Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Геоэкологическая оценка состояния малых водотоков Калининградской области

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Геоэкологическая оценка состояния малых водотоков Калининградской области"

005010223

Нагорнова Надежда Николаевна

ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ МАЛЫХ ВОДОТОКОВ КАЛИНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ

Специальность 25.00.36 - геоэкология (науки о Земле)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Калининград - 2012 г.

005010223

Работа выполнена на кафедре ихтиологии и экологии факультета Биоресурсов и природопользования ФГБОУ ВПО «Калининградский государственный технический университет»

Научные руководители:

кандидат географических наук, профессор Татьяна Александровна Берникова

доктор физико-математических наук Сергей Алексеевич Кондратьев

Официальные оппоненты: доктор географических наук, профессор

Сергей Игоревич Зотов

доктор географических наук, профессор Василий Васильевич Дмитриев

Ведущая организация:

ФГБОУ ВПО «Российский Государственный Г идрометеорологический университет»

Защита состоится «<W » £__20 ^ г. в /у

часов на заседании

диссертационного совета Д 212.084.02 при ФГАОУ ВПО «Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта» по адресу: 236040, г. Калининград, ул. Университетская, д. 2, ауд. 206, e-mail: ecogeographv@rambler.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале библиотеки ФГАОУ ВПО «Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта» (г. Калининград, ул. Университетская, д. 2).

Электронная версия автореферата и объявление о защите размещены на сайте Высшей аттестационной комиссии Министерства образования и науки Российской Федерации http://vak.ed.gov.ru

Отзыв на автореферат, заверенный подписью и печатью, направлять ученому секретарю Диссертационного совета Д 212.084.02 по адресу: 236041, г. Калининград, ул. А. Невского, д. 14 (e-mail: ecogeogranhv@rambler.ruI.

Автореферат разослан «¿У » 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат географических наук

Актуальность темы. Водотоки Калининградской области - важные транспортные артерии и основа водоснабжения многих населенных пунктов, используются для отдыха и любительского рыболовства, являются местами нереста и нагула ценных видов рыб. В то же время они вносят определенный вклад в загрязнение Балтийского моря и его заливов. Водотоки области (более 95 %) относятся к категории «малых». Эти водотоки - начальное звено формирования водных ресурсов территории. От геоэкологической ситуации в бассейнах таких рек во многом зависит качество воды и экологическое состояние более крупных водотоков и водоемов. Несмотря на исключительное значение малых рек, многолетние данные по их гидрологическому режиму отсутствуют. Значительная часть малых водотоков наблюдениями не охвачена вовсе. Усиливающееся отклонение природно-антропогенных геосистем в речных бассейнах от своей естественной составляющей обусловило возникновение и необходимость решения «проблемы малых рек», проявляющейся, главным образом, в деградации речных геосистем вследствие интенсивного хозяйственного использования малых рек и их водосборов, изъятия значительной части стока, отведения в реки загрязненных сточных вод, трансграничной антропогенной нагрузки. Выполнение геоэкологической оценки малых рек и их водосборов -необходимое условие разработки научно-обоснованных рекомендаций по охране и рациональному использованию водных ресурсов Калининградской области.

Объект исследования - геосистемы малых водотоков.

Предмет исследования - геоэкологическое состояние геосистем малых водотоков Калининградской области.

Цель исследовании. Оценка геоэкологическою состояния геосистем малых водотоков Калининградской области.

Задачи исследования. Для достижения цели были поставлены и решены следующие научные задачи:

1. Сбор, обобщение и анализ многолетних данных по гидрологии и качеству воды рек Калининградской области, проведение натурных исследований ранее не изученных или слабо изученных водотоков.

2. Характеристика ландшафтно-климатических особенностей бассейнов водотоков, выделение и анализ приоритетных природных и антропогенных факторов формирования биогенного стока исследуемых речных бассейнов.

3. Оценка геоэкологического состояния водотоков на основе изучения гидрологических и гидрохимических показателей, типизация водотоков по гидрохимическим показателям.

