Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Анализ многолетней изменчивости водных ресурсов Норило-Пясинской озерно-речной системы в условиях антропогенного воздействия

ВАК РФ 25.00.27, Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Автореферат диссертации по теме "Анализ многолетней изменчивости водных ресурсов Норило-Пясинской озерно-речной системы в условиях антропогенного воздействия"

На правах рукописи

005012412

Румянцева Елена Владимировна

АНАЛИЗ МНОГОЛЕТНЕЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ НОРИЛО-ПЯСИНСКОЙ ОЗЕРНО-РЕЧНОЙ СИСТЕМЫ В УСЛОВИЯХ АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

Специальность 25.00.27 - «Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

12 а<?др та

Санкт-Петербург 2012

005012412

Работа выполнена в ФГБУ «Арктический и антарктический научно-исследовательский институт» Федеральной службы по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды

Научный руководитель Иванов Владимир Владимирович

кандидат технических наук, старший научный сотрудник

Официальные оппоненты Догановский Аркадий Михайлович,

доктор географических наук, профессор, ФГБОУ ВПО РГГМУ, декан гидрологического факультета

Каретников Сергей Германович

кандидат географических наук, ФГБУН ИНОЗ РАН,

старший научный сотрудник

Ведущая организация ФГБОУ ВПО «Государственная полярная академия»

Защита состоится « 29 » марта 2012 г. в 15.00 на заседании диссертационного совета Д 002.064.01 при ФГБУН Институт озероведения РАН по адресу: 196105, Санкт-Петербург, ул. Севастьянова, д. 9.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБУН Институт озероведения РАН

Автореферат разослан » февраля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат военных наук

Щ^З В.Ю. Цветков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Поверхностные водные объекты обладают исключительной важностью в функционировании природных и техногенных систем. Водные объекты арктической зоны отличаются особенной чувствительностью и уязвимостью к антропогенному воздействию. Принятие эффективных мер по решению проблем водопользования и водопотребления, а также модернизация программы наблюдений государственного мониторинга водных объектов невозможны без подробной оценки их состояния на основе уже имеющихся данных.

Выбор объекта исследования связан с тем, что Норило-Пясинская озерно-речная система, относящаяся к водосборному бассейну р. Пясина, является уникальной водной системой арктической зоны России, характеризующейся высокой озерностью. Наибольшее антропогенное воздействие Норило-Пясинская водная система испытывает от предприятий Норильского горнометаллургического комплекса и г. Норильска. В виду отсутствия крупных населенных пунктов и промышленных объектов собственно на реке Пясина загрязнение Норило-Пясинской водной системы является основным на водосборе реки и распространяется в Карское море.

Особую актуальность исследование приобретает в связи с реализацией Водной стратегии РФ на период до 2020 года. В частности, стратегией предусмотрена разработка нормативов допустимого воздействия на водные объекты, учитывающие региональные особенности и индивидуальные характеристики водных объектов, и развитие системы государственного мониторинга водных объектов.

Следует отметить, что исследование приобретает интерес в связи с малой изученностью количественного и качественного состояния поверхностных вод Норило-Пясинской системы в современных условиях антропогенного воздействия.

Объектом исследования являются поверхностные водные ресурсы Норило-Пясинской озерно-речной системы.

Предмет исследования - пространственные и временные особенности изменения количественных и качественных характеристик водных ресурсов в условиях антропогенного воздействия.

Цель исследования - провести анализ многолетней пространственно-временной изменчивости количественного и качественного состояния поверхностных водных ресурсов Норило-Пясинской системы для разработки предложений по оптимизации ведения государственного мониторинга водных объектов и их водохозяйственному использованию.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:

- провести анализ предшествующих исследований и сбор исходной информации;

-разработать схему комплексного исследования количественного и качественного состояния водных ресурсов с учетом разрозненности исходной информации;

-привести ряды гидрологических данных к многолетнему периоду и оценить их надежность;

- выявить многолетние тенденции изменения годового стока воды системы как количественной характеристики водных ресурсов;

-дать оценку пространственно-временной изменчивости качества вод, в т.ч. по интегральным показателям;

-выявить динамику стока химических веществ из Норило-Пясинской системы в р. Пясина и оценить антропогенную нагрузку на водные объекты системы;

- разработать предложения по водохозяйственному использованию водных объектов Норило-Пясинской системы и по оптимизации государственной гидрологической сети наблюдений.

Научная новизна работы.

Впервые дана оценка многолетней изменчивости стока воды и химических веществ из Норило-Пясинской системы в реку Пясина.

Выявлены тенденции многолетней изменчивости количественного состояния водных ресурсов системы, охарактеризованы многоводные и маловодный периоды.

Впервые исследована сезонная динамика параметров качества вод, дана оценка по интегральным показателям. Оценена антропогенная нагрузка на водные объекты системы в современных условиях. Основные защищаемые положения.

1. Выявленные закономерности изменения количественного состояния водных ресурсов системы определяют наличие многоводных и маловодного периодов. Значимой тенденции изменения водности системы за период 1938-2005 гг. не обнаружено.

2. Водные объекты Норило-Пясинской озерно-речной системы по характеру качества вод и антропогенному воздействию разделены на три группы. Характерные интервалы гидрохимических показателей по створам, не подверженным прямому антропогенному воздействию, на озере Лама и на р. Норилка (1 км выше впадения р. Рыбная) являются фоновыми значения, учитывающие региональные особенности водосборного бассейна.

3. Многолетняя изменчивость годового стока воды и химических веществ из Норило-Пясинской системы в реку Пясина свидетельствует о значительной антропогенной нагрузке на озеро Пясино, как замыкающий и аккумулирующий водоем системы.

4. Уточнено гидрографическое районирование бассейна р. Пясина, Норило-Пясинская система выделена в отдельный водохозяйственный участок.

Практическая значимость работы заключается в использовании комплексной схемы исследования по оценке многолетней изменчивости водных ресурсов по данным стационарных наблюдений различных водосборов.

Результаты исследований являются составной частью научно-исследовательских работ, выполненных в рамках тем 1.2.1.2 и 1.3.3 Плана НИОКР Росгидромета на 2011 г. в целях реализации целевой научно-технической программы Росгидромета на 2011-2013 гг.

Материалы исследования были применены при планировании, осуществлении и выработке рекомендаций в научно-методической инспекции ААНИИ по гидрологической сети наблюдений Среднесибирского УГМС Росгидромета (г. Норильск — с. Туруханск - г. Красноярск, 2011).

Результаты исследования использованы для разработки проекта «Схемы комплексного использования и охраны водных объектов, включая нормативы допустимого воздействия, по бассейну реки Пясина» Енисейского бассейнового водного управления Федерального агентства водных ресурсов РФ.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на 12 международных и всероссийских форумах, конференциях, конкурсах, научных сессиях и научно-практических семинарах. В их числе: Конференция молодых ученых, посвященная 70-летию дрейфа СП-1 (Москва, 2008), Всероссийский молодежный конкурс научных работ по тематике «Чистая вода» (Москва, 2009), Конференция молодых учёных «Проблемы развития полярных регионов в условиях глобального изменения климата» в рамках международного молодежного Омега-форума (Санкт-Петербург, 2009), Итоговые сессии Ученого совета ААНИИ по результатам работ (Санкт-Петербург, 2009, 2010, 2011), Конкурс научно-исследовательских работ молодых ученых по полярной тематике, проводимого рамках Юбилейных мероприятий, посвященных 90-летию ААНИИ (Санкт-Петербург, 2010), Международный молодежный форум «Ломоносов-2010» (Москва, 2010), Семинар молодых ученых «Роль молодежи в перспективных направлениях исследований Арктики и Антарктики» (Санкт-Петербург, 2010), Международный симпозиум «Экология арктических и приарктических территорий» (Архангельск, 2010), Конференция молодых специалистов, посвященная 50-летию НПО «Тайфун» (Москва, 2010), IV Международная молодежная научная конференция «Экология-2011» (Архангельск, 2011), IV Школа-конференция молодых ученых с международным участием «Водная среда и природно-территориальные комплексы: исследование, использование и охрана» (Петрозаводск, 2011).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, в том числе одна статья в журнале, входящем в Перечень ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав основного содержания, заключения, списка использованных источников и приложений. Текст изложен на 116 страницах, включая 8 таблиц, 13 рисунков и список использованных источников, состоящий из 184 наименований. Работа содержит 5 приложений.

