Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Формирование качества воды реки Лена в современный период

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Текст научной работыДиссертация по географии, кандидата географических наук, Шпакова, Раиса Николаевна, Москва

ИНСТИТУТ ГЛОБАЛЬНОГО КЛИМАТА И ЭКОЛОГИИ ФЕДЕРАЛЬНОЙ СЛУЖБЫ РОССИИ ПО ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИИ И МОНИТОРИНГУ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

На правах рукописи

ШПАКОВА РАИСА НИКОЛАЕВНА

ФОРМИРОВАНИЕ КАЧЕСТВА ВОДЫ РЕКИ ЛЕНА В СОВРЕМЕННЫЙ ПЕРИОД

11.00.11 - Охрана окружающей среды и рациональное использование природных

ресурсов (географические науки)

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата географических наук

Научные руководители: д.г.н. Черногаева Г.М.

к.г.н. Жирков И.И.

Москва 1999

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ...........................................................................................................4

ГЛАВА 1. Природные и антропогенные факторы формирования качества воды реки Лена....................................................................................................11

1.1 Природные факторы формирования качества воды реки Лена..................11

1.1.1 Рельеф и геологическое строение...............................................................11

1.1.2 Климатические условия..............................................................................14

1.1.3 Почвы, грунты и растительный покров.....................................................19

1.1.4 Гидрогеологические условия......................................................................25

1.1.5 Водный режим.............................................................................................28

1.2 Антропогенные факторы формирования качества воды реки Лена...........37

ГЛАВА 2. Исходная информация и методы исследования...............................44

2.1 Исходная информация...................................................................................44

2.2 Обработка и обобщение материалов гидрохимических наблюдений.........48

2.2.1 Расчет минерализации и химического состава воды.................................48

2.2.2 Определение связи гидрохимического и водного режима........................54

2.3 Исследование изменения химического состава воды реки Лена во времени

и пространстве.....................................................................................................57

ГЛАВА 3. Современная характеристика качества речных вод в бассейне

реки Лена.............................................................................................................60

ГЛАВА 4. Временные закономерности формирования стока химических веществ реки Лена...............................................................................................78

4.1 Общая минерализация...................................................................................78

4.2 Фенолы...........................................................................................................86

4.3 Нефтепродукты..............................................................................................91

4.4 Тяжелые металлы...........................................................................................94

ГЛАВА 5. Пространственные закономерности формирования стока химических веществ в реке Лена.........................................................................99

5.1 Общая минерализация.................................................................................101

5.2 Фенолы.........................................................................................................105

5.3 Нефтепродукты............................................................................................107

5.4 Тяжелые металлы.........................................................................................109

ЗАКЛЮЧЕНИЕ................................................................................................118

Библиографический список литературных источников..................................124

ПРИЛОЖЕНИЕ................................................................................................145

Приложение 1....................................................................................................146

Приложение 2....................................................................................................156

Приложение 3....................................................................................................160

Приложение 4....................................................................................................161

Приложение 5....................................................................................................165

ВВЕДЕНИЕ

Река Лена, будучи одной из величайших рек мира, выносит в Арктический бассейн 508 км3 воды в год, собирающая поверхностный и подземный сток с территории, занимающей 2,5 млн. км2, относится к крупным рекам планетарного масштаба [ Антонов, 1960,1968]. В этих условиях качественное изменение водных ресурсов бассейна реки Лена приобретает наибольшую актуальность и выходит за пределы практических региональных интересов (река Лена является основной водной артерией Республики Саха).

На территории Якутии находится около 65% площади водосборного бассейна р.Лены, остальная часть относится к Иркутской, Читинской и Амурской областям, к Бурятии и Хабаровскому краю [Мостахов, 1972, с.27]. Сток реки Лена, основной водной артерии Республики Саха (Якутия), составляет 72% от суммарного годового стока всех рек ее территории [Антонов, 1960; Чистяков, 1964; Ноговицын, 1985]. Почти на всем ее протяжении, 4400 км, она судоходна и используется как транспортная магистраль в теплый период года с мая по октябрь, и в холодный с ноября по апрель (в виде зимника).