4. Изучение и оценка биогенного воздействия водотоков на Балтийское море. Оценка трансграничной нагрузки на водотоки Калининградской области.

Научная новизна работы определяется следующими положениями:

1. Определен баланс биогенной нагрузки. Показано, что малые водотоки, дренирующие территории сопредельных государств на территорию области приходят достаточно загрязненными.

2. Впервые рассчитаны морфометрические и гидрометрические параметры ранее не изучавшихся или слабо изученных водотоков, определены их гидрохимические особенности (кислородные условия, содержание органических, биогенных и минеральных веществ). Дана оценка водности водотоков. Выявлены основные закономерности и причины короткопериодной изменчивости гидрологических показателей в малых реках, осуществлена их типизация, ориентированная на использование рек в рыбохозяйственных целях. Составлены карты-схемы химического состава воды исследуемых водотоков и выноса биогенных веществ речным стоком.

3. Рассчитана биогенная нагрузка на Балтийское море, в том числе на Калининградский (Вислинский) и Куршский заливы от 15 ранее не изученных малых водотоков.

Положения, выносимые на защиту:

1. Типизация водотоков Калининградской области по гидрохимическим показателям с учетом природных и антропогенных факторов.

2. Оценка вклада малых рек в поступление биогенных веществ в Балтийское море.

3. Оценка трансграничного загрязнения водотоков.

Достоверность полученных результатов подтверждается значительным

объемом собранных материалов, использованием многолетних кадастровых данных, сходимостью полученных результатов с закономерностями, установленными ранее, а также анализом достаточного количества современных публикаций по исследуемой проблематике.

Методологическая основа, материалы и методы исследования. В основу работы положен бассейновый подход. Водосбор и река (водоток) рассматриваются как единая целостная геосистема, все компоненты которой взаимосвязаны между собой вертикальными и горизонтальными потоками вещества и энергии. Целесообразность использования басссинового подхода отмечена в работах Л.М. Корытного (1991, 2001), С.Я. Сергина (1980, 1988), Н.И. Коронве-вича (1996, 1998, 1999), С. И. Зотова (1999, 2001), С.В. Ясинского (2000, 2009). При анализе гидрологических условий использованы имеющиеся фондовые материалы кафедры ихтиологии и экологии Калининградского государственного технического университета (1993-2006), Гидрологические ежегодники (19561978 гг.), а также результаты, полученные в разные годы Т.А. Берниковой с соавторами (1995-2011), В.А. Шкицким с соавторами (1991, 1999), М.Н. Шибаевой с соавторами (1997, 2001, 2007), С.В. Шибаевым и др. (2001, 2008, 2011), Д.А. Домниным, Б.В. Чубаренко (2006, 2007) и др. Гидрохимический анализ проб воды определялся по стандартным методикам с использованием титри-метрического и колориметрического методов. Поставленные задачи решались с помощью традиционных методов: сравнительно-географического и картографического анализа, расчетов, классификации и аналогии, типологии, ранжирования. Работа построена в основном на материалах полевых исследований автора, выполненных в период 2007-2011 гг.

Теоретическая значимость исследования заключается в разработке типологии речных геосистем по комплексу показателей, отражающих геоэкологическое состояние водотоков, балансового метода оценки нагрузки от трансграничных рек. Результаты исследования формируют теоретическую основу для принятия научно-обоснованных решений по реализации рекомендаций Плана действий по Балтийскому морю (ПДБМ) ХЕЛКОМ в отношении снижения биогенной нагрузки на морскую экосистему со стороны

Калининградской области.

Практическая значимость исследования заключается в использовании полученных результатов при выполнении НИР 09-02 Федерального Агентства водных ресурсов Министерства природных ресурсов и экологии РФ «Разработка научных рекомендаций по снижению негативного природного и антропогенного воздействия на акваторию Балтийского моря (прибрежная полоса Калининградской области и восточная часть Финского залива» (2009 — 2010 гг.). Материалы исследования использованы в организации учебного процесса кафедры ихтиологии и экологии Калининградского Государственного технического университета по дисциплинам «Гидрология», «Учение о гидросфере», «Геоэкология».

