Влияние антропогенных факторов на формирование стока озер, расположенных на территории Западной Сибири, на примере озера Эбейты Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УДК 502/504:556.1(571.13)

Ж. А. ТУСУПБЕКОВ Н. Л. РЯПОЛОВА В. С. НАДТОЧИЙ

Омский государственный аграрный университет имени П. А. Столыпина

ВЛИЯНИЕ АНТРОПОГЕННЫХ ФАКТОРОВ НА ФОРМИРОВАНИЕ СТОКА ОЗЕР, РАСПОЛОЖЕННЫХ НА ТЕРРИТОРИИ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ, НА ПРИМЕРЕ ОЗЕРА ЭБЕЙТЫ

Рассматриваются основные причины истощения озера Эбейты. Определяется водный баланс озера с учетом современных условий антропогенного воздействия на водосборный бассейн озера.

Ключевые слова: водный баланс, испарение, водосбор, деградация, рапа, экологическое состояние озера.

На территории Западно-Сибирской равнины имеется около 1 млн озер с общей площадью более 100 тыс. км2. Озеро Эбейты относится к одному из уникальных водных объектов. Это самое большое соленое озеро Омской области, месторождение полезных ископаемых, имеет важное бальнеологическое значение в виде значительных запасов лечебных грязей, источник добычи биоресурсов и произрастания редких видов растений, место обитания животных, также объект рекреации и сельскохозяйственной деятельности.

Озеро Эбейты расположено в южной части Западно-Сибирской равнины, в междуречье Ир-тыш-Ишим. В административном отношении оно находится в юго-западной части Омской области на территории трех районов: Полтавского, Моска-ленского и Исилькульского.

В связи с тем, что озеро Эбейты относится к бессточным озерам, приходная часть водного баланса слагается из объемов воды поступающих с поверхностного и подземного водосборов, а расходная часть представлена только испарением с водной поверхности. Малые ручейки, образующиеся после таяние снега и выпадения атмосферных осадков, являются начальным звеном формирования водных ресурсов озера [1], и от их состояния во многом зависит количественное и качественное состояние водоема.

На водосборе озера формируется основная часть ресурсов стока. Однако гидрологический режим водосбора, как правило, находятся вне внимания исследователей, поскольку использование воды имеет неявный, рассредоточенный по территории характер в интересах преимущественно сельского хозяйства, непосредственно не регистрируется гидрометрической сетью, что во многом определяет и недостаточную его изученность.

Изменение параметров функционирования системы «водосбор — озеро» начинается с антропогенного преобразования водосборов, что вызывает

изменения и в экосистемах водоемов. Последствия хозяйственного освоения водосборов особенно быстро вызывают изменения в первую очередь в мелководных озерах. Особенно выраженная зависимость состояния водоемов от водосбора проявляется в условиях равнинной территории, таких, где расположено изучаемое озеро Эбейты. Антропогенное влияние в системе «водосбор — озеро Эбейты» проявилось строительством дамб на балках (Амре, Ксеньевская и др.), созданием копаней для животных и образованием траншеи после изъятия труб водопровода без проведения рекультивационных работ.

Таким образом, объемы воды в озере и ее уровень в полной мере зависит как от климатических особенностей территории, так и от хозяйственной деятельности жителей населенных пунктов расположенных на водосборе. В связи с этим изменение приходных и расходных элементов водного баланса озера необходимо выполнить с учетом антропогенной деятельности.

На основании выбранных опорных метеостанций с достаточно продолжительными данными наблюдений (1971-2011 гг.) авторами были выполнены расчеты элементов теплового и водного балансов по методике гидролого-климатических расчетов (ГКР) [2, 3].

Значительное снижение уровня озера наблюдается за последнее десятилетие. Причиной уменьшения приходной части элементов баланса могут служить перечисленные выше факторы как в отдельности, так и в комплексе. Для уточнения роли каждой составляющей в общий баланс озера расчет выполнялся поэтапно, постепенно учитывая влияние отдельной составляющей.

