CC BY
127
• • • Известия ДГПУ, №3, 2009
УДК 577.4(471.67)
ВЛИЯНИЕ СЕЗОННЫХ КОЛЕБАНИЙ ГИДРОХИМИЧЕСКОГО РЕЖИМА НА ЭКОЛОГИЮ БАССЕЙНА РЕКИ САМУР
® 2009 Османов Х.А., Круглова Д.Э.
Дагестанский государственный педагогический университет
В статье рассматриваются вопросы формирования Самурского бассейна и влияние на его экологию сезонных изменений гидрохимического режима рек и речек, участвующих в формировании бассейна. Проведенные гидрохимические исследования показали, что химический состав вод рек Самурского бассейна меняется в зависимости от сезона года. Сезонные колебания гидрохимического режима оказывают существенное влияние на экологическую обстановку бассейна реки Самур и прилегающего берега Каспийского моря.
The article deals with problems of the formation of the Samur river basin and the influence of seasonal changes upon its ecology of the seasonal changes of the hydrochemical mode of rivers and streams, participating in the basin forming. The conducted hydrochemical research has shown that chemical water composition of the rivers of the Samur basin is changed depending on the season. The seasonal fluctuations of the hydrochemical mode have the great influence upon ecological situation of the Samur basin and the adjacent coast of the Caspian Sea.
Ключевые слова: гидрохимия, микроэлементы, минералы, атмосфера, экология, биоценоз.
Keywords: hydrochemistry, microelements, minerals, atmosphere, ecology, biocoenosis.
Академик А. Е. Ферсман назвал пресную воду «самым ценным минералом на Земле, без которого нет жизни». С каждым годом это становится все более непреложной истиной. Вода является
единственным веществом, которое практически очень трудно заменить. Даже продукты питания в наше время уже получают искусственным путем (маргарин, икра), а вот потребность живого организма в воде может удовлетворить только вода [2].
Несмотря на столь очевидную роль питьевой воды в жизни человека и кажущуюся простоту оценки ее качества, лишь к середине XIX столетия накопились некоторые
знания о воде, химическом составе, физиологии и т.д.
Большое значение в определение качества воды имеют некоторые химические элементы, содержащиеся в ней в ничтожно малых количествах, но тем не менее играющие весьма важную физиологическую роль. Это так называемые микроэлементы,
например, йод, железо, бром, фтор и другие. Химический состав вод, как известно, дает возможность правильно их оценить и использовать для орошения и хозяйственно-
питьевого водоснабжения [3].
Химический анализ природных вод позволяет не только правильно использовать их, но и судить об их составе, что имеет важное научное и
практическое значение. Неоценима физиологическая роль минеральных солей в организме человека и животных. Соли кальция и фосфора, например, нужны для построения костной ткани и зубов. Железо необходимо для синтеза
гемоглобина. Участвующего важную роль в окислительных процессах, в переносе кислорода и питательных веществ крови к клеткам, в водносолевом балансе организма играют ионы натрия, кальция и калия. Поскольку натрия во внеклеточных жидкостях значительно больше, чем калия и кальция, ему принадлежит основная роль в регуляции обмена воды между живыми клетками и внешней средой. Растения получают питательные вещества из почвы через корневую систему в виде растворимых солей - ионов.
Дагестан является республикой поливного земледелия, поэтому реки имеют важное сельскохозяйственное значение. В этом плане р. Самур играет большую роль в народном хозяйстве всего южного Дагестана. Кроме того, Самур - место размножения многих ценных видов промысловых рыб, таких, как осетровые и каспийский лосось, кутум, жерех, сазан и др.