В последнее двадцатилетие река Лена испытывает усиленный антропогенный пресс. Основными источниками загрязнения бассейна Лены являются как нефтяные отходы речного транспорта, так и промышленно-бытовые сбросы, поступающие с территории городов и крупных населенных пунктов, расположенных на коренном берегу реки Лены и ее притоков. Аномалии тяжелых металлов в транзитной реке Лене имеют локальный характер и связаны как с разноообразной хозяйственной деятельностью, так и с высокими природными концентрациями в горных породах, слагающих бассейн реки.

На формирование гидрохимического режима речных вод бассейна Лены оказывают влияние своеобразные природные условия региона, характеризующиеся резко континентальным климатом, наличием многолетнемерзлой толщи, выступающей в роли водоупора. Размыв пород, содержащих в своем составе медь и цинк, обуславливает повышенное содержание их соединений в поверхностных водах. Атмосферные осадки, как один из ведущих факторов формирования химического состава поверхностных вод на территории Якутии содержат в своем составе высокие концентрации гидрокарбонатов кальция.

Население в бассейне реки использует поверхностные воды преимущественно на питьевые нужды, в ряде населенных пунктов речные воды - единственный источник питьевого водоснабжения. Положение с обеспечением населения Республики Саха доброкачественной водой по-прежнему остается неудовлетворительным. На пороге XXI века две трети населения продолжают жить в условиях децентрализованного водоснабжения [Алексеева, Драгинский, 1995] т.е. пользуются для питьевых целей неочищенной водой, завозимой водовозным транспортом или заготовленной в виде льда. Многие населенные пункты Центральной Якутии вынуждены использовать для хозяйственно-питьевых целей лед круглогодично, что отражается на объемах водопотребления и санитарной культуре.

По данным Центра Госсанэпиднадзора в 1995 г. 32,3% проб воды источников централизованного водоснабжения не отвечали гигиеническим нормативам по санитарно-химическим показателям, а источников децентрализованного водоснабжения - 49,8%. Также высока доля проб воды, не отвечающих нормативам по цветности, мутности и содержанию железа (Госдоклад..., 1995, с.64).

В Южной Якутии (среднее течение Лены) более 60 лет ведется интенсивная добыча золота, сопровождаемая поступлением громадного количества техногенных отходов как в виде взвесей, так и растворенных в воде. В этом регионе развитие угледобывающей промышленности усугубило напряженность экологической ситуации, из Нерюнгринского угольного месторождения выбросы массы техногенной пыли содержат в своем составе более 20 микрокомпонентов. Ежегодно выпадает 5,2 т/км2 пыли (Саввинов и др., 1992, с.4), также высокое давление обусловлено сбросом в реки продуктов переработки полезных ископаемых, резким увеличением взвешенного стока в результате увеличения процессов термоэрозии. По данным Института прикладной экологии Севера территория бассейна р.Алдан - одна из наиболее экологически неблагополучных территорий Якутии. Вся совокупность загрязнений, поступающих в Алдан от Южно-Якутского промышленного комплекса, траспортной сети, трансграничных загрязнений, сбрасывается в реку Лену.

В настоящее время воды р.Вилюй стали одними из главных источников загрязнения реки Лены в ее среднем и нижнем течении. По данным Института прикладной экологии Севера при строительстве Вилюйской ГЭС ложе водохранилища не было подготовлено, затоплению подверглись 145,5 тыс.га леса и кустарников, 2,3 тыс.га сельскохозяйственных угодий, 6,0 тыс.га болот и 42,2 тыс.га прочих земель. Все это обусловило высокое загрязнение вод фенолами [Экология ..., 1992, с.88]. Профессор В.Н.Макаров, считает что, как последствие строительства водохранилища - это изменение миграционной способности микроэлементов в речных водах, в результате чего увеличивается количество тяжелых металлов в твердой фазе в пределах водохранилища по сравнению с соотношением в незарегулированной части

реки [ 1998, с. 82].

Решение проблемы загрязнения природных вод в бассейне Лены требует комплексного изучения данного водного объекта. В настоящее время есть работы, в которых обобщаются сведения, относящиеся либо к гидрохимии отдельных районов бассейна р.Лена, либо же к гидрохимии отдельных ее притоков [O.A. Алекин, 1948, 1949, 1950, 1970; П.Ф.Бочкарев, 1959; Н.П.Анисимова, 1959, 1971, 1992, 1996; С.М.Фотиев, 1965; H.A. Вельмина и В.В.Узембло, 1959; В.П.Волкова, 1971, 1973; и др.].