Учитывая то, что из озера отбор воды не осуществляется, единственным расходным элементом баланса озера является испарение с водной поверхности. При определении испарения с поверхности озера в разрезе многолетнего периода учитывались

Таблица 1

Водный баланс озера Эбейты с учетом Амринской, Ксеньевской балок, траншеи и подземного стока

Годы Шсток млн, м3 Уподземн млн, м3 Уоз млн, м3 Боз км2 ЛШкх^в млн, м3 УВ(У) м БС

1971 54,87 4,04 102,07 98,81 -15,78 54,60

1972 38,15 4,04 125,27 110,45 -14,95 55,31

1973 9,70 4,04 104,40 100,03 -30,57 54,65

1974 16,11 4,04 80,49 86,85 -40,02 54,25

1975 3,98 4,04 59,66 73,80 -24,81 54,02

1976 6,82 4,04 44,83 63,18 -21,65 53,84

1977 9,34 4,04 40,47 59,77 -17,73 53,77

1978 40,15 4,04 71,58 81,48 -13,09 54,15

1979 52,85 4,04 124,14 109,90 -4,33 55,26

1980 38,94 4,04 131,39 113,35 -35,72 55,58

1981 15,54 4,04 113,47 104,67 -37,50 54,89

1982 4,55 4,04 90,59 92,61 -31,47 54,39

1983 26,43 4,04 98,03 96,67 -23,04 54,51

1984 33,22 4,04 115,06 105,46 -20,23 54,94

1985 37,61 4,04 133,43 114,30 -23,27 55,68

1986 47,59 4,04 173,25 131,74 -11,81 58,84

1987 30,29 4,04 176,77 133,18 -30,82 59,25

1988 21,93 4,04 155,13 124,06 -47,60 57,09

1989 27,11 4,04 156,06 124,46 -30,21 57,17

1990 16,00 4,04 136,97 115,94 -39,14 55,87

1991 5,90 4,04 98,64 97,00 -48,26 54,53

1992 9,82 4,04 89,82 92,18 -22,68 54,37

1993 30,35 4,04 107,57 101,67 -16,65 54,73

1994 39,10 4,04 132,61 113,92 -18,10 55,64

1995 42,83 4,04 161,58 126,84 -17,90 57,65

1996 6,83 4,04 122,34 109,04 -50,12 55,19

1997 3,73 4,04 86,01 90,03 -44,10 54,32

1998 17,30 4,04 81,83 87,63 -25,52 54,26

1999 14,21 4,04 67,59 78,98 -32,49 54,11

2000 5,92 4,04 52,55 68,88 -24,99 53,94

2001 11,56 4,04 55,20 70,75 -12,94 53,97

2002 34,63 4,04 82,12 87,80 -11,75 54,27

2003 14,87 4,04 74,84 83,48 -26,19 54,18

2004 13,26 4,04 69,32 80,07 -22,82 54,12

2005 14,77 4,04 68,46 79,53 -19,67 54,11

2006 12,20 4,04 64,44 76,96 -20,26 54,07

2007 39,03 4,04 89,44 91,97 -18,08 54,37

2008 4,64 4,04 68,97 79,85 -29,15 54,12

2009 20,07 4,04 81,41 87,38 -11,66 54,26

2010 15,38 4,04 62,56 75,73 -38,27 54,05

2011 3,76 4,04 48,25 65,76 -22,10 53,89

№

атмосферные осадки, компенсирующие часть испарения [4] и изменение площади водного зеркала при увеличении и уменьшении глубины озера.

Для определения приходных и расходных статей в естественных условиях на первом этапе был произведен расчет водного баланса озера Эбейты без учета аккумуляции воды в балках и траншее и без учета подземного стока, за конкретные годы многолетнего периода. Элементы водного баланса и испарение с водной поверхности определены для каждой метеостанции отдельно, а непосредственно для озера определены как средневзвешенные по водосбору. Уровень воды в озере за каждые последующие годы определен по значению результирующего водного баланса, который принимает положительные или отрицательные значения в зависимости от водности года.

Анализ полученных результатов позволил заметить, что исследуемый период можно условно разделить на два интервала: до 1996 г. со значительной вариацией уровней, со средним уровнем 54,73 м и после — со средним уровнем 54,16 м. В течение первого периода наблюдались как низкие, так и высокие уровни, начиная с 1996 года наблюдаются снижение уровня озера. Снижение уровня связано с уменьшением объема стока с водосборной площади. Приток воды с водосборной площади в 1996 и 1997 годах до 6,83 и 3,73 млн м3 соответственно, тогда как средний объем притока за период 1971 — 1995 гг. составляет 26,37 млн м3.