Личный вклад автора заключается в научном и практическом решении задач исследования: в сборе и систематизации исходных данных; в оценке полноты и качества гидрологических наблюдений сети Росгидромета на исследуемых водных объектах при непосредственном участии автора в составе научно-методической инспекции ААНИИ; в разработке комплексной схемы исследования; в оценке многолетней изменчивости количественного и качественного состояния водных ресурсов Норило-Пясинской озерно-речной системы; в разработке предложений по оптимизации сети наблюдений на водных объектах и их водохозяйственному использованию.

Автор диссертации выражает глубокую признательность научному руководителю Иванову В.В. и сотрудникам отдела гидрологии устьев рек и водных ресурсов ААНИИ за действенную помощь в сборе фактического материала, ценные советы и рекомендации.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследования, показана научная новизна и практическая значимость исследования.

В первой главе представлен обзор литературных источников по изученности Норило-Пясинской системы, дана характеристика природных условий и антропогенной деятельности на водосборе системы, структурированы обобщения по экспедиционным исследованиям, дана оценка полноты исходных данных стационарных наблюдений на водных объектах

государственной сети Росгидромета. Также проведен анализ возможного использования в исследовании методов количественной оценки водных ресурсов и методов оценки их качественного состояния.

Детальный анализ стационарных пунктов наблюдений на водных объектах системы за весь период показал, что при большом количестве организованных пунктов наблюдений государственного мониторинга данные имеют разрозненный характер, не синхронизированы в пространстве и во времени.

Предшествующие научные обобщения по району исследования, основывающиеся на гидролого-гидрохимической информации (Брызгало и др., 2001; Заславская и др., 2008 и др.), как правило, касались оценок отдельных компонентов и элементов гидрологического или гидрохимическим режима, которые не были совмещены по времени и в пространстве. Ранее опубликованные исследования по оценке пространственно-временной изменчивости качества вод системы проводились по неполным данным и без применения методов интегральных оценок. Отдельная оценка водных ресурсов Норило-Пясинской системы в многолетнем масштабе не проводилась. Применительно к поставленной цели научные обобщения, базирующиеся на методологии комплексного анализа, не выявлены. Следует отметить, что ранее были сформулированы отдельные выводы о сильном антропогенном воздействии импактного района на водосборе системы (Евсеев и др., 2000; Красовская, 2008). Но исследования по стоку воды и химических веществ Норило-Пясинской системы и оценке антропогенной нагрузки на водные объекты не выполнялись.

Современная система государственного мониторинга не гармонизирована по видам наблюдений и в пространстве, не обеспечивает потребителей полноценной и качественной информацией. На сегодняшний день наблюдения за загрязнением вод по гидрохимическим показателям на водосборе системы не проводятся, гидрологические наблюдения осуществляются только на дополнительной сети. Новые законодательные акты, касающиеся обеспечения

различных видов водохозяйственной деятельности, не учитывают особенностей гидрографического и водохозяйственного районирования объекта исследования.

В качестве исходной информации использованы данные стационарных постов сети Росгидромета (см. рисунок 1).

Рисунок 1 - Водосборный бассейн р. Пясина (А) и Норило-Пясинской системы (Б)

Примечание - а, б - границы водосборных бассейнов реки Пясина и Норило-Пясинской водной системы; в - пункты гидрохимических наблюдений; г - опорный гидрологический пост р. Норилка (пос. Валек); д - населенные пункты

Выделяются два анализируемых гидрологических наблюдений 1938-2005

периода: полный гт. и совместный

период период

гидрологических и гидрохимических наблюдений 1980-2003 гг., когда наблюдения за загрязнением вод по гидрохимическим показателям проводились по единой стандартной методике. В исследовании использованы данные гидрохимических • наблюдений на пяти водных объектах системы, предоставленные Гидрохимическим институтом Росгидромета при совместной научно-исследовательской работе.

Во второй главе представлена комплексная схема исследования и проведена оценка многолетней изменчивости гидрологических характеристик Норило-Пясинской системы.

Основной сложностью использования исходных данных для достижения цели является ограниченное число рядов, наличие в этих рядах пропусков, что требует для их восстановления использование различных методов и способов. С учетом особенностей имеющейся информации сети стационарных наблюдений разработана комплексная схема исследования для решения поставленных задач (рисунок 2). Для анализа гидрологической информации использовались общепринятые рекомендации (Методические рекомендации, 2007; СП 33-101-2003 и др.). Для анализа гидрохимической информации применялись методика группировки по интервалам (Пелешенко и др., 1977), методики интегральных показателей (РД 52.24.643-2002 и РД 52.24.661-2004).

Совместное использование гидрологической и гидрохимической информации сети стационарных наблюдений позволило дать комплексную оценку состояния водных ресурсов по количественным и качественным характеристикам и провести анализ многолетней изменчивости.

Для решения задач исследования выбран опорный гидрологический пост на р. Норилка (пос. Валек), имеющий самый продолжительный ряд наблюдений за стоком воды. Наблюдения на этом посту характеризуют водность основной части Норило-Пясинской системы, площадь водосбора р. Норилка в этом пункте составляет 82 % площади всего бассейна. В виду пропусков в наблюдениях за стоком воды на реке Норилка осуществлено приведение ряда к многолетнему периоду методом гидрологической аналогии. В качестве реки-

аналога выбрана река Хантайка (исток) соседнего водосборного бассейна, коэффициент корреляции составил 0,91 для годового стока.

Сбор н сиаемапшцня исходной информации

Оценка пилимы и возможности совместного использования гидрологической н тидр<)\нмнчссьой информации

Определенна к ¡шагггання испольчусммч методов расчетов н аипим

Анализ

гидрологической информации

.............................................Г..........................

Выявление многолетних тенлешшй ишмтшостл годового стока н его характеристик

I...................................г....................................:

Дшшп гидрохимической информации

Рясчсюгока .химических кп.иесгн Опрел слепне наиболее 1г;\сю истречасмыч ннгеряалок лмкиолеишл рядок Опенка качества пол но интегральным иока.шс.чям

Предложения по оптимизации сети нлГиюлемнн и н водох<шнс1»ешнт> использования вещных обьектов

Рисунок 2 - Комплексная схема исследования водных ресурсов

Также проведено восстановление данных по стоку за теплый (июнь-октябрь) и холодный (ноябрь-май) периоды при коэффициентах корреляции 0,95 и 0,77 соответственно. Внутригодовое распределение стока реки составляет 86 % и 14 % от нормы годового стока за теплый и холодный периоды соответственно. Проведен генетический и статистический анализ однородности рядов стока воды р. Норилка (пос. Валек), который показал их надежность.

Многолетняя изменчивость годового и сезонного стока воды р. Норилка оценена методом разностных интегральных кривых и характеризуется многоводными и маловодным периодами. К многоводным относятся периоды 1938-1955, 1988-2005 гг., к маловодному - период 1956-1987 гг. (рисунок 3).

11

Рисунок 3 - Разностные интегральные кривые годового и сезонного стока воды

р. Норилка (пос. Валек) Примечание - 1 - годовой сток; 2 - сток за теплый период; 3 - сток за холодный период

Период 1956-1987 гг. характеризуется скачкообразным уменьшение водности реки. Статистические характеристики анализа представлены в таблице 1.

Значимого многолетнего тренда изменения водности р. Норилка не выявлено. За современный период повышения водности амплитуда колебаний водного стока по сравнению с аналогичным периодом до 50-х годов XX века увеличилась. Такая тенденция ведет к снижению устойчивости природных процессов и более сложному прогнозированию их изменения.