Впервые обобщение по всему бассейну р.Лены по данным мониторинговых наблюдений по 1967 год в "Ресурсах поверхностных вод СССР, т.17 Лено-Индигирский район" сделано Н.В.Веселовским и В.М.Иваник [1972]. По гидрохимии рек верхнего течения р.Лены есть работы М.Б.Заславской, Е.К.Тихоцкой [1977], М.Н.Тарасова [1978], по особенностям гидрохимического режима нижней и устьевой области Лены работы А.Н.Зубакиной [1979], Т.М.Лабутиной [1979, 1981, 1985, 1987], И.С.Сидорова [1992]. Особенностям формирования химического состава поверхностных вод долины Туймаада, простирающейся между мысами Табагинский и Кангаласский на левом берегу р.Лены, посвящены работы Ломовцевой Н.С. [1996], Макарова В.Н.[1996]. В рамках научно-исследовательской программы Институт прикладной экологии Севера дал современную характеристику качества вод р.Амга [1992,1993, 1995], р.Вилюй [1992, 1993, 1996]. Несмотря на огромное количество работ, посвященных гидрохимии стока Лены, они практически все относятся или к отдельным регионам бассейна р.Лена, или ее притокам.

В предлагаемой работе приводятся результаты анализа пространственных и временных вариаций стока химических веществ реки Лена и ее основных

притоков Алдан и Вилюй за период 1986-1995 гг., характеризующийся кризисной ситуацией в экономике и предполагаемым снижением антропогенного воздействия.

Основная цель настоящей работы - проанализировать на основании многолетних данных мониторинга пространственные и временные вариации гидрохимических показателей, определяющих качество воды реки Лены в современный период. Для достижения цели решались следующие задачи:

статистическая, аналитическая и графическая обработка банка гидрохимических данных за десятилетний период (с 1986 по 1995 гг.) по 66 пунктам (92 створам);

- проведение анализа качества воды для лет разной водности (маловодного, среднего и многоводного) и выделение приоритетного списка веществ, концентрации которых формируются комплексом природных и антропогенных факторов;

- выявление временных и пространственных вариаций качества воды реки Лена и ее основных притоков с целью определения приоритетности природных и антропогенных факторов ее формирования;

- расчет выноса минеральных солей стоком реки Лена в море Лаптевых;

- уточнение данных Гидрохимического атласа СССР (1980 г.) для территории бассейна р.Лены с учетом последних данных.

Объект и методы исследования, исходные материалы

Объектом исследования является формирование качества воды реки Лена в современный период (1985-1996 гг.). В работе применены общепринятые статистические, аналитические (корреляционные) и графические методы исследования.

В качестве исходных данных использовались материалы мониторинговых наблюдений на сети Общегосударственной службы наблюдений и контроля за загрязненностью объектов природной среды Якутгидромета, Иркутскгидромета. Научная новизна

- Впервые проведена оценка качества воды реки Лена с использованием мониторинговых данных за последний десятилетний период по всем пунктам наблюдений;

- Выявленные пространственные и временные вариации анализировались с учетом годовой и внутригодовой водности;

- Выявлена приоритетность факторов формирования качества воды по таким показателям, как минерализация, соединения железа и меди, фенолы и нефтепродукты.

Практическая ценность работы

Полученные результаты исследования могут быть использованы:

- при подготовке водных кадастров Якутии и Российской Федерации;

- для оптимизации мониторинговых гидрохимических наблюдений;

- для улучшения качества статистической информации по форме 2ТП (водхоз);

- для модельных расчетов качества воды реки Лена по гидрохимическим показателям;

- для разработки концепции устойчивого экономического развития Республики Саха (Якутия).

Апробация работы

Основные положения диссертации доложены на I научно-практической конференции "Якутск: проблемы градосферы и риск техногенных и стихийных катастроф" [г.Якутск, 10-11 ноября 1995 года]; на республиканской

научно-практической конференции молодых ученых и специалистов "Молодежь и наука РС(Я)" [г.Якутск, 5-6 декабря 1996 г.]; на межвузовской научно-практической конференции "Наука - невостребованный потенциал", посвященной 40-летию Якутского государственного университета им. М.К.Аммосова [г.Якутск, 5-7 июня 1996 г.]; в учебно-научной лаборатории озероведения ЯГУ [1997], на научном семинаре отдела гидрологии Института географии РАН [1998], в полном объеме работа обсуждалась и получила положительную оценку на научном семинаре Института глобального климата и экологии [1998], на ученом совете биолого-географического факультета ЯГУ [1999].

