Оценка влияния особенностей формирования водных ресурсов и качества поверхностных вод бассейна реки Лена

Чекмарева Диана Петровна ORCID: 0000-0003-2327-5085 младший научный сотрудник, ФГБУ Гидрохимический институт 344090, Россия, Ростовская область, г. Ростов-На-Дону, пр. Стачки, 198 Chekmareva Diana Petrovna Junior Researcher, FGBI Hydrochemical Institute 344090, Russia, Rostov region, Rostov-On-Don station, 198 Stachki Ave. zeikan-diana@mail.ru Лобченко Евгения Ефимовна ORCID: 0000-0003-2728-4974 кандидат химических наук ведущий научный сотрудник, ФГБУ Гидрохимический институт 344090, Россия, Ростовская область, г. Ростов-На-Дону, пр. Стачки, 198 Lobchenko Evgeniya Efimovna PhD in Chemistry Leading Researcher, FGBI Hydrochemical Institute 344090, Russia, Rostov region, Rostov-On-Don, 198 Stachki Ave. zeikan-diana@mail.ru Романюк Оксана Львовна ORCID: 0000-0003-1864-5045 кандидат географических наук ведущий научный сотрудник, ФГБУ Гидрохимический институт 344090, Россия, Ростовская область, г. Ростов-На-Дону, пр. Стачки, 198 Romanyuk Oksana L'vovna PhD in Geography Leading Researcher, FGBI Hydrochemical Institute 344090, Russia, Rostov region, Rostov-On-Don, Stachki Ave., 198 rol_78@mail.ru Первышева Ольга Александровна ORCID: 0009-0005-0724-8652 старший научный сотрудник, ФГБУ Гидрохимический институт 344090, Россия, Ростовская область, г. Ростов-На-Дону, пр. Стачки, 198 Pervysheva Ol'ga Aleksandrovna Senior Researcher, FGBI Hydrochemical Institute 344090, Russia, Rostov region, Rostov-On-Don, 198 Stachki Ave. poa19544@mail.ru

Федотова Ольга Леонидовна ORCID: 0009-0001-8615-7361 младший научный сотрудник, ФГБУ Гидрохимический институт 344090, Россия, Ростовская область, г. Ростов-На-Дону, пр. Стачки, 198 Fedotova Ol'ga Leonidovna Junior Researcher, FGBI Hydrochemical Institute 344090, Russia, Rostov region, Rostov-On-Don, Stachki Ave., 198 ofedotova_81@mail.ru

Введение

Формирование водных ресурсов, а соответственно и качества поверхностных вод, бассейна р. Лена происходит под влиянием природных условий: физико-географические (резко континентальный климат, вечная мерзлота, длительный период ледостава, низкая самоочищающаяся способность и др.); гидрологические (изменения режима годового и меженного стока); климатические (потепление климата, сопровождающееся не только ростом температуры, увеличением атмосферных осадков, но и существенным изменением годовых и сезонных значений речного и подземного стока). Значительную роль на изменение химического состава поверхностных вод бассейна р. Лена оказывает хозяйственная деятельность предприятий горно-, алмазо- и золотодобывающей, нефтегазовой, энергетической промышленности, энергетики, коммунальное и сельское хозяйство, водный транспорт, а также поступления загрязняющих веществ с прилегающих к населенным пунктам территорий.

Местоположение и природные условия

Изучаемая территория расположена в пределах северо-восточной части Азиатского материка и омывается на севере Восточно-Сибирским морем и морем Лаптевых. На западе территории находится Средне-Сибирское плоскогорье, на юге расположена Байкальская горноскладчатая область, а на востоке – Северо-Восточная. Приоритетными факторами, определяющими своеобразие климата, являются физико-географические условия территории: удаленность и отгороженность горными системами от Атлантического и Тихого океанов, открытость со стороны Северного Ледовитого океана.