Методом водного баланса озера с привлечением метеорологических параметров восстановлен многолетний ряд годового стока воды Норило-Пясинской водной системы как поверхностного стока из озера Пясино. Основной составляющей приходной части водного баланса озера является поверхностный приток р. Норилка. В расходной части водного баланса определяющую роль играет поверхностный сток из озера в р. Пясина.

Среднемноголетняя величина годового стока Норило-Пясинской системы за период 1980-2003 гг. составляет 18,1 км3 с коэффициентом вариации 0,21.

Таблица 1 — Статистические характеристики годового и сезонного стока воды р. Норилка (пос. Валек)

Гидрологическая характеристика Период Кол-во лет Среднее ІІаимен. Наибол. а Су

Объем годового стока воды, км3 1938-2005 67 14,1 7,04 21,1 2,65 0,19

1938-1955 17 14,9 11,7 17,6 1,42 0,10

1956-1987 32 12,9 7,04 18,3 2,25 0,18

1988-2005 18 15,7 10,7 21,1 3,11 0,20

Объем стока воды за теплый период (У1-Х), км3 1938-2005 67 12,2 5,49 18,6 2,40 0,20

1938-1955 17 12,5 10,0 15,3 1,39 0,11

1956-1987 32 11,2 5,49 15,4 2,11 0,19

1988-2005 18 13,6 8,70 18,6 2,85 0,21

Объем стока воды за холодный период (XI-V), км3 1938-2005 67 1,98 1,07 3,71 0,47 0,24

1938-1955 17 2,33 1,67 3,10 0,37 0,16

1956-1987 32 1,71 1,07 2,85 0,34 0,20

1988-2005 18 2,11 1,67 3,71 0,49 0,23

Для подтверждения надежности оценки годового стока воды из оз.

Пясино, выполненной на основе метода водного баланса, производилось

сравнение вычисленных и измеренных объемов стока из озера по пункту р.

Пясина («Холомо», 7,9 км от истока) за 1946, 1947 гг. Сравнительный анализ

показал, что при принятых допущениях при стоке воды 15,8 км3 в 1946 г.

невязка составила 1,3 %, в 1947 г. при стоке 19,4 км3 - 0,5 %, что позволяет

использовать вычисленные значения годового стока воды из озера при

отсутствии гидрометрических наблюдений.

В третьей главе проведен анализ качественного состояния водных

ресурсов системы в условиях антропогенного воздействия.

С помощью методики группировки по интервалам проанализировано 165

многолетних рядов по 18 гидрохимическим показателям. Для определения

оптимального числа интервалов использовалось число Стэрджесса. Выявлены

наиболее часто встречаемые интервалы, как характерные интервалы

13

гидрохимических показателей за многолетний период, результаты представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Многолетние характеристики основных гидрохимических показателей водных объектов Норило-Пясинской системы за 1980-2003 гг.

оз. Лама р. Норилка р. Амбарная р.Щучья оз. Пясино

Водный объект и пост а! и 5 м я „ ю § <2 0! й и >ч н* о 3 н и н О 5 е и >> н о « а >» Э н я 10 км от устья р. Амбарная « В а о Б >. В о ^ а 8 в и № К £

00 8 — р* і о ГЛ і т х й § січ тг § р. v, о"

рН* 7 33-7 47 600-8 65 7 38-7 55 5 60-8 50 7 33-748 5.80-8.55 801-8 16 6 10-8 60 7 80-795 6 15-8 85 7 79-8 05 5 45-9.87 7 34-7 49 5 90-8 35 7 44-7 57 6 15-8 35 7 58-7.73 5.90-8.80

Растворенный кислород 10 5-И 1 4 15-145 10 7-И 3 4.5-15.5 10 5-11 0 4 04-15.1 9 97-10.7 3.57-15.7 9 47-10 1 4 17-16.1 6 88-7 74 Н.О.-14 6 8 73-9 40 3.43-147 9 95-10 7 3.41-15.7 9.94-10 5 4.04-152

БПК3 0 8-1 2 0 1-6 5 0 9-1 2 0.3-5.6 0 3-0 7 0 3-7.3 0 5-0 8 0.5-62 0 4-0 9 0.4-8.9 0 5-4 0 0.5-59.2 0 4-1 0 0 4-10.1 1 0-15 02-7.3 06-11 0.1-9.3

Минерализация 53 3-64 2 31.5-228 46 4-55 9 36 9-189 520-67.5 366-299 125-177 20.9-852 124-206 42 4-1430 111-291 111-2994 35 9-118 35.9-1438 25 4-72 4 25.4-824 54 9-98 3 11.5-793

Гидрокарбонаты 123-185 0 1-108 134-197 7.1-109 22 3-28 3 43-106 78 3-95 1 11 2-281 29 8-50 6 9 0-365 44 4-56 5 82-204 18 2-29 5 7.0-195 6 6-26 6 6.6-340 20 1-29 6 1.2-172

Сульфаты 13 4-20 4 6 4-132 19 3-23 8 1.4-73 0 16 1-23 1 9.1-129 16 4-30 9 1.9-234 3 8-62 3 3 8-998 188-121 188-1657 8 6-66 5 86-992 2 9-26 0 2.9-396 2 4-22 3 2.4-361

Хлориды 4 5-5 4 0 7-17 7 3 7-4 6 1 8-168 1 8-3 8 1.8-35.1 1 4-3 0 1.4-27.7 14-3 5 1.4-36 5 5 7-300 5.7-394.6 0 68-5 6 0.68-83 7 5 0-7 0 1 1-34 4 3 8-6 2 1.4-44 7

Азот аммонийный н.о.-О 03 И.О.-0.62 Н.о.-О 05 н.о.-О 80 0 06-0 13 Н.о.-І .08 н.о.-О 11 11.0.-1 80 н.о.-О 83 Н.О.-14 1 н.о-1 06 н.0.-18 0 н.о.-О 24 Н.О.-4.05 0 09-0 18 П.О.-1 53 н.о.-О 10 н.о.-І 81

Азот нитратный н.о.-О 02 Н.о.-О 44 н.о.-О 03 Н.О.-0.40 н.о.-О 04 Н.О.-0.64 н.о.-О 04 Н.О.-0 61 н.о.-О 05 н.о.-О 93 н.о.-О 13 Н.О.-2.12 н.о.-О 07 Н.0.-1.І2 и.о.-О 17 Н.О.-2.96 н.о.-О 16 н.0,-2 86

Азот нитритный н.о.-О 001 н.о.-О 026 н.о.-О 002 Н.О.-0 032 н.о.-О 004 н.о.-О 066 н.о.-О 002 н.о.-О 030 н.о.-О 011 Н.о.-О 192 н.о.-О 024 11.О.-0.390 н.о.-О 009 н.о.-О. 151 н.о.-О 005 н.о.-О 077 н.о.-О 012 н.о.-О 220

Фосфор фосфатный н.о.-О 007 н.о.-О 117 н.о.-О 005 н.о.-О 079 н.о.-О 008 н.о.-О 135 н.о.-О 013 н.о.-О 210 н.о.-О 031 н.о.-О 532 н.о.-О 109 н.0.-1.760 Н.о.-О 004 Н.о.-О 063 н.о.-О 004 н.о.-О 066 Н.О.-0 014 н.о.-О 260

Железо общее н.о.-О 22 Н.О.-3 90 н.о.-О 13 Н.О.-2 15 н.о.-О 15 Н.О.-2 63 н.о.-О 06 Н.О.-1 61 н.о.-О 33 Н.О.-5 60 0 03-0 27 0 03-3 86 0 13-0 26 Н.О.-2 18 0 03-0 30 003-4,70 н.о.-О 19 Н.О.-3.50

Медь (Си2*) н.о.-О 002 н.о.-О 039 н.о.-О 004 н.о.-О 070 н.о.-О 005 н.о.-О 093 н.о.-О 003 н.о.-О 054 н.о.-О 021 н.о.-О 384 н.о.-О 145 Н.О.-2.47 Н.о.-О 012 н.о.-О. 198 Н.о.-О 013 Н.о.-О 216 н.о.-О 005 н.о.-О 087