Личный вклад автора. Фактический материал собран лично автором в период полевых работ. В 2007-2010 гг. обследовано более 60 водотоков в 94 створах. При этом 22 водотока исследованы впервые в период всех четырех гидрологических сезонов. По 30 водотокам впервые получены данные в зимнюю межень. Собраны материалы по гидрологическим и геоэкологическим особенностям 13 малых ранее не изучавшихся водотоков в приганичных створах. Автором обработаны, проанализированы и обобщены все собранные данные.

Апробация работы. Результаты исследований по теме диссертации

««Лт,г,-Гплттл»1т> ттг, (глхштггту I'/'tTjrhor'iPUnrjciV ■ VIV Гт-рзгтр РГП (г С npTenfivnr, представлены п^-^итл ~~ v г >

2010 г.); IV Международной конференции молодых ученых и талантливых студентов «Водные ресурсы, экология и гидрологическая безопасность» (г. Москва, 2010 г.); Международных научных конференциях КГТУ «Инновации в науке и образовании» (г. Калининград 2006-2010); Международной конференции «Комплексное управление, индикаторы развития, пространственное планирование и мониторинг прибрежных районов юго-восточной Балтики» (г. Калининград, 2008 г.); XIII Региональной конференции «Комплексное изучение бассейна Атлантического океана», РГУ им. Канта (г. Калининград, 2008 г.), Международной конференции студентов и молодых ученых «Исследование трансграничных водоемов Литвы и России» (Литва, г. Клайпеда, 2007 г.), VI Международной конференции ЕСО-ТЕСН (Швеция, г. Кальмар, 2007 г.); Международной научно-практической конференции «Охрана, воспроизводство и устойчивое использование биологических ресурсов внутренних водоемов», посвященной 55-летнему юбилею Волгоградского отделения ГосНИОРХ (г. Волгоград, 2007 г.); VI Региональной конференции «Экологические проблемы Калининградской области и Балтийского региона» Русского географического общества совместно с Российским государственным университетом им. И. Канта,

5

Калининградским государственным техническим университетом, Атлантическим отделением Института океанологии РАН, Атлантическим НИИ рыбного хозяйства и океанографии, Музеем Мирового океана (г. Калининград, 2007 г.).

Публикации. Основные результаты исследований изложены в 24 печатных работах, в т. ч. две опубликованы в рецензируемых изданиях, рекомендуемых ВАК РФ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, и заключения. Объем работы - 203 стр., содержит 105 рисунков, 41 таблицу, список цитируемой литературы из 160 источников из них 20 на иностранных языках.

Автор выражает благодарность: канд. географ, наук, профессору Т.А. Берниковой, доктору физ.-мат. наук С.А. Кондратьеву, доктору биол. наук, профессору С.В. Шибаеву доктору географ, наук В.Ф. Дубравину за проявленное внимание, помощь, замечания и рекомендации.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

1. Типизация водотоков Калининградской области по гидрохимическим показателям с учетом природных и антропогенных факторов

Изучение каждой отдельной малой реки малоэффективно, поскольку гидрологический режим таких рек под влиянием местных факторов может быть азонален. Для представления геоэкологических особенностей малых водотоков необходима их типизация. В работе реки сгруппированы по типу дренируемого ландшафта на фоне климатических особенностей области. Рассматриваются реки, дренирующие Самбийскую, Вармийскую, Виштынецкую возвышенности, Полесскую, Лава-Прешльекую, Нижненеманскую (Делыоьую) низменности.

В основу типизации малых водотоков положены особенности их гидрохимического состава. Для учета природного и антропогенного влияния в системе «водосбор-водоток» выделены приоритетные факторы, формирующие качество воды в главном водотоке (табл. 1).

Гидрохимическая характеристика с учетом выделенных факторов, основанная на исследовании водотоков во все фазы водного режима в ключевых створах позволила выделить следующие гидроэкологические особенности водотоков.