За счет сложного рельефа, резко континентального климата и наличия многолетней мерзлоты на территории получили распространение несколько видов почв ^{[1, 2, 3]}. В зоне средней тайги широко распространены перегнойно-карбонатные мерзлотные почвы. На высоких массивах и хребтах формируются каменистая тундра и каменистые россыпи. В горах в поясе тундр почвенный покров представлен маломощными горно-тундровыми торфянисто-болотными и глеевыми торфянисто-болотными почвами, в поясе лесов – горно-таежными торфянистыми тиксотропными почвами. Для межгорных понижений и речных долин характерна заболоченность почв ^[4]. Узкую прибрежную полосу, а также острова морей занимает тундра, выраженная особыми формами – арктическими пустынями, большая часть которых занята ледниками, фирновыми полями. На сухих надпойменных террасах рек Лена, Амга распространены лугово-черноземные почвы. Аллювиальные почвы покрывают пойменные террасы рек Лена, Алдан, Вилюй, Витим и др. ^[5] Причинами своеобразия почвенного покрова и развития процессов засоления в таежно-лесной зоне являются сухость и резкая континентальность климата, засоленность некоторых почвообразующих пород, наличие мерзлоты и котловинный рельеф, способствующие континентальному соленакоплению ^[6].

Ввиду больших разнообразий в рельефе, обуславливающих в значительной степени особенности стока поверхностно-склоновых вод^[7], исследуемая территория делится на три района:

- горная территория (бассейны верхнего и среднего течения рек Витим, Чара, Олекма, Алдан, исток р. Лена) – преобладают поверхностно-склоновые воды, контактирующие с продуктами выветривания горных пород, а также талые наледные воды;

- равнинная территория (бассейны верхнего течения и левых притоков среднего течения р. Лены, нижних течений рек бассейна р. Вилюй, а также рек Олекма, Витим, Чара) – химический состав зависит от почвенного покрова и от длительности контакта в зависимости от степени засоленности почв этих вод. Вследствие увеличения длительности контакта поверхностно-склоновых вод с почвенным покровом, минерализация русловых вод рек в подавляющем большинстве случаев выше, чем у горных. В период половодья на равнинной территории в питании значительное участие принимают высокоминерализованные подземные воды^[8];

- Северо-Сибирская низменность (бассейны нижних и средних течений рек Яна, Индигирка, Анабар, Оленек) – русловая сеть этой территории в период половодья заполнена исключительно поверхностно-склоновыми водами, иногда смешиваясь с подземными.

В пределах изучаемой территории насчитывается свыше 571 тыс. рек, в том числе малых. Около 10 % территории занимают болота и заболоченные земли ^[4]. Кроме воды рек, озер и болот имеются воды, находящиеся в виде современных ледников и наледей ^{[5, 9, 10]}.

Половодье на реках чаще начинается в конце апреля – начале мая в южной части, в конце мая – начале июня – в северной, заканчивается в первой половине июня и примерно в середине июля соответственно. Продолжительность около 35-50 дней. В период весеннего половодья в русла многих рек, наряду с поверхностно-склоновыми и почвенно- поверхностными водами поступает значительные количество талых наледных вод. Наивысшие уровни весеннего половодья наблюдаются преимущественно после освобождения рек ото льда, редко в период ледохода или при заторах льда.

Сразу после спада половодья обычно начинаются иногда накладывающиеся друг на друга и повторяющиеся 5-15 раз за летне-осенний период паводки, следуя один за другим с короткими промежутками. В период дождевых паводков преобладают поверхностно-склоновые воды, кроме того в русла рек поступают талые наледные воды и воды постоянно действующих источников. Летние паводки характерны для всех рек бассейна р. Лена, особенно для рек горных районов, где они обусловлены сильными дождями, таянием снега и ледников.

Межень теплой части года, продолжающаяся в среднем около 40 дней, до 80-90 дней на реках Центральной Якутии, но иногда она прерывается дождевыми паводками. В горных потоках межень выражена слабо, а в некоторые дождливые годы вообще отсутствует.