Никель (М2*) н.о.-О 003 н.о.-О 043 н.о.-О 003 н.о.-О 054 н.о.-О 024 н.о.-О 459 н.о.-О 006 н.о.-О 106 н.о.-О 015 н.о.-0.278 н.о.-О 154 н.о.-2 62 н.о -0 005 н.о.-О 084 Н.о.-О 004 н.о.-О 066 11.О.-0012 н.о.-О 231

Цинк (7п2+) н.о.-О 005 Н.О.-0 084 Н.О.-0 001 Н.о.-О 022 н.о.-О 004 н.о.-О 072 н.о.-О 001 Н.О.-0 015 н.о.-О 009 н.о.-О. 165 н.о.-О 061 н.о.-І 030 н.о.-О 002 н.о.-О.ОЗО Н.о.-О 003 н.о.-О 052 н.о-0 012 н.о.-О 222

Нефтепродукты н.о.-О 09 11.0.-1.66 н.о.-О 08 н.о.-І 48 н.о.-О 12 11.0.-2 20 н.о.-О 11 11.0.-1 89 Н.о.-О 09 п.0,-1.64 Н.о.-О 14 Н.О.-2.36 0 14-0 27 Н.О.-2.32 0 15-0 29 )|.о.-2.50 Н.о.-О 12 П.О.-235

Фенолы н.о.-О 001 н.о.-О 025 н.о.-О 001 н.о.-О 012 н.о.-О 001 н.о.-О 024 н.о.-О 001 н.о.-О.020 н.о.-О 002 н.о.-О 040 н.о.-О 002 н.о.-О 033 н.о.-О 002 Н.О.-0.026 н.о.-О 004 н.о.-О 074 н.о.-О 003 И.о.-О 052

СПАВ н.о.-О 01 н.о.-О 13 н.о.-О 01 н.о.-О 07 н.о.-О 01 н.о.-О 25 н.о.-О 01 н.о.-О 08 н.о.-О 02 И.о.-0 43 н.о.-О 02 н.о.-О 28 н.о.-О 02 н.о.-О 31 Н.о.-О 01 ilo.-0.08 н.о.-О 01 н.о.-О 13

Таблица 3 — Многолетние характеристики основных гидрохимических показателей р. Норилка (1 км выше впадения р. Рыбная) по фазам водного

режима за 1988-2003 гг.

Наименование показателя В целом за многолетний период в т.ч. по фазам водного режима

Весенне-летнее половодье Летне-осенние паводки Зимняя межень

рН* 7.38-7.55(0.21) 5.60-8.50(153) 7.03-7.21 (0.26) 5.80-8.10(38) 7.26 - 7.43 (0.26) 6.20-8.10(19) 7.38 - 7.56 (0.26) 5.60- 8.50(96)

Растворенный кислород 10.7-11.3 (0.15) 4.5-15.5(155) 9.18-9.86(0.26) 5.10-14.0(38) 9.63-10.17 (0.24) 6.41-12.4(21) 10.61 4.5 -11.29(0.16) - 15.5(96)

бпк5 0.9-1.2(0.22) 0.3-5.6(155) 1.1 - 1.5(0.21) 0.3 - 5.6 (38) 0.9-1.3(0.38) 0.5-5.0 (21) 0.50.5 -0.8(0.24) -4.8(26)

Минерализация 46.4-55.9 (0.12) 36.9- 189(92) 46.3-55.6 (0.21) 37.1 - 156(38) 44.4 - s2.5 (0.30) 44.4-114(10) 81.636.9 -92.8(0.18) - 189(44)

Гидрокарбонаты 13.4-19.7(0.22) 7.1 - 109(93) 18.9-24.2 (0.32) 8.3 -77.6 (38) 15.9-19.4 (0.40) 15.9-46.2(10) 36.97.1 -44.3 (0.20) - 109 (45)

Сульфаты 19.3-23.8(0.17) 1.4 - 73.0(93) 13.1-17.3(0.26) 4.8 - 59.4 (38) 9.1 - 15.0(0.40) 9.1 -34.6(10) 27.61.4 -32.9(0.18) -73.0(45)

Хлориды 3.7 - 4.6 (0.20) 1.8- 16.8(96) 1.8-3.0(0.34) 1.8-16.8(38) 6.1 -6.7(0.25) 2.1-8.2(12) 3.91.8 -4.9(0.22) - 16.0 (46)

Азот аммонийный н о. -0.05 (0.33) но.-0.80 (92) 0.06-0.12(0.26) н.о. - 0.80 (38) 0.15-0.17(0.30) н.о. -0.18(10) н.о. -и.о. 0.03 (0.32) - 0.42 (44)

Азот нитратный н о.-0.03 (0.42) н о. - 0.40 (92) н.о.-0.01 (0.24) н.о. -0.19(38) н.о.-0.01 (0.30) н.о. -0.08 (10) н.о. -н.о. 0.03 (0.27) - 0.40 (44)

Азот нитритный н о.-0.002 (0.90) и.о.-0.032 (92) н о.-0.001 (0.921 н.о.-0.018 (38) и.о.-0.001 (0.801 н.о.-0.010 (10) Н.О - н.о. 0 002 (0.821 0.032 (44)

Фосфор фосфатный и.о. - 0 005 (0.45) н о.-0.079 (91) н.о. - 0.006 (0.54) н.о.-0.079 (37) н.о. - 0.002 (0.40) н о.-0.020 (10) н.о. — н.о. 0.004 (0.39) -0.058(44)

Железо общее и.о.-0.13(0.51) н.о. - 2.15 (91) 0.11-0.22(0.411 но, - 1.46(37) 0.07-0.31 (0.80) 0.07-2.15(10) 0.07-н.о. -0.11 (0.23) - 0.50 (44)

Медь (Си2*) но.-0.004 (0 51) н.о. - 0.070(151) 0.004 - 0.007 (0.37) н.о. -0.048(38) н.о.-0.002(0.21) и.о.-0.017(19) н.о. -. и.о. 0.003 (0.461 -0.070(96)

Никель (№2+) н о.-0.003 (0.61) н.о. -0.054 (150) н.о. - 0.002 (0.55) н.о. -0.030 (38) н.о.-0.003 (0.53) н.о. - 0.032 (19) н.о. -н.о. 0.003 (0.65) 0.054 (93)

Цинк и.о. -0.001 (0.72) н.о.-0.022(149) н.о. - 0.002 (0.78) н.о.-0.022(37) н.о. -0.001 (0.67) и.о.-0.011 (18) н.о. -н.о. 0 001 (0.661 -0.018(94)

Нефтепродукты н.о. - 0.08 (0.57) но, - 1.48(151) н.о. -0.11 (0.58) н.о.- 1.48(38) 0.15-0.18(0.42) н.о.-0.32 (19) н.о. и.о. 0.06 (0.54) -0.91 (94)

Фенолы н.о.-0.001 (0.96) н.о.-0.012 (143) н.о.-0.001 (0.54) н.о.-0.012 (35) н.о.-0.001 (0.67) н.о. -0.012 (18) н.о. -н.о. 0.001 (0.72) -0.012(90)

СПАВ н.о.-0.01 (0.791 н.о.-0.07(151) н о.-0.01 (0.76) н.о.-0.05(38) н.о.-0.01 (0.74) н.Ь.-0.05(19) н.о. -н.о. 0.01 (0.80) -0.07 (94)

Примечание для таблиц 2 и 3: * - единицы измерения: для рН - ед. рН, для остальных показателей - мг/дм3; и.о. - ниже предела обнаружения

В числителе: наиболее часто встречаемый интервал, в скобках - относительная частота интервала

В знаменателе: диапазон колебания показателя, в скобках - количество значений

Для р. Норилка в верхнем течении выявлены региональные тенденции сезонной динамики гидрохимических показателей Норило-Пясинской системы (таблица 3). Этот пункт наблюдения не подвергается прямому загрязнению от промышленных предприятий. Внутригодовая изменчивость качества вод формируется согласно природным гидрологическим и гидрохимическим закономерностям, за исключением загрязнения нефтяными углеводородами, которое обусловлено местным загрязнением от транспортных средств в летний период.