По химическому составу воды исследованных рек относятся к гидрокарбонатному классу кальциевой группы преимущественно первого типа (НСОз‘ >Z(Ca2++Mg2+) средней и повышенной (реки Полесской низменности и дельты р. Немана, р. Прохладная) минерализации. Вода по величине общей жесткости «умеренно жесткая».

Органических веществ в реках растворено достаточно много. Величина перманганатной окисляемости «повышенная». Больше всего органических веществ обнаружено в приграничных створах малых рек: 13,12 мгО/дм3 (р. Пути-ловка) - 16,96 мгО/дм (р. Струга Барыцка). В период летней межени в некоторых малых водотоках (р. Лобовка, р. Покосная, р. Медвежья, р. Граевка) коли-

чество легкоокисляемых органических веществ достигает экстремальных значений - преманганатная окисляемость превышает 20 мгО/дм3.

Таблица 1 - Перечень приоритетных факторов, влияющих на формирование гидрохимического состава воды и биогенного стока водотоков Калининградской области

Природные факторы Антропогенные факторы

1. Равнинный рельеф местности; 2. Умеренный с чертами морского климат с избыточным увлажнением; 3. Густая гидрографическая сеть со • сложной мелиоративной системой; 4. Преобладание малых и очень малых рек; 5. Малые уклоны речных бассейнов и, как следствие, большое влияние сгонно-нагонные ветров; 6. Высокий процент заболоченности почв, высокий уровень залегания грунтовых вод; 7. Значительная доля лугов и лесов в структуре земельного фонда. 1. Преобладание земель сельскохозяйственного назначения в структуре земельного фонда; 2. Довольно высокая средняя плотность населения, особенно в западной части области и в городах, резкое преобладание городского населения; 3. Недостаточная степень очистки муниципальных и промышленных сточных вод; 4. Главные водопользователи на территории области - предприятия целлюлозно-бумажной промышленности (ЦБП), ЖКХ; 5. Высокая обеспеченность области автотранспортом и густая дорожная сеть; 6. Диффузный сток с урбанизированных и техногенных территорий; 7. Трансграничность основных бассейнов.

Наиболее благоприятные кислородные условия отмечены в малых реках Самбийского полуострова, текущих в северном направлении. Исключение - р. Медвежья, в которой насыщенность воды кислородом летом не превышала 10%. Аналогичные условия были отмечены в некоторых малых реках Полесской НИЗМеННОСТИ (п ГТпЯовь-я п Ппупсиш г» _ О — \ тт

ЧА --------, г. -л р. раДлау. па-

сыщение воды кислородом в малых реках дельты р. Немана (р. Заячья, р. Узкая, р. Хлебная) не превышало 30, а в приграничных участках трансграничных водотоков - 70 %. Неблагоприятными были кислородные условия в малых реках Полесской низменности, дельты р. Немана, в приустьевой части р. Преголи. Водородный показатель сдвинут в щелочную сторону (7,3-8,5).

Ход биогенных элементов в некоторых малых реках (р. Медвежья, р. Ло-бовка, р. Граевка) нарушен, что свидетельствует о предельной антропогенной нагрузке на водный объект и потере способности водотока к самоочищению. Состояние некоторых рек свидетельствует о катастрофическом загрязнении. Реки Лобовка, Покосная, Медвежья, Чистая, Граевка, Малая Морянка) представляют собой сточные канавы. Вода в них серого цвета с характерным запахом канализации и сероводорода. На берегах отмечен белесый осадок от пены СПАВ, дно покрыто черным илом. Экстремально высокое содержание азота аммонийного отмечено в р. Лобовке (11,1 мгЫ/дм3), р. Граевке (2,6 мгКУдм3), азота нитритного - в приграничных створах, особенно в реках Стоговке (0,11 мгМ/дм3), Путиловке (0,08 мгЫ/дм3), Правде (0,06 мгЫ/дм ).

