

(табл. 1). Наименьшее насыщение фиксировалось в маловодные годы (2008...2009 гг.) преимущественно в нижней части. Начиная с 2005 г. наблюдалась тенденция снижения процентного содержания кислорода, которая сохранялась на протяжении пяти лет, что связано с уменьшением количества растворенного кислорода в летнее время. Причем для верхней и средней части было характерно плавное снижение этого показателя. В нижней части прослеживалась иная картина - то резкий рост, то спад.

Повышение водности в водоеме способствовало увеличению уровня кислорода в 2010 г., а, следовательно, улучшению кислородного режима, по сравнению с 2009 г.

Таблица 1

Химический состав воды Шульбинского водохранилища

Год рН Органическое вещество, мгО/дм3 Кислород, % Биогенные соединения, мг/дм3

Верхняя часть водоема

2010 7,7 4,9 78,7 1,70 0,06

2009 9,2 2,7 74,4 6,01 0,09

2008 9,3 2,9 73,2 1,59 0,08

2007 9,2 2,8 75,8 1,59 0,06

2006 7,1 2,8 81,1 1,94 0,02

2005 7,3 1,8 98,3 0,54 0,03

Средняя часть водоема

2010 7,6 4,6 73,1 1,44 0,04

2009 9,8 2,4 71,4 5,71 0,09

2008 9,6 3,1 74,4 1,52 0,07

2007 10,0 3,2 76,7 0,71 0,05

2006 7,4 2,4 82,2 1,42 0,02

2005 7,3 1,9 91,6 0,58 0,02

Нижняя часть водоема

2010 7,6 3,5 70,8 2,31 0,04

2009 10,0 1,7 66,4 7,48 0,08

2008 9,5 3,0 71,7 0,72 0,06

2007 10,2 3,2 85,2 0,28 0,04

2006 7,4 1,7 78,5 2,82 0,03

2005 7,3 1,5 101,0 0,58 0,02

Водоем в целом

2010 7,6±0,0 4,4±0,3 73,6±0,8 1,71±0,1 0,04±0,0

2009 9,7±0,2 2,3±0,2 71,0±2,0 6,19±0,9 0,09±0,0

2008 9,4±0,1 3,1±0,2 73,6±1,9 1,38±0,1 0,07±0,0

2007 9,6±0,3 3,1+0,1 78,5±1,2 0,82±0,2 0,05±0,0

2006 7,3+0,1 2,4+0,1 81,1±1,9 1,86±0,3 0,02±0,0

2005 7,3±0,0 1,8±0,2 94,9±4,4 0,57±0,0 0,02±0,0

131

Продолжение табл. 1

Год Минерализация воды, мг/дм Биогенные соединения, мг/дм3

N03" Р043-

Верхняя часть водоема

2010 226,7 0,16 0,30

2009 243,5 2,41 0,57

2008 282,6 1,91 0,21

2007 249,9 1,48 0,29

2006 209,3 1,28 0,18

2005 171,4 0,16 0,04

Средняя часть водоема

2010 263,3 0,04 0,27

2009 231,3 2,34 0,65

2008 305,7 1,56 0,22

2007 238,9 1,20 0,25

2006 224,1 1,10 0,14

2005 194,4 0,14 0,05

Нижняя часть водоема

2010 240,1 0,00 0,16

2009 227,3 1,78 0,55

2008 267,5 1,35 0,05

2007 234,7 1,23 0,16

2006 227,6 0,60 0,16

2005 172,4 0,08 0,01

Водоем в целом

2010 248,8±2,7 0,05±0,0 0,25±0,0

2009 233,2±4,9 2,23±0,3 0,61±0,0

2008 288,1±19,4 1,60±0,1 0,18±0,0

2007 240,6±3,1 1,28±0,1 0,24±0,0

2006 221,0±7,8 1,03±0,2 0,16±0,0

2005 185,0±9,5 0,13±0,0 0,04±0,0

Содержание органического вещества (по перманганатной окисля-емости) по классификации Смирнова-Тарасова, было на уровне, характерном для нашей физико-географической зоны. В 2010 г., по сравнению с предыдущими годами, наблюдалось увеличение его количества в 1,4.2,4 раза. Причем рост среднего значения окисляемости отмечен во всех частях водоема. В 2005.2009 гг. пределы колебаний были незначительными (1,8.3,1 мг/дм3). В целом, за исследуемый период окисляе-мость Шульбинского водохранилища небольшая, среднегодовые значения сопоставимы друг с другом, что свидетельствует об отсутствии антропогенного загрязнения органическими веществами в последние годы.