Уменьшение стока в маловодные годы еще больше усугубляется при наличии на водосборе водо-удерживающих сооружений, в виде копаней, прудов и водохранилищ. В маловодные годы подобные

Рис. 1. График колебаний уровня Эбейты с учетом Амринской, Ксеньевской балок, траншеи и подземного стока

водоемы не заполняются, следовательно, отсутствует сброс, т.е. полностью отсекают часть водосбора. К подобным водоемам на данной территории можно отнести зарегулированные балки Амринская и Ксеньевская, общая площадь которых составляет 637 км2, а также траншею, оставленную после изъятия труб.

Для определения возможного влияния Амрин-ской и Ксеньевской балок на водный режим озера в маловодные годы выполнен расчет водного баланса озера Эбейты с учетом их влияния.

Результаты расчетов подтверждают влияние водоемов на сток с водосбора в маловодные годы. Сравнение уровней озера показывают, что при учете влияния водоемов средний уровень в маловодные годы уменьшается значительно — до 53,87 м (54,16 м без учета), тогда как в многоводные годы (54,72 м против 54,73 м) водоемы почти не оказывают особого влияния. Таким образом, в маловодные годы под влияние вышеуказанных причин общая площадь водосбора сокращается до 1373 км2.

Полученные данные лишь подтверждают, практическое современное состояние озера. Уменьшение водности приводит к снижению уровня воды. Минимальный приток за последние годы, особенно в 2008 и 2011 гг. (4,64 и 3,76 млн м3) привела к снижению уровня до критических значений, а при повторении маловодных лет — к уменьшению площади зеркала водной поверхности озера Эбей-ты, его объема и прогрессивному увеличению объема соляных кристаллов.

Проделанные расчеты выполнены для анализа роли составляющих водного баланса по отдельности. На самом деле, при составлении водного баланса необходимо учитывать питание озер не только за счет суммарного стока, но и притока подземных вод с более глубоких горизонтов.

По данным гидрогеологических расчетов питание озера водами глубоких горизонтов осуществляется с площади водосбора 92 км2, дебет этих горизонтов составляет 128, 102 л/с или 44 мм [5]. Часть стока выходит на поверхность в прибрежной части озера и стекает в нее, другая часть выклинивает под зеркало озера [6]. Окончательный баланс озера Эбейты составлен с учетом влияния подземного стока (табл. 1).

Приток воды с более глубоких горизонтов, не связанных с поверхностным стоком, принимаем постоянным в течение всего промежутка времени.

Результат расчета водного баланса с учетом возможных приходных и расходных частей приведен

в виде графика колебаний уровня озера за рассматриваемый период (рис. 1).

Приток поземных вод немного увеличивает водность озера, однако на общий характер изменения уровня не оказывает особого влияния. Как и в предыдущих графиках, весь период можно разделить на два интервала со средним уровнем 55,39 м и 54,14 м соответственно. Если в первой части графика колебания уровня почти повторяются, то во второй части (начиная с 1996 года) за счет подземной составляющей график более сглаживается. Это означает, что в маловодные годы роль подземного стока более значима, чем в многоводные.

Выводы

1. Основным источником питания озера Эбей-ты является сток, формирующийся на поверхности водосбора.

2. Водоемы, созданные на водосборе, отсекают часть водосборной площади, уменьшая приток воды в озеро; влияние водоемов особенно значимо в маловодные годы.

3. Подземный сток играет огромную роль в формировании ресурсов озера, подпитывая его в течение всего года; в маловодные годы значение подземного стока увеличивается.

4. Снижение уровня озера, в первую очередь, является результатом наступления маловодных лет, которое продолжается в течение нескольких лет.

Библиографический список

1. Белоненко, Г. В. Условия и особенности формирования снежного покрова на юге Западной Сибири / Г. В. Белоненко, Ж. А. Тусупбеков // Актуальные вопросы развития науки : сб. ст. Междунар. науч.-практ. конф. — Уфа : РИЦ БашГУ, 2014. — С. 14-19. - ISBN 978-5-7477-3481-4.

2. Карнацевич, И. В. Возобновляемые ресурсы тепловлаго-обеспеченности Западно-Сибирской равнины и динамика их характеристик : моногр. / И. В. Карнацевич, Ж. А. Тусупбеков [и др.]. - Омск : ОмГАУ, 2007. - 268 с.

3. Карнацевич, И. В. Теплоэнергетические и водные ресурсы водосборов на территории Сибири : учеб. пособие / И. В. Карнацевич, Ж. А. Тусупбеков. - Омск : ОмГАУ, 2004. -60 с.

4. Указания по расчету испарения с поверхности водоемов / Под ред. Т. С. Шмидт. - Л. : Гидрометеоиздат, 1969. - 83 с.