• Содержание биогенных веществ в исследованных водотоках в основном не соответствовало требованиям, предъявляемым к водным объектам

рыбохозяйственного назначения. Особенно неблагоприятные условия сложились в малых реках, впадающих в Куршский залив, и в приграничных створах трансграничных рек, где чаще всего обнаруживались экстремально высокие концентрации гидрохимических параметров (до 2ПДК и более), особенно в меженные периоды.

При всем многообразии и изменчивости малых водотоков, можно выделить некоторые общие черты их геоэкологического состояния, обобщив сведения о качестве воды, а также приоритетные природные и антропогенные факторы, влияющие на формирование местных особенностей водных объектов. Так как водоток — ядро бассейновой системы, то качество воды в главном водотоке отражает комплекс антропогеных нагрузок на фоне природных особенностей территории. К тому же, качество воды, являясь интегральным показателем, позволяет сформировать объективную оценку состояния водотока, на основе которой возможно последующее построение стратегий управления данной геосистемой. При этом под геоэкологической оценкой понимается соотнесение выбранных параметров (качество воды и его изменение по сезонам в главном водотоке) объекта на фоне природных и антропогенных факторов в пределах рассматриваемой геосистемы. Представленная оценка ориентирует на использование малых водотоков, прежде всего, в рыбохозяйственных целях — малые реки области имеют достаточно высокий потенциал для нереста, нагула, обитания и разведения ценных видов рыб. Этим объясняется выбор гидрохимических показателей — учитывались в основном параметры, нормируемые для использования водных объектов в рыбохозяйственных целях. Помимо этого, полученная типизация может быть ориентирована также и на использование ресурсов малых рек для коммунально-бытовых и рекреационных нужд.

Проведенное исследование позволило выделить четыре группы бассейнов рек, различающиеся по геоэкологическому состоянию: «благоприятное», «умеренно благоприятное», «малоблагоприятное» и «весьма неблагоприятное» (рис. 1).

Благоприятное состояние. Водотоки средней минерализации (300500 мг/дм3), умеренно жесткие (общая жесткость 2-4, не более 5 мг экв./дм3), с малым и среднем содержанием органических веществ (перманганатная окисляемость 5-10, не более 15 мгО/дм3), благоприятными кислородными условиями в течение года (60-90 % насыщения, 7-11 мг/дм3), с достаточно низкими концентрациями биогенных веществ ОШН4+ - 0,1-0,3 мгЫ/дм3, Ы-Ш2'

- 0-0,01 мгЖцм3, N-N03' 0-1 мг1^/дм3, Р-Р043‘ - 0-0,1 мгР/дм3, Рео6щ. - 0-0,3 мг/дм ). Сезонный ход химических элементов выражен четко. Приоритетные природные факторы, влияющие на состав вод: высокий уровень подземных горизонтов, обеспечивающий питание рек в меженные периоды водами с пониженным содержанием кислорода и высоким содержанием железа в закисной форме. Приоритетные антропогенные факторы: диффузный сток с сельскохозяйственных территорий и животноводческих хозяйств, обеспечивающий увеличение содержание органических веществ и фосфора в периоды половодий и паводков. Самая малочисленная группа. К ней относятся

реки, дренирующие Виштынецкую возвышенность - Писса, Красная, а также канал Мазурский.

Умеренно благоприятное состояние. Водотоки средней минерализации (400-500 мг/дм3), умеренно жесткие (общая жесткость 4-5 мг экв./дм3), со среднем и повышенным содержанием органических веществ (перманганатная окисляемость 10-15, и более 15 мгО/дм3), благоприятными кислородными условиями в течение года (60-90 % насыщения, 7-11 мг/дм3), с концентрациями биогенных веществ: Ы-ЫН/ - 0,3-0,4 мгМ/дм3, N-N02’ - 0,01-0,02 мгИ/дм3, Н-Ж)з' 1-2 мгЫ/дм3, Р-РО43' - 0,1-0,2 мгР/дм3, Г’'е0бщ - 0,3-0,6 мг/дм3. Сезонный ход химических элементов прослеживается. Отмечаются превышения ПДК по Ы-ШД N-N02’, Р-РО43’, особенно в меженные периоды. Приоритетные природные факторы, влияющие на состав вод: питание подземными и болотными водами, обедненными кислородом, перегруженными