132

Макрокомпонентный состав. В соответствии с классификацией вод по жесткости, вода Шульбинского водохранилища на всех станциях наблюдений была от мягкой до умеренно-жесткой. Вода водохранилища маломинерализованная, принадлежит в большинстве случаев к гидрокарбонатному классу с резко выраженным преобладанием ионов кальция над магнием и натрием. В 2008.2009 гг., в целом по водоему, а также в 2007, 2010 гг. на некоторых станциях в верхней и средней частях присутствовал сульфатный класс. Тенденция роста суммы ионов прослеживалась до 2008 г., за счет возрастания доли почти всех ионов, кроме хлоридов и суммы ионов натрия и калия. В 2009 г. общая минерализация немного снизилась, а в 2010 г. вновь повысилась. Средние значения показателя во всех зонах изучаемого водоема практически одинаковы.

Биогенные элементы. По данным шестилетних наблюдений установлено, что из всех элементов группы азота лидирующее положение по концентрации занимают ионы аммония. Отмечены превышения ПДКрх во всех зонах изучаемого водоема (1,1.15,0 раз), более ощутимые в летний период. Наиболее высокое превышение солевого аммония зафиксировано в 2009 г., низкое - в 2005 г. В 2010 г. в связи с увеличением уровня воды его содержание заметно снизилось, что соответственно сказалось на благоприятности условий обитания ихтиофауны. Однако, поскольку содержание аммиака во все годы, за некоторым исключением, было гораздо ниже ПДК, то и превышение по аммонийному азоту не имело негативного воздействия на рыбное население. В 2008.2009 гг. было зафиксировано значительное нарушение границ по аммиаку (2,0.222,0 ПДКрх) в изучаемые сезоны года, что могло оказать пагубное влияние на гидробионтов. В среднегодовом аспекте, содержание аммонийного азота из года в год оставалась высоким, причем концентрация его изменялась скачкообразно, т.е. наблюдалось то увеличение, то уменьшение.

Нитриты, как промежуточная форма окисления азота, содержатся в водоеме в небольшом количестве, что объясняется большой скоростью нитрификационных процессов при значительном содержании растворенного в воде кислорода. Концентрация нитритов на большинстве станций не превышала ПДКрх. Исключение составляли весенние отборы проб, где в верхней и средней частях 2008.2010 гг. отмечались единичные случаи незначительного их превышения (1,0.1,1 ПДК). Поскольку нитраты являются конечным продуктом окисления аммония, пространственно-временная динамика нитратов отличалась от таковой ионов аммония. Для

133

нитратов до 2009 г. была характерна тенденция роста их концентрации, в то время как в 2010 г. наблюдался резкий спад. Подобная закономерность отмечалась и по различным зонам водохранилища. Аналогичная картина изменений прослеживалась и в отношении содержания нитритов.

Диапазон содержания фосфатов во все годы исследований составил 0,01.0,65 мг/дм3. Максимум фосфатов был отмечен в маловодном 2009 г. в наиболее продуктивной средней части. В 2005 г. концентрация колебалась до 0,05 мг/дм3. В среднегодовом аспекте количество фосфатов находилось практически на одном и том же уровне, незначительно меняясь по годам.

Тяжелые металлы и нефтепродукты. По результатам токсикологических исследований (табл. 2) выявлено, что из всех токсикантов концентрация цинка не превышала границы рыбохозяйственных ПДК. По меди в 2006.2009 гг. преимущественно в средней части фиксировались превышения, связано это с тем, что в Шульбинское водохранилище вода поступает после прохождения участка р. Иртыш, принимающей воду самых загрязненных притоков - рек Красноярки и Глубочанки. На остальной акватории водоема содержание меди было приемлемым.