Питание в зимнюю межень происходит за счет подмерзлотных вод. Питание рек в период летне-осенней межени осуществляется преимущественно надмерзлотными водами. Минерализация и химический состав этих вод определяется минерализацией и химическим составом атмосферных осадков, инфильтрующихся в толщу сезонно протаивающего слоя, а также характером и степенью засоленности отложений этого слоя.

В формировании химического состава поверхностных вод верхнего и среднего течения р. Лена существенную роль оказывают подмерзлотные воды, расположенные в зоне нижне- и среднепалеозойских отложений, представленные в основном известняками и доломитами, среди которых нередко встречаются отложения каменной соли, гипса и ангидрита.

Климатические условия бассейна р. Лена характеризуются резкой континентальностью, проявляющуюся в больших амплитудах температуры воздуха: очень низкими зимними и высокими летними. В Центральной Якутии наблюдаются наибольшие амплитуды температуры воздуха; в горах и северных районах они уменьшаются. ^[6]

Устойчивые морозы на большей части территории к северу от р. Вилюй повсеместно начинаются в первой декаде октября, на юге – во второй декаде октября; в горных хребтах северо-востока наступают немного раньше – в третьей декаде сентября. Зима исключительно сурова, наиболее низких значений температура воздуха достигает в январе.

Результаты исследований и обсуждение

С целью изучения пространственно-временных изменений содержания химических веществ в поверхностных водах бассейна р. Лена были использованы статистически обработанные гидрохимические данные за период 2011-2021 гг.

Для всего течения р. Лена характерно повышенное содержание в воде органических веществ (по ХПК и БПК5), содержание которых было неравномерным как по течению, так и по значению среднегодовых концентраций. Органические вещества (по БПК5) в пределах 2-3 ПДК наблюдали в верхнем течении у г. Киренск; в среднем – у г. Покровск; в нижнем течении отмечали единичные случаи у с. Кюсюр. Наиболее высокое содержание органических веществ (по ХПК) отмечено во всех пунктах наблюдений в верхнем и среднем течении, в нижнем течении только у с. Жиганск (рис. 1). При этом максимальные концентрации органических веществ (по БПК5) по всему течению реки за исследуемый период изменялись от 1,60 мг/л до 6,46 мг/л (у г. Олекминск в 2012 г.).

Повышенные концентрации органических веществ (по ХПК) от 19,2 мг/л до 93,1 мг/л отмечались в верхнем течении у р.п. Качуг в 2017 г., у г. Олекминск – 97,1 мг/л в 2019 г. и 81,6 мг/л в 2021 г.; в среднем течении у г. Покровск в интервале 51,5-90,7 мг/л в течение 2013-2021 гг.; в нижнем течении – от 49,7 мг/л до 70,1 мг/л у мкр. Кангалассы в 2012-2019 гг.

Наличие повышенных концентраций в поверхностных водах бассейна р. Лена органических веществ (по БПК5 и по ХПК) вероятнее всего обусловлено природными условиями формирования качества воды. Следует отметить, что содержание органических веществ в поверхностных водах бассейна р. Лена мало подвержено сезонным колебаниям. Вероятнее всего значительное влияние на изменения концентраций органических веществ оказывает гидрологический режим, а также поступление загрязняющих веществ со сточными водами предприятий, расположенных в бассейне реки.

Характерными загрязняющими веществами в верхнем течении р. Лена (до впадения р. Витим) на участке р.п. Качуг – г. Киренск являются органические вещества (по БПК5 и ХПК), в отдельные годы фенолы и соединения меди (рис. 2). В верхнем течении изучаемой реки льяльные воды с судов речного флота, сточные воды портов, судоверфей, судоремонтного завода в г. Киренск ^[11], золотодобывающие предприятия, осуществляющие водопользование в бассейне р. Лена являются основными источниками загрязнения воды ^[12].