Все реки Самурского бассейна имеют смешанное питание. Уровень Самура поддерживается, главным образом, за счет талых вод горных снегов и ледников (летний паводок), а речек Кара-су - за счет грунтовых вод. Из речек Самурского бассейна самой многоводной является Малый Самур. В питании его в паводковый период принимает участие река Гюльгеричай, которая на 6-ом километре от устья соединена с ним каналом. Максимальный подъем воды наблюдается в мае и июне (летний паводок) с высшей точкой 128 см в июне, тогда как в меженный период уровень воды снижался в декабре до отметки 10 см. Водность реки в разные сезоны была также неодинаковой и подвергалась частым
и значительным колебаниям. Наибольшая водность зафиксирована в мае и июне, когда она достигала 125 м3/с, в меженный период она снижалась до 1,9 м3/с, что в сравнении со среднегодовым стоком 26,8 м3/с указывает на значительные сезонные колебания водности. По величине стока май и июнь (соответственно 33,0 и 46,7%) составляют 79,7% всего водного баланса реки. Скорость течения реки в зависимости от времени года и ширины русла варьировала в пределах от 0,5 до 2,3 м/с, а в основном русле от 0,16 до 1,3 м/с.
Твердый сток и мутность в Малом Самуре оказались исключительно большими, что объясняется
характером быстрой горной реки, крутизной склонов гор, сильной эрозией почв и частыми оползнями и осыпями на путях водосбора. При максимальной мутности воды во
время паводка количество взвешенных частиц (наносов)
достигало 5650 г/м3, весной и осенью колебалось в пределах 1500-3000 г/м3 и только в межень снижалось до 60
г/м3.
Река Самур - вторая по водности в горном Дагестане. Истоки ее находятся на склонах горы Гутон. Длина реки 213 км, общее падение 2929 м, площадь водосбора 4990 км2, средняя высота водосбора 1970 м, около 80% площади бассейна лежит выше 1500 м. 65% всего бассейна составляет река Самур (без бассейна притоков). Наиболее крупные притоки: Дюльты-чай (36 км), Усухчай (37 км), Кара-Самур (30 км), Ахтычай (63 км) и другие [1].
Бассейн р. Самур сформировался в южной части Дагестана и приходится на юго-восточную часть Главного Кавказского хребта и северные отроги Бокового хребта. Современное оледенение занимает около 0,15% общей площади водосбора. Бассейн верховья Самура сложен глинистыми сланцами, а в нижнем течении -
песчаниками и меловыми отложениями [1].
Климатические условия в бассейне довольно контрастные: от влажных высокогорий (до 800 мм осадков в год) до степных и полупустынных (с годовой суммой осадков 200-300 мм) в нижнем течении. Большая часть осадков (70-80%) выпадает в виде дождей в теплый период года. Снежный покров устойчив только на высоте 1200 м и выше. Толщина снега не превышает 30-50 см, в некоторые годы снежные осадки вовсе отсутствуют. Около 80% площади бассейна занято высокогорными лугами и степями, лесами - 1,5-2%. Питание Самура смешанное. На долю подземного питания в верхнем течении приходится 20-30%, а в нижнем - до 40% годового объема стока. Режим реки относится к типу весенне-летнего половодья с хорошо выраженной зимней меженью.
Как известно, формирование химического состава речных вод происходит в зоне подвижного водообмена за счет выщелачивания солей и минералов пород инфильтрационными водами. На процессы выщелачивания горных пород большое влияние оказывают свободная углекислота (СО2) и кислород воздуха (О2). Общей особенностью вод верхней зоны активного водообмена (речных) является зависимость их химического состава от литологического состава вмещающих пород [5]. Состав горных пород - это главнейший фактор, определяющий химический состав речных вод. Выщелачивание и растворение пород зоны активного водообмена происходит под влиянием как ионов
диссоциированных молекул воды (Н2О ^ 2Н+ + О2-), так и агрессивных агентов атмосферы (СО2 и О2), также зависит от литологического состава пород, температурных условий, растительных организмов и т.д.
Формирование химического
состава речных вод определяется не
только указанными выше факторами, но также скоростью движения воды в реке (рельефа местности), длительностью пути, т.е. временем контакта воды с породами русла, и другими условиями. В то время как формирование химического состава морской воды обусловливается главным образом речным солевым стоком и органической жизнью в море.