Оценка качества вод системы по интегральным показателям проводилась на основе методик удельного комбинаторного индекса загрязненности вод (УКИЗВ) и оценки риска антропогенного воздействия.

За исследуемый период значения УКИЗВ по водным объектам Норило-Пясинской системы варьируются от 1,53 до 10,6. Широкий диапазон значений УКИЗВ на небольшом водосборе объясняется сильным антропогенным воздействием на водные объекты. Наиболее высокие значения индекса наблюдаются в воде р. Щучья близи г. Норильска. По существу, река представляет собой сточный водоток предприятий Норильского комплекса. УКИЗВ р. Щучья не опускаются ниже 4,94, что соответствует классу 4В «очень грязная», а в среднем за многолетний период составляет 6,97. С 1980 по 1988 гг. число критических показателей загрязненности (КПЗ) вод р. Щучья варьируется в пределах 7-10 и основными КПЗ являются БПК5, растворенный кислород, азот аммонийный, азот нитритный, сульфаты, нефтепродукты, фенолы, соединения меди, железа и цинка. Характеристика загрязненности вод за этот период определяется по наивысшему 5 классу «экстремально грязная». На последующем этапе 1989-2003 гг. наблюдается спад и стабилизация индекса УКИЗВ, качество воды характеризуется в основном по классу 4Б-4В «грязная» и «очень грязная».

Низкие значения УКИЗВ Норило-Пясинской системы отмечены на створах оз. Лама, р. Норилка (1 км выше впадения р. Рыбная) и р. Амбарная (30 км от устья) и составляют в среднем 2,59, 2,74 и 2,86 соответственно. Качество

воды характеризуется преобладающим классом ЗА-ЗБ «загрязненная» и «очень загрязненная», редко «условно чистая» и «слабо загрязненная». Следует отметить, что на этих пунктах наблюдений в 51 % случаев КПЗ не выявлены и в 35 % случаев единственным КПЗ вод являются соединения меди. Таким образом, для фоновых пунктов наблюдений, не подверженными прямому антропогенному воздействию, оз. Лама (8 км от дома отдыха «Лама») и р. Норилка (1 км выше впадения р. Рыбная) характерны фоновые концентрации соединений меди выше установленных ПДК. Постоянно высокие концентрации соединений меди в воде объектов системы, не подверженных прямому антропогенному воздействию, обусловлены природным геохимическим фоном территории их водосбора.

УКИЗВ по трем пунктам наблюдений на оз. Пясшю колеблются от 1,82 до 5,37 и в среднем составляют 3,35. Класс качества воды - ЗА-4В от «загрязненная» до «очень грязная». По акватории озера минимальные значения индекса наблюдаются в восточной части у устья р. Дьянгы, в южной и северной части значения индекса выше. Антропогенное загрязнение озера происходит за счет южных притоков, в т.ч. р. Амбарная, Щучья и Норилка, которые привносят значительное количество сточных вод. В виду морфометрических особенностей озера перемещение загрязняющих веществ происходит в северном направлении. К критическим показателям загрязненности озера относятся соединения меди, никеля, железа, нефтепродукты, фенолы.

Интегральными показателями методики оценки риска антропогенного воздействия на водные объекты являются доля и степень воздействия. Согласно классификации, по содержанию растворенного кислорода состояние всех исследуемых экосистем водных объектов оценивается как естественное. Однако по другим показателям отмечается равновесное, кризисное и даже критическое состояние экосистем. В целом для оз. Пясино состояние экосистемы определяется как равновесное. Значения доли (27-31 %) и степени (0-5 %) воздействия озера завышены в основном за счет превышения ПДК содержания соединений меди и нефтепродуктов (таблица 4). Высокие значения

характерны для периода 1980-1991 гг., затем наблюдается спад и с 1995 г. незначительное повышение.

Таблица 4 - Наиболее часто встречаемые интервалы многолетних рядов показателей водных объектов по методике оценки риска антропогенного

воздействия

Водный объект Наименование поста Кислород, мг/дм' бпк5, мг/дм3 Азот аммонийный мг/дм3 Доля воздействия, % Степень воздействия, % Состояние экосистемы

оз. Лама, 8 км от дома отдыха "Лама" 10,5-11.1 0.8-1.2 н.о.-О.ОЗ 20-22 0-4 естественное/ равновесное

р. Норилка 1 км в.вп.р. Рыбная 10.7-11.3 0.9-1.2 Н.О.-0.05 18-21 0-3 естественное/ равновесное

4,5 км от устья 10.5-11.0 0.3-0.7 0.06-0.13 28-31 0-4 равновесное

р. Амбарная 30 км от устья 9.97-10.7 0.5-0 8 н.о.-О.Н 18-21 0-3 естественное/ равновесное

13 км от устья 9.47-10.1 0.4-0.9 и.о-0.83 37-43 0-5 равновесное

р. Щучья, г. Норильск, 14 км от устья 6.88-7.74 0.5-4.0 и.о.-1.06 66-70 10-15 кризисное/ кртпческое

оз. Пясино 10 км от устья р. Амбарная 8.73-9.40 0.4-1.0 Н.О.-0.24 28-31 0-5 равновесное

4 км от устья р. Дьянгы 9.95-10.7 1.0-1.5 0.09-0.18 27-30 0-4 равновесное

0,5 км от истока р. Пясина 9.94-10.5 0.6-1.1 н.о.-О.Ю 28-31 0-5 равновесное

Расчет годового стока растворенных химических веществ производился на основе восстановленных методом водного баланса значений годового стока воды Норило-Пясинской системы и данных гидрохимических наблюдений на оз. Пясино (0,5 км от истока).

В компонентном составе стока растворенных химических веществ преобладают главные ионы. Более 2 млн. тонн в год ионного стока в среднем привносят водные объекты Норило-Пясинской системы в р. Пясина. По группе анионов наибольший вклад дают сульфаты и гидрокарбонаты, в основном сток сульфатов преобладает за счет аитропогешюго загрязнения. В таблице 5 представлены диапазоны колебаний стока химических веществ и его средние значения.

По значению модуля стока химических веществ проведено сравнение с другими арктическими водными объектами. Например, модуль стока соединений меди системы в 4,5 раза больше стока соединений меди соседнего водосбора р. Енисей (г. Дудинка).

Таблица 5 - Годовой сток химических веществ Норило-Пясинской системы за период 1980-2003 гг. __

Ингредиент химического стока Диапазоны колебаний, тыс. т/год Среднемноголетнее значение

тыс. т/год т/км2год

Главные ионы (по минерализации) 1100-5970 2094 87.3

Гидрокарбонаты 265-1440 629 26.2

Сульфаты 341-2410 726 30.3

Хлориды 66-377 145 6,04

ЛООВ (по БПК5) 4.1-16.9 9.98 0.42

Азот аммонийный 0.704-12.2 3.61 0.150

Азот нитратный 0.182-19.5 2.99 0.125

Азот нитритный 0.010-0.779 0.098 0.004

Фосфор фосфатный 0.045-0.970 0.221 0.009

Железо общее 1.54-16.2 6.10 0.254

Медь (Си2+) 0.027-0 611 0.212 0.009

Никель (№2+) 0.018-0.688 0.207 0,009

Цинк ('¿п2') 0.013-0.422 0.083 0.003

Нефтепродукты 1.43-21.1 5.78 0.241

Фенолы 0.002-0.214 0.064 0.003

СПАВ и.о. -0.850 0.243 0.010

Графики многолетней изменчивости годового стока химических веществ изображены на рисунке 4. Полученные результаты позволяют представить временную изменчивость стока химических веществ Норило-Пясинской системы. Наиболее широкий размах колебания стока химических веществ наблюдается по сульфатам и гидрокарбонатам за период 1986-1991 тт., по соединениям тяжелых металлов за 1980-1990 гг., по нефтепродуктам за 19801985 гг. В целом период 1980-1990 г. характеризуется значительной

вариативностью стока химических ингредиентов, после 1991 г. наблюдается уменьшение диапазонов колебаний годового стока.