Рис. 1. Изменение среднегодовых концентраций органических веществ по течению р. Лена: верхнее – а) по БПК5, б) по ХПК; среднее – в) по БПК5, г) по ХПК; нижнее – д) по БПК5, е) по ХПК.

Среднегодовые концентрации органических веществ (по БПК5) колебались в пределах 1,12-3,21 мг/л, органических веществ (по ХПК) – 7,20-42,4 мг/л, фенолов – 0-3 ПДК, соединений меди – ниже ПДК-3 ПДК. Повторяемость случаев превышения ПДК составляла 25-50 % от числа отобранных проб воды. Комплексная оценка качества воды р. Лена в верхнем течении свидетельствует, что вода в большинстве наблюдаемых лет характеризовалась как «слабо загрязненная»; ухудшаясь до уровня «загрязненная» – в 2012 г. в створе ниже р.п. Качуг, в 2012, 2013, 2018, 2020 гг. в створе ниже. г. Киренск; улучшаясь в отдельные годы до «условно чистой» – в 2015 и 2016 гг. в створе ниже р.п. Качуг, в 2020 г. в створе ниже г. Киренск (рис. 4). Хорошее качество воды обусловлено низким (в пределах 20-25 %) числом случаев превышения ПДК характерных загрязняющих химических веществ в воде.

На формирование химического состава воды в среднем течении реки Лена (от устья р. Витим до р. Алдан) существенное влияние оказывают карбонатные породы, содержащие пласты, слои и прослои гипса, ангидрита и каменной соли ^[5]. Вода притоков среднего течения р. Лена характеризуется разнообразным химическим составом.

Для среднего течения реки (от устья р. Витим до р. Алдан) на участке г. Олекминск – мкр. Кангалассы, как и для верхнего течения характерного уровня загрязненности воды достигали не только органические вещества (по БПК5 и ХПК), фенолы и соединения меди, но и к ним добавлялись в большинстве створов соединения железа и цинка (рис. 3); реже соединения марганца (в районе мкр. Кангалассы).

Рис. 2. Изменение среднегодовых концентраций по течению р. Лена: верхнее – а) фенолы, б) соединений меди; среднее – в) фенолы, г) соединений меди; нижнее – д) фенолы, е) соединений меди.

Загрязнение воды р. Лена в среднем течении формируется за счет коммунально-бытовых и промышленных сточных вод предприятий и организаций прилегающих городов; стоков с судов речного флота, портов, судоходства, рыбного хозяйства, промывных и карьерных вод, сточных вод горно- и золотодобывающих предприятий, осуществляющих водопользование на притоках реки ^{[13, 14]}. Эксплуатируемые очистные сооружения не всегда находятся в исправном состоянии, в результате в р. Лена сбрасываются недостаточно очищенные сточные воды (порядка 40-51 %) ^[15].

Среднегодовые концентрации на участке г. Олекминск – мкр. Кангалассы (среднее течении реки) органических веществ (по БПК5) колебались в пределах 1,06-2,61 мг/л, органических веществ (по ХПК) – 18,2-36,1 мг/л, фенолов – ниже ПДК-7,6 ПДК, соединений меди – 0-4,5 ПДК, соединений железа – ниже ПДК-1,9 ПДК, соединений цинка – ниже ПДК-4 ПДК, соединений марганца – ниже ПДК-3 ПДК. Повторяемость случаев превышения ПДК была в пределах 50-100 % от числа отобранных проб воды. (рис. 3)

Рис. 3. Изменение среднегодовых концентраций по течению р. Лена: верхнее – а) соединений железа, б) соединений цинка; среднее – в) соединений железа, г) соединений цинка; нижнее – д) соединений железа, е) соединений цинка.