В верхнем течении Самур дренируют мощные отложения нижнеюрских и среднеюрских пород, представленных в разной степени метаморфизированными глинистыми сланцами и песчаниками. В составе глинистых сланцев встречаются такие рудообразующие металлы, как цинк, свинец, стронций, железо, титан, марганец, хром, никель и медь. Из полиметаллических руд встречаются главным образом сульфиды железа, свинца, цинка, меди и др., а именно: пирит (РеЭ2), галенит (РЬ82), сфарелит (2пБ), халькопирит (0иРе82). Из жильных минералов -карбонаты кальцит 0а003 и сидерит Ре003), кварц 8Ю2, а также целестин 8г804, гипс СаSО4 2Н2О и другие. В среднем и нижнем течениях речные воды дренируют меловую систему пород (известняк, доломит), аллювиальные речные отложения, галечники, мергели и другие.
В результате выщелачивания этих и других пород, а также за счет подземного питания и окисления сульфидных минералов речные воды обогащаются главными
компонентами ионно-солевого
состава, второстепенными
компонентами, а также
микроэлементами. Выщелачивание карбонатных пород, в частности углекислого кальция (кальцита), протекает по реакции:
СаСО3 + Н2О + СО2 = Са(НСО3)2.
Аналогичным путем
выщелачиваются магнезит (МдСо3), доломит (СаМд(СО3)2) и другие карбонатные породы. За счет этих процессов речные воды обогащаются
компонентами, содержащимися в сложных алюмосиликатных породах, весьма широко распространенных в природе. На долю силикатов и алюмосиликатов, вместе взятых, приходится 25,8% земной коры.
Разложение, например,
алюмосиликата калия происходит по схеме:
К2А!2816016 + СО2 + 2Н2О = К2СО3 + Н4А12 81 2 О9 + 48Ю2,
Алюмосиликат калия
гидролизуется, и вода при этом обогащается калием. В результате разложения силикатных пород под влиянием агентов воздуха и воды (СО2 и Н2О) образуется растворимая кремниевая кислота Н28Ю3, которая и попадает в речные воды. Содержание ее в воде колеблется в широком интервале: от 5-8 до 30,3-37,1 мг/л.
Окисление сульфида железа -пирита (Ре82) широко распространено в глинистых сланцах Дагестана и протекает в поверхностных
окислительных условиях по реакции:
2Ре82+7О2 + 2Н2О = 2FеSО4 + 2Н2SО4.
Образовавшаяся серная кислота придает водам кислый характер и агрессивные свойства, но она затем нейтрализуется основаниями воды, и речные воды приобретают
слабощелочной характер. Окисление других сульфидных минералов, таких, как сфалерит, галенит, халькопирит и других, приводит к образованию хорошо растворимых в воде сульфатов этих металлов, но без выделения серной кислоты.
Существенные изменения в гидрологическом режиме Каспийского моря за последние десятилетия повлекли за собой изменения гидрохимического режима как самого моря, так и рек и озер всего Самурского бассейна, а это в свою очередь повлияло на экологию бассейна реки. Прежде всего изменились условия обитания и кормовая база ценнейших пород промысловых рыб, которые нерестились и нагуливались в бассейне реки Самур.
С целью выявления влияния гидрохимического состава вод Самурского бассейна на экологию региона, а также выяснения рыбоводных качеств водоемов и источников их питания нами были проведены следующие
гидрохимические определения:
кислород, активная реакция (рн) среды, углекислота, гидрокарбонат, окисляемость, общая жесткость, магний, кальций, сульфат-ион, хлористый натрий, хлор-ион, натрий и калий, железо общее, нитрит- и нитрат-ион, прозрачность воды, цветность, азот и аммиак, цинк, алюминий, нефтепродукты.
Химические определения
осуществлялись общепринятыми методами [4]. Анализы воды реки Малый Самур проводились с сентября 2007 г. по апрель 2008 г. Результаты сравнительного анализа представлены в табл. 1.
Таблица 1
Сравнительный анализ гидрохимического исследования реки Малый
Самур
Наименование показателей Ед. измер. Время измерения
29.09.07 г. 09.12.07 г. 29.03.08 г.