органическими и биогенными веществами. Приоритетные антропогенные факторы: диффузный сток с сельскохозяйственных территорий и

животноводческих хозяйств, обеспечивающий увеличение содержания органических веществ и фосфора в периоды половодий и паводков, мелиоративные каналы, несущие воды с высоким содержанием органики. Водотоки, составляющие эту группу, расположены приемущественно в восточной и юго-восточной частях области (водотоки южной части Дельтовой низменности, реки Инструч, Анграпа, Голубая, рук. Дейма, р. Прохладная).

Малоблагоприятное состояние. Водотоки средней (400-500 мг/дм3) и повышенной (до 600 мг/дм3 и более) минерализации, умеренно жесткие (общая жесткость 4-5, до 6 мг экв./дм3), с повышенным содержанием органических веществ (перманганатная окисляемость 15-20 мгО/дм3) и сниженным содержанием кислорода в течение года (30-60 % насыщения, 5-8 мг/дм3), особенно в период летней межени, с высокими концентрациями биогенных веществ, превышающими ПДК: N-N114* - 0,4-0,6 мгН/дм3, N-N02 * 0,02-0,04 мгЫ/дм3, N-N03' 2-4 мгЫ/дм3, Р-РО43' - 0,2-0,3 мгР/дм3, Рео6щ. - 0,6-0,9 мг/дм3. Сезонный ход химических элементов нарушен, наиболее высокие концентрации веществ в водотоках отмечены в летний и зимний периоды. Приоритетные природные факторы, влияющие на состав вод: питание подземными и болотными водами, подпор со стороны принимающих водоемов, замедляющий вынос загрязнений с территории водосбора. Приоритетные антропогенные факторы: диффузный сток с сельскохозяйственных территорий и животноводческих хозяйств, мелиоративные каналы, высокая плотность населения в бассейнах - дополнительные загрязнения поступают от точечных источников - мелких и крупных населенных пунктов, а также в результате трансграничного загрязнения. Группа объединяет большинство малых водотоков, дренирующих западную, юго-западную и южную части области: малые реки Самбийского полуострова, река Мамоновка, реки бассейна Лавы (Правда, Путиловка), малые реки Полесской низменности.

Весьма неблагоприятное состояние. Водотоки средней (400-500 мг/дм3) и повышенной (до 600 мг/дм3 и более) минерализации, умеренно жесткие (общая жесткость 4-5, до 6 мг экв./дм3), с высоким содержанием органических

веществ (перманганатная окисляемость более 20 мгО/дм3) и сниженным содержанием кислорода в течение года (30-60 % насыщения, 5-8 мг/дм3), вплоть до дефицита (менее 30 % насыщения, 3-4 мг/дм3) особенно в период летней межени, с катастрофически высокими концентрациями биогенных веществ, превышающими ПДК: Ы-КН4+ - 0,6-0,9 и более мгЫ/дм3, N-N02' -более 0,04 мгЫ/дм3, N-N03' - более 4 мгМдм3, Р-Р043' -более 0,3 мгР/дм3, Ее^.

- более 0,9 мг/дм3. Сезонный ход химических элементов не прослеживается, способность водотоков к самоочищению отсутствует. Приоритетные природные факторы, влияющие на состав вод: питание подземными и болотными водами, подпор со стороны принимающих водоемов, замедляющий вынос загрязнений с территории водосбора. Приоритетные антропогенные факторы: диффузный сток с сельскохозяйственных территорий и

животноводческих хозяйств, мелиоративные каналы, высокая плотность населения и интенсивная антропогенная деятельность в бассейнах -дополнительные загрязнения поступают от точечных источников - мелких и крупных населенных пунктов, свалок ТБО, а также в результате трансграничного загрязнения. В группу с весьма неблагоприятным геоэкологическим состоянием объединены самые малые водотоки, испытывающие сильное антропогенное воздействие: реки Самбийского полуострова - Приморская, Граевка, Чистая, Медвежья; реки Полесской низменности - Лобовка, Зеленоградка, Малая Морянка; река Стоговка, водотоки северной части Дельтовой низменности.