Вода р. Лена в створах среднего течения за период 2011-2021 гг. по качеству стабильно оценивалась 3-м классом («загрязненная» или «очень загрязненная»). В створе ниже г. Олекминск в 2011 г. качество воды характеризовалось 4-м классом («грязная» вода); улучшалось в 2013 г. до уровня «слабо загрязненной» в створе ниже с. Старая Табага.

Основным источником питания р. Лена в нижнем течении (ниже устья р. Алдан) на участке с. Жиганск – п.ст. Хабарова являются поверхностные и надмерзлотные воды, которые просачиваются через сквозные подрусловые талики, трещиноватые зоны и реже по тектоническим трещинам. Широкое развитие мощной толщи многолетней мерзлоты ^{[9, 10]} на данной территории значительно затрудняет связь поверхностных вод с подземными. Вследствие чего роль подземных вод в стоке реки крайне ограничена, поэтому и влияние этих вод на химический состав речной воды ничтожно ^[8]. Так как надмерзлотные воды существуют в жидком состоянии ограниченное время в году, состав воды в нижнем течении р. Лена определяется в значительной мере составом транзитных вод верхнего и среднего течения, а также наиболее крупных на этом участке реки притоков – рек Вилюй и Алдан. ^{[5, 16]}

Рис. 4. Динамика качества воды и распределение наиболее распространенных загрязняющих веществ (по среднегодовым концентрациям) в воде по длине р. Лена в течение 2011-2021 гг.

Характерными загрязняющими веществами для нижнего течения реки Лена являются органические вещества (по БПК5 и ХПК), фенолы, соединения меди, железа, цинка и марганца, в отдельные годы нитритный азот и нефтепродукты. Среднегодовые концентрации загрязняющих веществ колебались в пределах: органических веществ (по БПК5) – 0,63-3,80 мг/л, (по ХПК) – 10,7-37,5 мг/л, фенолов – 1,7-5 ПДК, нитритного азота – 1-3 ПДК, нефтепродуктов – ниже ПДК-2 ПДК; соединений железа – 1-3,6 ПДК, меди – 0-5,7 ПДК, цинка – ниже ПДК-1,5 ПДК, марганца – 2-4 ПДК. Повторяемость случаев превышения ПДК составляла 50-100 % от числа отобранных проб воды. В многолетнем плане вода верхнего течения и устьевого участка реки Лена в рассматриваемый период 2011-2021 гг. оценивалась как «загрязненная» и «очень загрязненная», ухудшаясь до уровня 4-го класса («грязная») – в 2021 г. в створе ниже с. Кюсюр (рис. 4) – в результате увеличения числа случаев превышения ПДК органических веществ (по ХПК) от 60 % до 100 % и соединений железа от 80 % до 100 %.

Притоки р. Лена

Наиболее крупные правые притоки реки Лена – р. Витим, р. Олекма, р. Алдан; левые – р. Вилюй. ^[17] Основными источниками загрязняющих веществ воды бассейна рек Витим и Олекма являются сточные воды предприятий золотодобычи и шахтные воды. В бассейне реки Алдан расположены многочисленные горнодобывающие предприятия, перерабатывающие руды различных металлов; имеются достаточно крупные золотоносные месторождения, а также залежи каменного угля и слюды. Основными источниками загрязнения воды бассейна р. Вилюй являются сточные воды энергетической промышленности, коммунального хозяйства, алмазодобычи, водного транспорта; а также расположенные по берегу объекты сельского хозяйства, газо- и нефтедобывающей промышленности. ^{[11, 13]}

Для изучаемых притоков в большинстве створов характерна загрязненность органическими веществами (по ХПК), фенолами, соединениями железа, меди и цинка, концентрации которых превышали ПДК в 50 % и выше от числа отобранных проб воды; в отдельные годы в некоторых створах к характерным загрязняющим веществам относились органические вещества (по БПК5). Наиболее напряженное экологическое состояние в воде р. Олекма, особенно в верхнем течении (в черте с. Усть-Нюкжа), где характерного уровня загрязненности достигали не только выше перечисленные вещества, но и аммонийный азот, соединения марганца и алюминия, повторяемость случаев превышения ПДК которыми наблюдалось в каждой отобранной пробе воды.