Защищаемые положения

1. Формирование ионного стока реки Лена в море Лаптевых в современный период практически полностью определяется природными факторами.

2. Установлен повышенный региональный фон для таких веществ, как фенолы, тяжелые металлы.

3. Загрязнение реки Лена на всем протяжении носит ярко выраженный очаговый характер, в зоне влияния городов и населенных пунктов, промышленных объектов.

4. В формировании загрязнения реки веществами техногенного происхождения (нефтепродуктами) прослеживается сезонный ход, загрязнение происходит в основном в теплый период года и связано преимущественно с линейными (речной флот) и рассредоточенными (поверхностный сток) источниками поступления в речные воды.

ГЛАВА 1. ПРИРОДНЫЕ И АНТРОПОГЕННЫЕ ФАКТОРЫ ФОРМИРОВАНИЯ КАЧЕСТВА ВОДЫ РЕКИ ЛЕНА

1.1 ПРИРОДНЫЕ ФАКТОРЫ ФОРМИРОВАНИЯ КАЧЕСТВА ВОДЫ

РЕКИ ЛЕНА

1.1 Л РЕЛЬЕФ И ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ

Рельеф бассейна р.Лена разнообразен и изменяется в зависимости от геологического строения междуречий. Особенности рельефа исследуемой территории рассматриваются в ряде работ: [Огнев, 1927; Красюк, 1927; Р.А.Аболин, 1929; В.Г.Зольников, 1954; И.П. Варламов, 1957; Н.И.Михайлов, 1964] и в фундаментальных трудах: Строение земной коры [1969], Гидрогеология СССР, т.ХХ [1970], Геология СССР [1979], Геология Якутской АССР [19В1], Атлас сельского хозяйства Якутской АССР [1989] и др.

Бассейн р.Лены расположен на севере Восточной Сибири, примерно между параллелями 75° с.ш. (самая северная точка находится недалеко от о.Столб, за ним начинается ленская дельта), и 50° с.ш. (самая южная точка находится на северных склонах Муройского хребта), и меридианами 180° з.д. (самая западная точка находится на высоте около 520 м над уровнем моря на Среднесибирском плоскогорье, где берет свое начало р.Вилюй) и 145° в.д. (самая восточная точка расположена на западных склонах хребта Сунтар-Хаята) [Мостахов, 1972].

Площадь бассейна р.Лена - 2 488 тыс. км2 [Ресурсы..., 1972, с.72].

Западная граница бассейна пролегла по плоским возвышенностям

Сибирской платформы с отметками 500-800 м над уровнем моря, отделяющим бассейн р.Лены от рек Ангары, Оленька.

Южная и восточная границы бассейна проходят по хребтам и горным массивам Байкальской горноскладчатой области, юго-восточной окраине Алданского нагорья и окраинным хребтам Верхояно-Колымской горноскладчатой области.

Северная граница водосборного бассейна р.Лены включает в себя территорию северных отрогов хр.Хараулах, склона хр.Чекановского, а также смежных с ними пространств и многочисленных островов, образующих в совокупности далеко выдвинутую в море Лаптевых дельту р.Лены.

В пределах рассматриваемого бассейна выделяется обширная низменность - Центральноякутская, которая соответствует крупной тектонической структуре Сибирской платформы - Вилюйской синеклизе. Осадочный чехол состоит из лагунно-морских отложений нижнего палеозоя, юрских, меловых и неогеновых песчано-глинистых осадков, мергелей и известняков, с прослоями угля. Они перекрыты древним и современным аллювием. Рельеф равнины выровнен, междуречья лежат на абсолютной высоте 200-300 м, долины крупных рек (Лены и Вилюя) достигают 80-100 км в ширину, поверхность равнины осложнена многочисленными термокарстовыми озерами, аласами, булгунняхами, эоловыми формами -бугристыми песками