CC BY
93
УДК 556.55.8 ББК 26.226.6
Г.Т. Фрумин
ВЫПАДЕНИЕ БИОгЕННЫх ЭЛЕМЕНТОВ С АТМОСФЕРНЫМИ ОСАДКАМИ НА АКВАТОРИИ ТРАНСгРАНИЧНОгО
псковско-чудского озерного комплекса*
Разработана методика расчета атмосферных выпадений биогенных элементов на субакватории Псковско-Чудского озерного комплекса. Методика базируется на допущении, согласно которому модули атмосферных выпадений биогенных элементов на акватории Псковско-Чудского озерного комплекса будут на 6,5% меньше, чем соответствующие модули для Финского залива. Рассчитаны атмосферные выпадения фосфора общего и азота общего на российские и эстонские субакватории Чудского, Теплого и Псковского озер.
Ключевые слова:
атмосферные осадки, биогенные элементы, Псковско-Чудской озерный комплекс, эвтро-фирование.
Фрумин Г.Т. Выпадение биогенных элементов с атмосферными осадками на акватории трансграничного Псковско-Чудского озерного комплекса // Общество. Среда. Развитие. - 2015, № 3. - С. 175-178.
© Фрумин Григорий Тевелевич - доктор химических наук, профессор, Российский государственный гидрометеорологический университет, Санкт-Петербург; e-mail: [email protected]
Таблица 1
Морфометрические показатели Псков-ско-Чудского озера при среднем уровне воды (30 м выше уровня моря) [9]
К трансграничным относятся любые поверхностные или подземные воды, которые обозначают и/или пересекают границы между двумя и более государствами или расположены в таких границах. В мире насчитывается 263 речных и более 270 подземных совместно используемых водных бассейнов. Необходимость совместного использования трансграничных вод практически всегда приводит к возникновению определенной напряженности в обществах, которые они объединяют. Это обусловлено разнообразными факторами, которые помимо отношений между странами включают вопросы национальной безопасности, развития экономического потенциала, открытости и экологической стабильности.
Управление трансграничными водными ресурсами (ТВР) может стать как объединяющим моментом, так и причиной конфликта; направленность во многом обусловлена политической волей. В мире за последние полвека в отношении ТВР имели место более 500 международных конфликтов и около 40 взаимных претензий на грани конфликтов с применением насилия [6, с. 175].
Псковско-Чудской озерный комплекс -четвертый по величине пресноводный во-
* Работа выполнена в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» (Соглашение № 14.574.21.0088 от 16.07.2014 г., по теме «Проведение прикладных научных исследований по разработке автоматизированной информационной системы мониторинга и прогноза баланса ливневых стоков для городских систем водоотведения», уникальный идентификатор Соглашения -RFMEFI57414X0088)
Чудское озер° Теплое озеро Псковское озеро Всего
Площадь, км2 2611 236 708 3555
Объем воды, км3 21,79 0,60 2,68 25,07
Средняя глубина, м 8,3 2,5 3,8 7,1
Наибольшая глубина, м 12,9 15,3 5,3 15,3
Длина, км 81 30 41 152
Средняя ширина, км 32 7,9 17 23
Наибольшая ширина, км 47 15 20 47
Длина береговой линии, км 260 83 177 520
Соотношение эстонской и российской частей акватории 55/45 50/50 1/99 44/56
CD Ci
О
доем Европы и крупнейший европейский трансграничный водоем, расположенный на границе Эстонии и России. Водосборный бассейн Псковско-Чудского озера расположен между северными широтами 56°08' - 59°13' и восточными долготами 25°36', занимая, вместе с собственно озером, 47800 км2. Общая площадь Псковс-ко-Чудского озерного комплекса составляет 3555 км2, из них 1985 км2 относится к России и 1570 км2 - к Эстонии. Водоем делится на три основные части: Чудское озеро, Псковское озеро и соединяющее их Теплое озеро (табл. 1).
Среди современных проблем водной экологии центральное место занимает проблема эвтрофирования, Эвтрофиро-вание представляет собой естественный процесс эволюции водоема, обусловленный поступлением и накоплением различных биогенных элементов. Решающую роль в его развитии в водоемах зоны умеренного климата играет фосфор. Под воздействием хозяйственной деятельности естественный процесс старения водоема приобретает специфические черты и становится антропогенным. Поскольку эвтрофирование водоемов стало серьезной глобальной экологической проблемой, по линии ЮНЕСКО начаты работы по мониторингу внутренних вод и контролю за эвтрофированием водоемов планеты [5, с. 194].
Трофический статус основных частей водоема различен. Псковское озеро считается гиперэвтрофным, Теплое озеро - переходящим к гиперэвтрофному, Чудское озеро - эвтрофным. Ежегодно в летне-осенний период в озере наблюдается «цветение» воды различной интенсивности за счет массового развития синезеленых водорослей. Наиболее интенсивное «цветение» воды наблюдается в годы с преобладанием антициклональных погодных условий (низкие уровни воды, высокие летние температуры) [2, с. 11; 10].