5. Кузьмин, А. И. Подземный сток озера Эбейты / А. И. Кузьмин // Известия Омского отдела Географического общества СССР. - 1968. - Вып. 9. - С. 69-76.

6. Режим озера Эбейты в годовом цикле, химический состав и физико-химические свойства иловых отложений озера

Эбейты : отчет по теме // Западно-Сибирский геологоразведочный трест. — Новосибирск, 1950. — 25 с.

ТУСУПБЕКОВ Жанболат Ашикович, кандидат географических наук, доцент (Россия), доцент кафедры природообустройства, водопользования и охраны водных ресурсов.

РЯПОЛОВА Наталья Леонидовна, старший препо-

даватель кафедры природообустройства, водопользования и охраны водных ресурсов. НАДТОЧИЙ Виктория Сергеевна, старший преподаватель кафедры природообустройства, водопользования и охраны водных ресурсов. Адрес для переписки: [email protected]

Статья поступила в редакцию 30.09.2014 г. © Ж. А. Тусупбеков, Н. Л. Ряполова, В. С. Надточий

№

УДК 57.063.7: 547.912:502.3/7

С. Б. ЧАЧИНА С. В. БОЛТУНОВА Н. В. ЧЕРКАШИНА

Омский государственный технический университет

ДЕСТРУКЦИЯ УГЛЕВОДОРОДОВ НЕФТИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ПРЕПАРАТОВ «БАЙКАЛ-ЭМ», «ТАМИР», «ВОСТОК»

В лабораторном эксперименте изучалась способность трех микробиологических препаратов «Байкал-Эм», «Тамир», «Восток» к деструкции полициклических ароматических углеводородов. Наиболее эффективным из исследованных биопрепаратов для разложения полициклических ароматических углеводородов нефти является препарат «Байкал-Эм», обеспечивающий деструкцию нефти на 37—41 % при концентрации нефти в почве до 100 г/кг. Ключевые слова: биоремедиация, загрязнение почв нефтью, микроорганизмы нефтедеструкторы.

Одними из наиболее опасных загрязнителей поверхностных и подземных вод, почв являются нефть, нефтепродукты. Ежегодно в мире образуются миллионы тонн жидких и твердых отходов нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности. Места хранения таких отходов представляют серьезную опасность для окружающей среды, а многочисленные аварии при добыче, переработке и транспортировке нефти и нефтепродуктов являются причиной масштабных загрязнений природных объектов. Попадая в окружающую среду, ископаемые углеводороды, в частности нефть и продукты ее переработки, наносят прямой вред здоровью человека. При этом самоочищение загрязненных территорий без вмешательства человека длится десятками лет [1, 2].

В настоящее время наиболее перспективным методом для очистки нефтезагрязненных почв как в экономическом так и в экологическом плане является биотехнологический подход, основанный на использовании различных групп микроорганизмов, обладающих повышенной способностью к биодеградации нефти и продуктов её переработки. Среди всего спектра методов устранения последствий углеводородных загрязнений, биологические методы справедливо признаны в мире наиболее безопасными для окружающей среды и экономически целесообразными. Особенно перспективным является метод биоремедиации, основанный на ис-

пользовании микроорганизмов, способных утилизировать углеводороды в процессе своей жизнедеятельности. В процессе биоремедиации углерод из нефти и нефтепродуктов частично преобразуется в углекислый газ, частично переходит в биомассу клеток, и частично трансформируется в гумус и закрепляется в почве. В настоящее время изучению этой проблемы посвящено большое число научных исследований, и интерес к этой тематике растет. Научные лаборатории всего мира продолжают разрабатывать препараты-нефтедеструкторы, действие которых основано на использовании уникальных возможностей углеводородокисляющих микроорганизмов, входящих в их состав. Тем не менее при использовании микроорганизмов в биоремедиации возникает ряд проблем [3].

В настоящее время активно ведётся поиск микроорганизмов, разрушающих нефть, в особенности при низких температурах. Активные формы микроорганизмов выделяются из разнообразных водных экосистем, особенно загрязнённых углеводородами или нефтью, а также из микрофлоры нефти и пластовых вод нефтяных месторождений [4]. Углеводородокисляющей активностью обладают также представители актиномицетов, микро-мицетов и дрожжей. Среди актиномицетов особое внимание привлекает многочисленный род 81гер1отусе8. Выделены грибы — деструкторы углеводородов, принадлежащие к 27 родам (роды