Рисунок 4 — Многолетняя изменчивость годового стока воды (>Уь в км3/год) и

химических веществ (О, в тыс.т/год) Норило-Пясинской системы Примечание — 1 - сток воды; а) главные анионы: 2 - гидрокарбонаты, 3 - сульфаты, 4 -хлориды; б) легкоокисляемые органические вещества (5) и минеральные формы азота: 6 -азот аммонийный, 7 - азот нитратный; в) соединения тяжелых металлов: 8 - никеля, 9 - меди, 10 - цинка; г) загрязняющие вещества: 11 - нефтепродукты, 12 - фенолы летучие

Незначительная взаимосвязь значений годового стока воды и химических веществ отмечается по главным анионам (сульфатам, гидрокарбонатам и хлоридам) и легкоокисляемым органическим веществам. По другим рассматриваемым ингредиентам химического стока значимой связи межгодовой изменчивости с водным стоком не выявлено. Такая особенность соотношения стока химических веществ с водным стоком явно свидетельствует о высокой антропогенной составляющей химического стока оз. Пясино, как аккумулирующего водоема Норило-Пясинской системы.

Результаты показали, что оз. Пясино, являющееся заключительным звеном Норило-Пясинской системы, выполняет роль регулятора и накопителя сбросов загрязняющих веществ Норильского горно-металлургического комплекса, особенно по тяжелым металлам и нефтепродуктам.

В четвертой главе сформулированы предложения по водохозяйственному использованию водных объектов и по восстановлению и оптимизации сети наблюдений на них.

Гармонизация гидрологической и гидрохимической сети наблюдений является ключевой задачей при оптимизации сети наблюдений на водных объектах. Предлагается организовать совместные пункты гидрологических и гидрохимических наблюдений на основе гидрологической сети, тем самым возобновить наблюдения за загрязнением вод. Необходимо организовать совместные пункты наблюдений в истоке реки Пясина для оценки количественного и качественного состояния водных ресурсов всей Норило-Пясинской водной системы. Гидрологический пост р. Норилка (пос. Валек) перевести из категории дополнительной сети в основную с определением статуса реперного поста. Кроме того, исходя из потребностей предприятий г. Норильска возможна организация дополнительной сети наблюдений на реках Амбарная и Щучья. Предлагается создание мобильной гидролого-гидрохимической лаборатории для проведения наблюдений на удаленных и труднодоступных озерах и реках системы и в случаях чрезвычайных загрязнений. Для более полного изучения системы предложено проводить биологический мониторинг в основные фазы водного режима на совместных пунктах сети.

По водохозяйственному районированию бассейна реки Пясина Норило-Пясинская водная система выделена в отдельный водохозяйственный участок, отличающийся степенью антропогенного воздействия от всего водосбора р. Пясина.

При разработке нормативов допустимого воздействия (НДВ) на водные объекты системы предлагается использовать наиболее часто встречаемые

интервалы многолетних рядов по пунктам наблюдений на озере Лама и р. Норилка (1 км выше впад. р. Рыбная). Для расчетов лимитов водопотребления необходимо учитывать данные стока воды за весь инструментальный период наблюдений, а не только за современный период. Это объясняется тем, что современный этап наблюдений соответствует многоводному периоду, расчеты лимитов водопотребления, выполненные на основе последнего периода, будут завышены.

В заключении сформулированы основные результаты и выводы, полученные при выполнении диссертационной работы.

1. Разработанная комплексная схема исследования позволила оценить пространственно-временную изменчивость количественного и качественного состояния водных ресурсов при недостаточности и разрозненности исходных данных.

2. Многолетняя изменчивость годового и сезонного стока воды Норило-Пясинской системы за период 1938-2005 гг. значимым трендом не выражена. Выделены многоводные периоды (1938-1955 гг. и 1988-2005 гг.) и маловодный период (1956-1987 гг.). Сравнение двух многоводных периодов выявило тенденцию к увеличению экстремальных значений стока воды за современный многоводный период.

3. По характеру качества вод и антропогенной нагрузки на водные объекты Норило-Пясинской системы разделены на три группы. К первой относятся р. Норилка до створа 1 км выше впадения р. Рыбная и другие водные объекты, расположенные выше этого пункта наблюдения, в т.ч. оз. Лама. Качество вод этой группы формируется под влиянием природных факторов с незначительным косвенным атмосферным загрязнением. Вторая группа, включающая оз. Пясино, р. Норилка в среднем и нижнем течении и р. Амбарная в верхнем течении, характеризуется умеренным загрязнением. Экстремально грязные реки Щучья и Амбарная (в среднем и нижнем течении) — основные приемники сточных вод горно-металлургической промышленности -образуют третью группу. Характерные интервалы гидрохимических

параметров первой группы водных объектов системы являются фоновыми значениями для разработки нормативов допустимого воздействия на водные объекты, учитывающие региональные особенности водосборного бассейна.

4. Оценена многолетняя изменчивость годового стока воды и химических веществ из Норило-Пясинской системы в реку Пясина за период 1980-2003 гг. Отсутствие значимых зависимостей стока химических веществ от стока воды в многолетнем масштабе свидетельствует о высокой антропогенной нагрузке на озеро Пясино, как замыкающий и аккумулирующий водоем системы.

5. Сформулированы рекомендации по водохозяйственному использованию водных объектов Норило-Пясинской системы. Предложена детализация гидрографического района бассейна р. Пясина с выделением Норило-Пясинской системы как отдельного водохозяйственного участка, отличающего степенью антропогенного воздействия на водные ресурсы. Даны рекомендации по восстановлению и оптимизации сети наблюдений на водных объектах системы с ключевой задачей совмещения гидрологических и гидрохимических наблюдений и организации пункта наблюдений на р. Пясина в истоке.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Иванов В.В., Румянцева Е.В. Многолетняя изменчивость годового стока воды и химических веществ Норило-Пясинской водной системы в условиях антропогенного воздействия // Вода: химия и экология. — 2011. — № 12. — С. 23-28. (Издание из Перечня ВАК).

2. Румянцева Е.В. Гидролого-экологическое состояние Норило-Пясинской водной системы в современных условиях антропогенного воздействия II Труды института прикладной геофизики им. академика Е.К. Федорова. -2008.-Вып. 86.-С. 125-129.

3. Румянцева Е.В. Изменение гидролого-экологического состояния Норило-Пясинской водной системы в современных условиях антропогенного воздействия // Сборник трудов. Международный молодежный научно-

образовательный форум «Омега», 24-27 ноября 2009. - СПб., 2009. - С.

4. Румянцева Е.В. Баланс химических веществ озера Пясино в условиях антропогенного воздействия // Материалы Международного молодежного научного форума «Ломоносов-2010» / Отв. ред. И.А. Алешковский, П.Н. Костылев, А.И. Андреев, A.B. Андриянов. [Электронный ресурс] — М.: МАКС Пресс, 2010.

5. Румянцева Е.В. Оценка гидрохимического состояния Норило-Пясинской водной системы в условиях антропогенного воздействия // Экология арктических и приарктических территорий: Материалы международного симпозиума / Институт экологических проблем Севера УрО РАН; отв. ред. др хим. наук, проф. К.Г. Боголицын. - Архангельск, 2010. - С. 120-123.

6. Румянцева Е.В. Анализ трансформации гидрохимического режима озера Пясино под влиянием антропогенной деятельности // Исследования молодых географов: Сб. ст. победителей секции «География» XVII Международной молодежной науч. конф. «Ломоносов» / Отв. ред. А.Н. Иванов. - М.: МАКС Пресс, 2010.-С. 50-54.

7. Румянцева Е.В. Сезонная изменчивость гидрохимических характеристик верхнего бассейна реки Пясина в условиях антропогенного влияния // IV Международная молодежная научная конференция «Экология-2011» (6-11 июня 2011 года): материалы докладов. - Архангельск, 2011. - С. 62-63.