Гидрохимические особенности водотоков складываются за счет природных особенностей дренируемой территории. В современных условиях в формировании гидрохимического режима основополагающее значение приобретает интенсивность антропогенной деятельности в бассейне. При этом антропогенное воздействие усугубляется влиянием природных факторов, (преобладание в питании болотных и подземных вод, частые нагонные явления, подпор со стороны принимающих водоемов). Совместное влияние природных и антропогенных факторов накладывает специфические черты на гидрохимические условия малых рек Калининградской области, главным образом за счет их повышенного загрязнения.

Геоэкологическое состояние большинства малых водотоков области малоблагоприятное и весьма неблагоприятное. Неблагоприятное состояние характерно для бассейнов водотоков, расположенных в западной, северозападной, северо-восточной и центральной частях области. Неудовлетворительная геоэкологическая оценка диктует необходимость принятия срочных мер по снижению антропогенного пресса в бассейнах малых рек.

2. Оценка вклада малых рек в поступление биогенных веществ в Балтийское море

Речная система, дренируя определенную территорию, несет свои воды в принимающий водоем. При этом характеристика стока реки напрямую зависит от экологического состояния речного бассейна. Величину нагрузки от реки на водоем определяет комплекс природных и антропогенных факторов, тесно связанных между собой и формирующих специфические условия в пределах речного бассейна. Биогенный сток напрямую определяет не только экологические особенности водотока, но и характеризует весь водосборный бассейн. Результаты расчета биогенной нагрузки в 2010 г. от рек на Балтийское море, в т. ч., на Калининградский и Куршский заливы, выполненные согласно рекомендациям ХЕЛКОМ, позволили отметить следующее (рис. 2).

Основной вклад в поступление биогенных веществ в Балтийское море со стоком малых рек Самбийского полуострова принадлежал р. Алейке и р. Забаве, что естественно, учитывая площади водосборов и гидрометрические параметры этих рек. Реки Зеленая, Чистая и Медвежья сильно перегружены биогенными веществами (за счет сельскохозяйственных стоков - р. Зеленая, коммунально-бытовых и промышленных — р. Чистая, р. Медвежья), поэтому их нагрузка на море также значительна (рис. 2).

Нагрузку на Куршский залив определяет р. Неман и крупные водотоки в дельтовой низменности (кан. Матросовка, р. Немонин). Доля малых рек в нагрузке на Куршский залив невелика. Основной источник биогенной нагрузки на Калининградский залив - р. Преголя. Значительное количество биогенов поступает также со стоком рек Прохладной, Мамоновки, Граевки и Черной. В Калининградский и Куршский заливы выведено несколько сточных канав, собирающих коммунально-бытовые стоки с близлежащих поселков (к-янявы у п. Каширское, п. Ладушкино). Учитывая водный баланс заливов, а также систему течений, можно заключить, что сток р. Немана практически полностью выносится в море. В водном балансе Калининградского залива основная доля в приходной части принадлежит морским водам. Сложная система течений способствует аккумуляции выносимых речным стоком загрязнений в определенных гидрологических районах: эстуарий р. Преголи, северная часть Приморской бухты, замкнутые циркуляции вдоль юго-восточного берега залива.

В целом, учитывая катастрофически высокие концентрации биогенных веществ в малых реках вследствие повышенного антропогенного загрязнения, суммарный биогенный сток таких водотоков может приводить к существенному ухудшению экологического состояния, как самих малых рек, так и принимающих водоемов.

Таким образом, речной сток — мощный источник поступления биогенных веществ в Балтийское море. Для контроля загрязнения необходимо фиксировать поток веществ не только в системе «водосбор-река», но и непосредственно вынос речным стоком через замыкающий створ в принимающий водоем.