Использование водных ресурсов водосборного бассейна Чудско-Псковс-кого озерного комплекса регулируется международными конвенциями и двухсторонними соглашениями, среди которых наиболее значимым является соглашение между правительствами Эстонии и России по сотрудничеству в области охраны и рационального использования трансграничных вод, подписанное в Москве 20 августа 1997 г. В то же время современные требования водной рамочной директивы ЕС (Директива Европейского парламента и Совета Европейского
Союза № 2000/60/ЕС от 23 октября 2000 г.) указывают на необходимость разработки более детальной совместной Российско-Эстонской программы рационального использования и охраны водных ресурсов Чудско-Псковского озерного комплекса. Составными частями программы должны быть создание скоординированной системы мониторинга как самого водоема, так и водных объектов водосборного бассейна, а также разработка методов и моделей для оценки последствий воздействия различных хозяйственных мероприятий на водные ресурсы водоема и его водосбора [3; 4].
Изложенное приводит к выводу о необходимости проведения природоохранных мероприятий на водосборе Псковско-Чуд-ского озерного комплекса, направленных на его деэвтрофирование.
Одной из основных задач обоснования рационального использования водных объектов является количественная оценка и прогноз внешних антропогенных воздействий на водоем и его ответной реакции (в виде изменения характеристик качества воды и экологического состояния). Для решения задачи С.А. Кондратьевым были разработаны математические модели, описывающие массоперенос в системе водоем-водосбор. В этих моделях в качестве основных составляющих биогенной нагрузки на водосбор используются: нагрузка от точечных источников, рассредоточенная эмиссия химических веществ различными типами подстилающей поверхности, нагрузка, обусловленная внесением минеральных удобрений, нагрузка, сформированная органическими удобрениями, вынос химических веществ с урожаем и массообмен с атмосферой [1, с. 136]. Значение атмосферной нагрузки рассчитывалось, исходя из средней интенсивности атмосферных выпадений, равной 5 кгТР-км2/год (ТР - общий фосфор) [10]. Эта же величина была принята в качестве приближенной оценки атмосферной нагрузки на поверхности водосборов Ладожского озера и Невской губы [1].
Следует отметить, что поступление биогенных элементов с атмосферными осадками на земную поверхность существенно различается как в пространстве, так и во времени (табл. 2).
В связи с изложенным цель данного исследования заключалась в разработке методики расчета атмосферных выпадений биогенных элементов на субакватории Псковско-Чудского озерного комплекса.
Материалы и методы исследования
При разработке методики были использованы первичные данные:
- PLC-5.5 [8, с.12] о атмосферных выпадениях биогенных элементов (общего фосфора - ТР и общего азота - ТЭД на акваторию Финского залива за период 1995-2010 гг.;
- Росгидромета о динамике атмосферных осадков на акватории Финского залива и Чудского озера.
Таблица 2
Среднегодовое поступление минеральных форм азота и фосфора с атмосферными осадками на земную поверхность [7, с. 35]
Место наблюдения Азот Фосфор
годы на-блю-дений среднее поступление, кг/га годы на-блю-дений среднее поступление, кг/га
Калужская область 19771981 12,1 - -
Карелия 19801981 3,0 1980 0,003
Ленинградская область 19581961 6,6 19751976 0,135
Московская область 19581981 9,5 19671976 0,375
Новгородская область 19581961 5,2 1975 0,035
Год т/год Год т/год Год Q(TN), т/год
1995 14 763 2001 11 948 2007 11 621
1996 16 218 2002 9 826 2008 14 409
1997 11 781 2003 12 669 2009 10 921
1998 14 483 2004 13 438 2010 13 600
1999 13 320 2005 12 856 - -
2000 15 823 2006 11 401 - -
Для последующих расчетов была принята средняя величина атмосферных выпадений азота общего (ТЭД, равная 13067 тонн/год. Учитывая, что площадь акватории Финского залива F = 29500 км2, были рассчитаны модули атмосферных выпадений биогенных элементов на рассматриваемую акваторию: М(ТР) = 150-103 /29 500 = 5,08 кг/км2-год МСШ) = 13 067-103/29500 = = 442,9 кг/км2 тод
Дополнительный анализ показал, что количество атмосферных осадков на Псковско-Чудской озерный комплекс по сравнению с Финским заливом меньше на 6,5%, что обусловлено континентальными особенностями климата и более редким прохождением влажных Атлантических циклонов.
В качестве первого приближения было принято, что модули атмосферных выпадений биогенных элементов на акватории Псковско-Чудского озерного комплекса будут на 6,5% меньше, чем соответствующие модули для Финского залива (табл. 4).