8. Румянцева Е.В. Многолетняя изменчивость качества поверхностных вод верхней части водосборного бассейна р. Пясина в условиях антропогенного воздействия // Водная среда и природно-территориальные комплексы: исследование, использование и охрана. Материалы IV Школы-конференции молодых ученых с международным участием (26-28 августа 2011 г.). -Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2011. - С. 74-79.

260-267.

Подписано в печать 17.02.2012 Формат 60x90/16 Бумага офсетная. Усл. печ. л. 1,5 Тираж 100 экз. Заказ 54

Отпечатано в типографии «Адмирал» 199048, Санкт-Петербург, В.О., 6-я линия, д. 59 корпус 1, оф. 40

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Румянцева, Елена Владимировна, Санкт-Петербург

61 12-11/86

ФГБУ «Арктический и антарктический научно-исследовательский институт»

На правах рукописи

Румянцева Елена Владимировна

АНАЛИЗ МНОГОЛЕТНЕЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ НОРИЛО-ПЯСИНСКОЙ ОЗЕРНО-РЕЧНОЙ СИСТЕМЫ В УСЛОВИЯХ АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

Специальность 25.00.27 - «Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия»

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата географических наук

Научный руководитель: кандидат технических наук, старший научный сотрудник Иванов В.В.

Санкт-Петербург 2012

СОДЕРЖАНИЕ

Введение..................................................................................................................4

Глава 1 Состояние изученности водных объектов Норило-Пясинской системы..................................................................................................................10

1.1 Современные природные условия водосборного бассейна и антропогенное воздействие на водные объекты...............................................10

1.2 Экспедиционные исследования и стационарные наблюдения..................17

1.3 Научные обобщения и методы по оценке водных ресурсов......................24

Выводы по главе 1 и постановка задач исследования......................................29

Глава 2 Комплексная схема исследования и многолетняя изменчивость годового стока воды и его характеристик Норило-Пясинской системы.........32

2.1 Комплексная схема исследования................................................................32

2.2 Приведение рядов гидрологических характеристик к многолетнему периоду...................................................................................................................34

2.3 Многолетняя изменчивость годового стока воды и его характеристик ...40

Выводы по главе 2.................................................................................................46

Глава 3 Анализ качественного состояния водных ресурсов системы в условиях антропогенного воздействия..............................................................47

3.1 Используемая гидрохимическая информация............................................47

3.2 Многолетняя и сезонная изменчивость качества вод.................................48

3.3 Сток химических веществ Норило-Пясинской водной системы.............57

3.4 Оценка качества вод системы по интегральным показателям..................62

Выводы по главе 3...............................................................................................74

Глава 4 Использование результатов исследования и предложения по оптимизации сети наблюдений на водных объектах и их водохозяйственного использования......................................................................................................76

4.1 Использование результатов исследования.................................................76

4.2 Предложения по оптимизации сети наблюдений на водных объектах ..77

4.3 Предложения по водохозяйственному использованию водных ресурсов системы................................................................................................................80

Выводы по главе 4.................................................................................................85

Заключение............................................................................................................86

Список использованных источников................................................................88

Приложение А......................................................................................................107

Приложение Б......................................................................................................113

Приложение В......................................................................................................114

Приложение Г......................................................................................................115

Приложение Д......................................................................................................116

Введение

Актуальность темы. Поверхностные водные объекты обладают исключительной важностью в функционировании природных и техногенных систем. Водные объекты арктической зоны отличаются особенной чувствительностью и уязвимостью к антропогенному воздействию. Принятие эффективных мер по решению проблем водопользования и водопотребления, а также модернизация программы наблюдений государственного мониторинга водных объектов невозможны без подробной оценки их состояния на основе уже имеющихся данных.

Выбор объекта исследования связан с тем, что Норило-Пясинская озерно-речная система, относящаяся к водосборному бассейну р. Пясина, является уникальной водной системой арктической зоны России, характеризующейся высокой озерностью. Наибольшее антропогенное воздействие Норило-Пясинская водная система испытывает от предприятий Норильского горно-металлургического комплекса и г. Норильска. В виду отсутствия крупных населенных пунктов и промышленных объектов собственно на реке Пясина загрязнение Норило-Пясинской водной системы является основным на водосборе реки и распространяется в Карское море.

Особую актуальность исследование приобретает в связи с реализацией Водной стратегии РФ на период до 2020 года. В частности, стратегией предусмотрена разработка нормативов допустимого воздействия на водные объекты, учитывающие региональные особенности и индивидуальные характеристики водных объектов, и развитие системы государственного мониторинга водных объектов.

Следует отметить, что исследование приобретает интерес в связи с малой изученностью количественного и качественного состояния поверхностных вод Норило-Пясинской системы в современных условиях антропогенного воздействия.

Объектом исследования являются поверхностные водные ресурсы Норило-Пясинской озерно-речной системы.

Предмет исследования - пространственные и временные особенности изменения количественных и качественных характеристик водных ресурсов в условиях антропогенного воздействия.

Цель исследования - провести анализ многолетней пространственно-временной изменчивости количественного и качественного состояния поверхностных водных ресурсов Норило-Пясинской системы для разработки предложений по оптимизации ведения государственного мониторинга водных объектов и их водохозяйственному использованию. Научная новизна работы.

Впервые дана оценка многолетней изменчивости стока воды и химических веществ из Норило-Пясинской системы в реку Пясина.

Выявлены тенденции многолетней изменчивости количественного состояния водных ресурсов системы, охарактеризованы многоводные и маловодный периоды.

Впервые исследована сезонная динамика параметров качества вод, дана оценка по интегральным показателям. Оценена антропогенная нагрузка на водные объекты системы в современных условиях. Основные защищаемые положения.

1. Выявленные закономерности изменения количественного состояния водных ресурсов системы определяют наличие многоводных и маловодного периодов. Значимой тенденции изменения водности системы за период 19382005 гг. не обнаружено.

2. Водные объекты Норило-Пясинской озерно-речной системы по характеру качества вод и антропогенному воздействию разделены на три группы. Характерные интервалы гидрохимических показателей по створам, не подверженным прямому антропогенному воздействию, на озере Лама и на р. Норилка (1 км выше впадения р. Рыбная) являются фоновыми значения, учитывающие региональные особенности водосборного бассейна.

3. Многолетняя изменчивость годового стока воды и химических веществ из Норило-Пясинской системы в реку Пясина свидетельствует о значительной

антропогенной нагрузке на озеро Пясино, как замыкающий и аккумулирующий водоем системы.

4. Уточнено гидрографическое районирование бассейна р. Пясина, Норило-Пясинская система выделена в отдельный водохозяйственный участок.

Практическая значимость работы заключается в использовании комплексной схемы исследования по оценке многолетней изменчивости водных ресурсов по данным стационарных наблюдений различных водосборов.

Результаты исследований являются составной частью научно-исследовательских работ, выполненных в рамках тем 1.2.1.2 и 1.3.3 Плана НИОКР Росгидромета на 2011 г., в целях реализации целевой научно-технической программы Росгидромета на 2011-2013 гг.

Материалы исследования были применены при планировании, осуществлении и выработке рекомендаций в научно-методической инспекции ААНИИ по гидрологическим наблюдениям Среднесибирского УГМС Росгидромета (г. Норильск - с. Туруханск - г. Красноярск, 2011).