В многолетнем плане (2011-2021 гг.) вода крупных притоков р. Лена оценивается 3-м классом качества («загрязненная» или «очень загрязненная»). Наиболее загрязнены правые притоки – р. Олекма и р. Алдан, где вода в основном характеризовалась 3-м классом разряда «б», как «очень загрязненная»; ухудшаясь до 4-го класса разряда «а» («грязная») в верхнем течении р. Олекма в черте с. Усть-Нюкжа в 2016-2021 гг., в верхнем течении р. Алдан ниже г. Томмот в 2014 г. Качество воды р. Витим и р. Вилюй ^[21] стабильно сохраняется на уровне 3-го класса, ухудшаясь или улучшаясь от разряда «а» («загрязненная») до разряда «б» («очень загрязненная») (табл. 1). Таким образом, происходит ухудшение качества воды в среднем и нижнем течении р. Лена, после впадения в нее притоков.

Таблица 1. Качество воды и характерные загрязняющие вещества воды отдельных створов притоков р. Лены за период 2011-2021 гг.

Выводы

1. Различные физико-географические, гидрологические и климатические процессы, а также антропогенное воздействие оказывают значительное влияние на качество и химический состав воды реки Лена и ее бассейна. С целью отслеживания изменений, происходящих в этих условиях, следует проводить постоянный мониторинг, что позволит сделать прогнозы развития экологических ситуаций с учетом внутренних и внешних факторов. Необходимо проводить комплексный анализ многолетних данных по оценке водной среды особенно в условиях Арктического климата.

2. В условиях постепенно нарастающего освоения золоторудных и россыпных месторождений на территории Республики Саха (Якутия) ‑ увеличение максимального количества добычи золота за 100-летний период ^[18] происходит постепенная трансформация гидролого-гидрохимического состояния водной среды бассейна р. Лена.

3. Пространственно-временное распределение характерных загрязняющих веществ в воде рек бассейна р. Лена обусловлено особенностями формирования водных ресурсов в современных сложных природно-климатических условиях. Изменение водности рек бассейна р. Лена в первую очередь определяется степенью активности местного циклоногенезиса, который является основным фактором колебания водности рек бассейна и изменением количества осадков, это явление имеет место как в маловодные, так и многоводные годы ^[14].

4. Для территории бассейна р. Лена, особенно в нижнем течении, характерна высокая заболоченность. Вероятно, в связи с потеплением климата ^[19], болотные комплексы служат дополнительным источником появления в химическом составе поверхностных вод бассейна органических веществ (по ХПК и по БПК5), содержание которых в концентрациях, превышающих ПДК, обнаружены по всему течению реки Лена; при этом максимальные концентрации органических веществ (по ХПК) в разные годы достигали 36,9-90,7 мг/л, органических веществ (по БПК5) соответственно 3,93-3,86 мг/л.

5. В условиях Арктического климата сезонное распределение органических веществ в поверхностных водах проявлялось незначительно.

6. Наличие в поверхностных водах бассейна р. Лена фенолов, нефтепродуктов, соединений металлов вероятнее всего свидетельствует о значительной роли антропогенной составляющей в формировании химического состава речной воды.

7. Анализ динамики качества воды по течению р. Лена выявил ухудшение качества воды в среднем и нижнем течении, после впадения в нее крупных притоков; за многолетний период (2011-2021 гг.) отмечено ухудшение воды реки до 4-го класса качества («грязная») ^[20].

8. В течение 2011-2021 гг. вода рек бассейна р. Лена в большинстве лет оценивалась 3-м удовлетворительным классом качества.

Просто выделите и скопируйте ссылку на эту статью в буфер обмена. Вы можете также попробовать найти похожие статьи