Температура 0С 18,0 7,2 7,0
Запах балл 2 0,5 2
Цветность град. 20,0 0,8 12,0
Мутность балл 2,6 0,3 2,20
Активная реакция (рН) среды единица 6,9 7,5 6,80
Жесткость град. 15,06 14,80 12,00
Общая минерализация мг/л 408,14 599,02 438,70
Кислород мг/л 7,86 6,00 7,60
Углекислота мг/л 0,98 2,50 0,50
Хлорид-ион мг/л 9,9 19,4 11,80
Азот мг/л 2,0 4,0 1,80
Нитраты мг/л 0,06 1,00 1,50
Нитриты мг/л 0,03 0,06 -
Сульфаты мг/л 72,4 148 74,0
Хлорид натрия мг/л 25,3 32,0 22,0
Железо мг/л 0,03 - -
Медь мг/л 1,0 1,2 0,8
Г идрокарбонат-ион мг/л 185,0 237,9 194,0
Калий мг/л 10,1 16,2 6,1
Натрий мг/л 12,5 38,0 36,5
Магний мг/л 30,5 45,8 30,5
Кальций мг/л 50,5 46,2 51,0
Кроме того, велись наблюдения за температурным и гидрологическим режимами воды Самура и системы речек Кара-су. Вследствие своеобразного рельефа дна береговой линии Малый Самур при впадении в море не образует ясно выраженной дельты. Предустьевое пространство Малого Самура имеет очень малую площадь и довольно осолонено. В самом устье соленость воды составляет 2-3,5%о, через 100 м - 5%. Сильное течение,
наблюдающееся в реке в паводковый период во время нереста осетровых, и отсутствие тихих заводей способствуют быстрому скату личинок. Последние сразу после вы клева сносятся течением в предустьевое пространство и через 12 часа попадают в сильно осолоненную среду. Выявление того, как влияет такая соленая среда на жизнестойкость личинок рыб - это задача дальнейших исследований.
Количественный состав солей с экологической точки зрения дает право предполагать, что вода отличается хорошими рыбоводными качествами (за исключением мутности), так как большой запас кальция, магния и нитратов и, наоборот, малое содержание балластных солей - сульфатов и хлоридов благоприятно влияют на
развитие рыбы. Отбор проб воды для химического анализа производился на перекате, в яме и общем русле. Основными грунтами, из которых слагается русло реки, являются галечник и заиленный песок, причем заиленный песок встречается в самом нижнем течении реки, на протяжении 3 км от устья. Ближе к устью заиленность песка
увеличивается.
Биоценоз ила и в количественном, и в качественном отношении оказался весьма бедным. Здесь встречаются лишь личинки хирономид и мелкие жучки. В марте биомасса бентоса ила составляла 560 мг/м2. Высокое
содержание в воде Самура солей кальция и магния и незначительное количество хлоридов и сульфатов объясняется геологическим прошлым водосборной площади реки: горные породы Главного Кавказского хребта, с которого берет свое начало Самур, в далеком прошлом формировались на дне древнекаспийского водоема. Незначительный же процент
содержания хлоридов и сульфатов свидетельствует о том, что грунты, по которым протекает Самур, в
настоящее время хорошо промыты и опреснены.
Гидрохимическое изучение речек показало нормальное содержание в их водах химических ингредиентов.
Однако газовый режим речек нельзя считать удовлетворительным ввиду того, что речки расположены в лесу и гниение растительных остатков, особенно опавших листьев, в теплый период года вызывает значительный дефицит кислорода.
Гидрохимический режим,
гидрологическая и температурная характеристики воды, а также
гидробиологические особенности позволяют рекомендовать речки Кара-су для создания в них
форелевых хозяйств. Разумеется, в этом случае необходимо будет восполнить летний дефицит кислорода путем мелиорации -очистки русел от гниющих растительных остатков.
Примечания
1. Абдулаев К.А., Атаев З.В. Характеристика ландшафтов горной части бассейна реки Самур // Известия ДГПУ. Естественные и точные науки. 2008. №1. С. 68-71. 2. Акимов Т.А., Хаскин В.В. Экология. М., 1999. 455 с. 3. Алекин O.A. Основы гидрохимии. М., 1954. С. 7. 4. Алекин O.A. и др. Руководство по химическому анализу вод суши. М., 1973. 276 с. 5. Бежаев М.С. Гидрохимические исследования в Дагестанской АССР // Сб. научных трудов кафедры химии ДГУ. Махачкала, 1 956. С. 3-5.
Статья поступила в редакцию 03.07.2009 г.