Результаты исследования использованы для разработки проекта «Схемы комплексного использования и охраны водных объектов, включая нормативы допустимого воздействия, по бассейну реки Пясина» Енисейского бассейнового водного управления Федерального агентства водных ресурсов РФ.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на 12 международных и всероссийских форумах, конференциях, конкурсах, научных сессиях и научно-практических семинарах. В их числе: Конференция молодых ученых, посвященная 70-летию дрейфа СП-1 (Москва, 2008), Всероссийский молодежный конкурс научных работ по тематике «Чистая вода» (Москва, 2009), Конференция молодых учёных «Проблемы развития полярных регионов в условиях глобального изменения климата» в рамках международного молодежного Омега-форума (Санкт-Петербург, 2009), Итоговые сессии ученого совета

ААНИИ по результатам работ (Санкт-Петербург, 2009, 2010), Конкурс научно-исследовательских работ молодых ученых по полярной тематике, проводимого рамках Юбилейных мероприятий, посвященных 90-летию ААНИИ (Санкт-Петербург, 2010), Международный молодежный форум «Ломоносов-2010» (Москва, 2010), Семинар молодых ученых «Роль молодежи в перспективных направлениях исследований Арктики и Антарктики» (Санкт-Петербург, 2010), Международный симпозиум «Экология арктических и приарктических территорий» (Архангельск, 2010), Конференция молодых специалистов, посвященная 50-летию НПО «Тайфун» (Москва, 2010), IV Международная молодежная научная конференция «Экология-2011» (Архангельск, 2011), IV Школа-конференция молодых ученых с международным участием «Водная среда и природно-территориальные комплексы: исследование, использование и охрана» (Петрозаводск, 2011).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав основного содержания, заключения, списка использованных источников и приложений. Текст изложен на 116 страницах, включая 8 таблиц, 13 рисунков и список использованных источников, состоящий из 184 наименований. Работа содержит 5 приложений.

Личный вклад автора заключается в научном и практическом решении задач исследования: в сборе и систематизации исходных данных; в оценке полноты и качества гидрологических наблюдений сети Росгидромета на исследуемых водных объектах при непосредственном участии автора в составе научно-методической инспекции ААНИИ; в разработке комплексной схемы исследования; в оценке многолетней изменчивости количественного и качественного состояния водных ресурсов Норило-Пясинской озерно-речной системы; в разработке предложений по оптимизации сети наблюдений на водных объектах и их водохозяйственному использованию.

Автор диссертации выражает глубокую признательность научному руководителю Иванову В.В. и сотрудникам отдела гидрологии устьев рек и

водных ресурсов ААНИИ за действенную помощь в сборе фактического

материала, ценные советы и рекомендации.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, в том числе

одна статья в журнале, входящем в Перечень ВАК.

1. Иванов В.В., Румянцева Е.В. Многолетняя изменчивость годового стока воды и химических веществ Норило-Пясинской водной системы в условиях антропогенного воздействия // Вода: химия и экология. - 2011. -№ 12. - С. 23-28. (Издание из Перечня ВАК).

2. Румянцева Е.В. Гидролого-экологическое состояние Норило-Пясинской водной системы в современных условиях антропогенного воздействия // Труды института прикладной геофизики им. академика Е.К. Федорова. -2008. - Вып. 86. - С. 125-129.

3. Румянцева Е.В. Изменение гидролого-экологического состояния Норило-Пясинской водной системы в современных условиях антропогенного воздействия // Сборник трудов. Международный молодежный научно-образовательный форум «Омега», 24-27 ноября 2009. - СПб., 2009. - С. 260-267.

4. Румянцева Е.В. Баланс химических веществ озера Пясино в условиях антропогенного воздействия // Материалы Международного молодежного научного форума «Ломоносов-2010» / Отв. ред. И.А. Алешковский, П.Н. Костылев, А.И. Андреев, A.B. Андриянов. [Электронный ресурс] — М.: МАКС Пресс, 2010.

5. Румянцева Е.В. Оценка гидрохимического состояния Норило-Пясинской водной системы в условиях антропогенного воздействия // Экология арктических и приарктических территорий: Материалы международного симпозиума / Институт экологических проблем Севера УрО РАН; отв. ред. д-р хим. наук, проф. К.Г. Боголицын. - Архангельск, 2010. - С. 120-123.

6. Румянцева Е.В. Анализ трансформации гидрохимического режима озера Пясино под влиянием антропогенной деятельности // Исследования молодых географов: Сборник статей победителей секции «География»

XVII Международной молодежной науч. конф. «Ломоносов» / Отв. ред. А.Н. Иванов. - М.: МАКС Пресс, 2010. - С. 50-54.

1. Румянцева Е.В. Сезонная изменчивость гидрохимических характеристик верхнего бассейна реки Пясина в условиях антропогенного влияния //IV Международная молодежная научная конференция «Экология-2011» (6-11 июня 2011 года): материалы докладов. - Архангельск, 2011. - С. 62-63.

8.Румянцева Е.В. Многолетняя изменчивость качества поверхностных вод верхней части водосборного бассейна р. Пясина в условиях антропогенного воздействия // Водная среда и природно-территориальные комплексы: исследование, использование и охрана. Материалы IV Школы-конференции молодых ученых с международным участием (26-28 августа 2011 г.). - Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2011. - С. 7479.

Глава 1 Состояние изученности водных объектов Норило-Пясинской системы

Норило-Пясинская водная система представляет собой систему связанных реками озер и входит в водосборный бассейн реки Пясина, впадающей в Пясинский залив Карского моря. Площадь водосбора реки составляет 182 тыс. км , в т.ч. площадь водосбора Норило-Пясинской системы - 24 тыс. км (см. рисунок 1.1).

Водосборный бассейн реки Пясина расположен на полуострове Таймыр полностью за полярным кругом и входит в арктическую зону Российской Федерации согласно ее государственной и водноресурсной границе [109, 129].

1.1 Современные природные условия водосборного бассейна и антропогенное воздействие на водные объекты

Климатические условия Норило-Пясинского бассейна характеризуются продолжительной суровой зимой и коротким прохладным летом. Радиационный режим описывается крайней неравномерностью в течение года в связи с наличием полярных дня и ночи. Наименьшее число часов солнечного сияния приходится на декабрь; в летние месяцы число часов солнечного сияния достигает максимума в июле. Многолетняя средняя годовая температура воздуха на территории Норило-Пясинского бассейна отрицательна и составляет -9,3-9,6°С. Холодный зимний период начинается во второй половине сентября и длится 8-9 месяцев до конца мая-начала июня. Переходные период весны и осени не продолжительны.

В годовом распределении осадков преобладают дожди, выпавшие летне-осенний период. Годовая сумма осадков в среднем составляет 480 мм по данным метеостанции г. Норильска, но предгорьях плато Путорана значительно больше - 650-700 мм. Снежный покров в районе исследования окончательно устанавливается в первой декаде октября, реже в середине октября или в конце сентября. Таяние снега начинается с середины мая до

Рисунок 1.1 - Водосборный бассейн реки Пясина Примечание - 1 - границы водосборов, 2 - верхний участок водосбора реки Пясина (Норило-Пясинская озерно-речная система); 3 - транзитный и устьевой участки водосбора

реки Пясина

середины июня. В пониженных частях рельефа снег, отложенный зимними метелями, продолжает лежать до июля, в горных районах часто не сходит до выпадения нового. Средняя продолжительность снежного покрова в равнинной части составляет 230 дней, в горах 250-280 дней. Более подробное описание климатических условий района представлено в работах [79, 100, 152].

Атмосферная циркуляция в основном осуществляется в направлении с запада на восток, однако временами наблюдаются выходы циклонов с юга или юго-запада, обусловливающие нередко обильные осадки. В основном преобладает антициклональный тип погоды.

По климатическому районированию водосбор Норило-Пясинской системы относится к Сибирскому району, охватывающего восточную часть Карского моря, полуостров Таймыр [8, 125, 154]. Следовательно, в исследовании возможно использование данных метеорологических характеристик близлежащих к водосбору метеостанций этого района.

Расположенный в природной зоне лесотундры бассейн Норило-Пясинской системы представлен двумя основными типами ландшафтов, прежде всего, определяемыми особенностями рельефа.

К первому типу ландшафтов следует отнести наиболее высокую часть водосбора - западный склон плато Путорана, расчлененный глубокими разломами, занятыми речными долинами. Озера, расположенные между массивами гор Путорана, занимают ледниково-тектонические котловины или подпруженные моренами глубокие горные долины; в большинстве случает морены «прорваны» реками, поэтому озера являются проточными. Наибольшие и