Таблица 4
Модули атмосферных выпадений биогенных элементов на акватории Псков-ско-Чудского озерного комплекса
Биогенный элемент Модули атмосферных выпадений, кг/км2тод
Общий фосфор (ТР) 4,75
Общий азот (Т^ 414,1
Расчеты показали, что за период с 1995 г. по 2010 г. на акваторию Финского залива в течение года из атмосферы поступало 150 тонн/год фосфора общего (ТР). Эта ежегодная величина оставалась постоянной в течение всего указанного периода.
По данным [8], величины атмосферных выпадений азота общего на акваторию Финского залива существенно варьировали от года к году (табл. 3).
Таблица 3
Динамика атмосферных выпадений азота общего на акваторию Финского залива
Результаты и их обсуждение
Морфометрические данные, приведенные в табл. 1, и результаты расчетов, представленные в табл. 4, были положены в основу расчетов атмосферных выпадений биогенных элементов на субакватории Псковско-Чудского озерного комплекса (табл. 5).
Таблица 5
Атмосферные выпадения биогенных элементов на субакватории Псковско-Чудского озерного комплекса
Озеро Q(TP), т/год Q(TN), т/год
Акватория Итого Акватория Итого
России Эстонии России Эстонии
Чудское 5,6 6,80 12,40 487 595 1082
Теплое 0,6 0,60 1,20 49 49 98
Псковское 3,3 0,03 3,33 290 3 293
Итого 9,5 7,43 16,93 826 647 1473
о О
Площадь российской части водосбора Псковско-Чудского озерного комплекса 29 500 км2. Расчеты показывают, что атмосферные выпадения фосфора общего на российскую часть водосбора Q(TP) = 140 тонн/год, а азота общего - Q(TN) = 12 216 тонн/год. Согласно [2, с. 36] массообмен с атмосферой с российской части водосбора для нормы стока 260 мм-год-1 для фосфора общего составляет 146 тонн/год, что практически совпадает с результатом наших расчетов
(140 тонн/год). К сожалению, в цитированной работе не приведены аналогичные расчеты для азота общего.
Согласно [2, с. 36] нагрузка на Псковско-Чудской озерный комплекс от различных источников российской части водосбора составляет для фосфора общего 654 тонн/ год, а для азота общего - 7672 тонн/год. Сопоставление этих данных с приведенными в табл. 5 показывает, что доля атмосферной нагрузки фосфором общим составляет 1,5%, а азотом общим - 10,8%.
Список литературы:
[1] Кондратьев С.А. Формирование внешней нагрузки на водоемы: проблемы моделирования. - СПб.: Наука, 2007. - 253 с.
[2] Кондратьев С.А., Голосов С.Д., Зверев И.С., Рябченко В.А., Дворников А.Ю. Моделирование абиотических процессов в системе водосбор - водоем (на примере Чудско-Псковского озера) - СПб.: Нестор-История, 2010. - 104 с.
[3] Румянцев В.А., Кондратьев С.А., Басова С.Л., Шмакова М.В., Шилин Б.В., Журавкова О.Н., Савицкая Н.В. Внешняя нагрузка на Чудско-Псковский озерный комплекс и его ответная реакция // Водное хозяйство России. Т. 7. - 2005, № 6. - С. 569-585.
[4] Румянцев В.А., Кондратьев С.А., Басова С.Л., Шмакова М.В., Журавкова О.Н., Савицкая Н.В. Внешняя нагрузка на Чудско-Псковский озерный комплекс и моделирование фосфорного режима // Водные ресурсы. - 2006, т. 33(6). - С. 710-720.
[5] Фрумин Г.Т., Гильдеева И.М. Эвтрофирование водоемов - глобальная экологическая проблема // Экологическая химия. - 2013, 22(4). - С. 191-197.
[6] Фрумин Г.Т., Тимофеева Л.А. Трансграничные водные объекты и водосборы России: проблемы и пути решения // Биосфера. Т. 6 - 2014, №1. - С. 174-189.
[7] Хрисанов Н.И., Осипов Г.К. Управление эвтрофированием водоемов. - СПб.: Гидрометеоиздат, 1993. - 278 с.
[8] HELCOM, 2013. Review of the Fifth Baltic Sea Pollution Load Compilation for the 2013 HELCOM Ministerial Meeting. Balt. Sea Environ. Proc. №. 141. - 54 pp.
[9] Jaani, A., Raukas A. 1999. Lake Peipsi and its catchment area // Miidel, A. and Raukas, A. (eds). Lake Peipsi. -Tallinn: Geology. Sulemees Publishers. - P. 9-14.
[10] Nutrient loads to Lake Peipsi. Environmental monitoring of Lake Peipsi/Chudskoe 1998-1999. Norwegian Centre for Soil and Environmental Research, Jordforsk Report. - 1999, № 4/01. - 66 p.
О
3 \o О