Таблица 2

Содержание загрязнителей в воде Шульбинского водохранилища

Часть Вещество

Год

водоема 2005 2006 2007 2009 2010

Медь, мкг/дм3

Верхняя 0,04 0,56 2,14 0,54 0,83

Средняя 0,12 1,58 1,38 2,10 0,76

Нижняя 0,15 0,28 1,52 0,72 0,33

В целом 0,09±0,0 0,91±0,5 1,68±0,6 1,12±0,5 0,64±0,1

Цинк, мкг/дм3

Верхняя 2,14 7,27 5,67 3,17 0,07

Средняя 3,31 7,97 5,43 3,73 0,19

Нижняя 3,43 7,81 5,68 3,52 0,10

В целом 2,92±0,3 7,66±0,2 5,59±0,1 3,47±0,1 0,12±0,0

Нефтепродукты, мг/дм3

Верхняя 0,00 0,70 0,00

Средняя 0,40 0,00 0,00

Нижняя 0,00 0,04 0,00

В целом 0,13±0,1 0,25±0,2 0,00±0,0

134

По данным табл. 2, прослеживаются некоторые закономерности в отношении содержания меди и цинка. Так, если в 2005.2007 гг. средняя концентрация меди увеличивалась, то в 2009.2010 гг. наблюдалось ее уменьшение. Аналогичная картина проявлялась и по частям водохранилища. Содержание цинка также было изменчиво по годам. Рост его концентрации отмечался в первые два года исследований, потом происходил спад. В изучаемый период наиболее высокое его количество отмечались в нижней или средней частях. В отношении содержания нефтепродуктов также выявлена некоторая особенность - нижняя часть, в отличие от двух других частей, из года в год характеризовалась приемлемым содержанием нефтепродуктов, что благоприятствовало жизнедеятельности гидрофауны. В верхней и средней частях отмечались случаи превышения ПДК.

Выводы. По результатам гидрохимических и токсикологических исследований 2005.2010 гг. выявлено следующее:

1. Поверхностные воды Шульбинского водохранилища по своему химическому составу относятся к классу маломинерализованных, мягких или умеренно-жестких вод, преимущественно кальциево-гидрокарбонатного типа.

2. Кислородный режим водохранилища в целом благоприятен для обитания гидрофауны и характеризуется хорошим уровнем содержания растворенного кислорода.

3. Содержание практически всех биогенных элементов в исследуемом водоеме невелико, превалирование количества ионов аммония над другими формами азота вызывается интенсивными процессами нитрификации.

4. Поверхностные воды Шульбинского водохранилища относятся к водам малой окисляемости (ПО < 5), содержат незначительные количества трудноокисляемого органического вещества, которое преобладает над легкоокисляемой органикой.

5. Из всех токсикантов содержание цинка было приемлемым для жизнедеятельности гидробионтов. По меди в средней части отмечались случаи превышения ПДК. По нефтепродуктам верхняя и средняя части характеризовались высокими значениями концентраций.

6. В целом, можно сказать, что вода Шульбинского водохранилища является приемлемой средой обитания для гидробионтов по большинству показателей. Превышения рыбохозяйственных ПДК по некоторым ингредиентам (аммонийному азоту, тяжелым металлам и нефтепродуктам) создают не совсем благоприятное воздействие на водные организмы.

135

7. В настоящее время химический состав воды стабилизировался, за счет поступлению в водоем большого количества талых и паводковых вод. В действие пришел механизм разбавления, что способствовало уменьшению значения водородного показателя в сторону нейтрального характера среды, улучшению кислородного режима, а также снижению количества токсикантов. Маловодные периоды, соответственно, неблагоприятно сказывались на химическом составе воды - активная реакция воды повышалась, смещаясь в щелочную зону. Нижняя часть характеризовалась наименьшей степенью насыщения воды кислородом. По аммиаку отмечалось значительное превышение ПДКрх и весной, и летом.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Алёкин О. А. Методы исследования физических свойств и химического состава воды // Жизнь пресных вод СССР / Е.Н. Павловский, В.И. Жадин. - М.-Л.: 1959. - Т. IV. ч. 2. - 302 с.

2. ПНД Ф14.1:2:4.168-2000 Методика выполнения измерений массовой концентрации нефтепродуктов в пробах питьевых, природных и очищенных сточных вод методом ИК-спектрофотометрии: Утв. А.А. Со-ловьяновым 11.03.2000. - М.: 2000. - 18 с.

3. Руководство по химическому анализу поверхностных вод суши / А.Д. Семенов. - Л.: Гидрометеоиздат, 1977. - 542 с.

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

Поступила 19.03.2013

Н. А. Тирская Е. В. Куликова

ШYЛБI СУ ЦОЙМАСЫНЬЩ ГИДРОХИМИЯЛЬЩ ТЭРТ1Б1НЩ

ЕРЕКШЕЛ1КТЕР1

Мацалада ШYлбi су цоймасыныц гидрохимиялыц тэрт1б1н зерттеу нэтижелерi керсетыди 2005...2010 жылдар аралыгындагы су керсеткштершц эр-турли езгеру ерекшелжтери кещстж-уацытымен аныцталады. Зерттелген су айдын балыцтарныц мекен ортасыныц тирштк эрекетине жарамдылыгы туралы цорытынды келтиршди.

136