Состояние Минерализация мг/л Жесткость м г экв/л 02 мг/л С g

Благоприятное 300-500 2-4 7-11

щ Умеренно благоприятное 400-500 4-5 7-11 é

Мало благоприятное 500-600 4-5 до 6 5-8 3

|p%ff Весьма неблагоприятное 500-600 и > 4-5 до 6 3-5

Рисунок 1 - Пространственные различия в I

) /п Р-Р043 мгР/л N-N44+ N-N02- N-N03- Реобщ. Сезонный ход элементов

мгМ/л мг/л

р 0-0,1 0,1-0,3 0-0,01 0-1 0-0,3 выражен четко

15 43,1-0,2 0,3-0,4 0,01-0,02 1-2 0,3-0,6 прослеживается

Ю 0,2-0,3 0,4-0,6 0,02-0,04 2-4 0,6-0,9 нарушен

Ь >0,3 0,6-0,9 >0,04 >4 >0,9 не прослеживается

огическом состоянии бассейнов водотоков

14%

2% г 2%

□ р. Неман

□ кан. Матросовка 5 р. Немонин

ЕЗ р. Преголя Пр. Дейма

0 Малые реки области Вклад малых рек Самбийского полуострова

10%

26%8

г 11%

1 гА% 21% І

Блш

2< \ 4

25% 4

2%-* Б

19%

5%

25%

29%'

і р. Зеленая

/-2%

/^-4% □ р. Спокойная

0 р Чистая

Щ24% Шр. Забава

Щ ®р. Светлогорка

Шр Мотыль

13%

ЕЗ р, Апейка

Шр. Медвежья

Вклад водотоков, впадающих в Куршский залив

0% г 2%

16% ^ ГТТ/о

56%

■ Малые реки О рук. Дейма Б р. Немонин 0 р. Неман И кан, Матросовка

А б В

Вклад водотоков, впадающих в Калининградский залив

4%\ 2%

9%\5%2%

16%

78%

■ р. Прохладная □ р Мамоновка Нр. Нельма

(/ 3%

' '4% „ „

-4% ЕЗр. Приморская

2% 2%ч1%

Шр. Граевка 0 р. Черная

0 Река у п Приморское Нов.

ЕЭ Сточная канава в п. Ладушкино й р. Преголя

Рисунок 2 - Вклад водотоков Калининградской области в биогенную нагрузку на Балтийское море в 2010 г.: А - по азоту минеральному, Б - фосфору фосфатов, В - железу общему 14

3. Оценка трансграничного загрязнения водотоков

Учету переноса биогенных веществ речным стоком с территорий сопредельных государств уделено в настоящее время недостаточно внимания. Оценить фактическую биогенную нагрузку от стока рек с приграничных районов можно, определив перенос биогенных веществ через створ, максимально приближенный к границе - приграничный.

Основную биогенную нагрузку на территорию области оказывают реки, текущие с территории Литвы (за счет стока реки Немана). Биогенный сток с территории Польши формируют реки Анграпа и Лава (вместе с их притоками), несущие свои воды в р. Преголю, а также р. Прохладная и р. Мамоновка, впадающие в Калининградский залив.

По соотношению между величинами переноса биогенных веществ через приграничные и замыкающие створы трансграничных водотоков был рассчитан условный баланс между поступлением биогенных веществ с сопредельных государств и выносом с территории области (рис. 3), который показал, что на территорию области реки приходят уже достаточно загрязненными. Об этом свидетельствуют также концентрации биогенных веществ (рис. 4).

100

§ 80

1 .. <3

В' 40

:о

р Прохладная

■ Приграничный створ 1 Замыкающий створ

Неман

Рисунок 3 - Баланс между поступлением биогенных веществ с территорий сопредельных государств и выносом трансграничными реками Калининградской области в 2010 г.

Баланс между поступлением биогенных веществ с сопредельных государств и выносом с территории области формируется не только за счет антропогенного фактора, который можно оценить по качеству воды в соответствующих створах (рис. 4), но и в зависимости от природных особенностей и структуры водосбора в точке наблюдения, косвенно влияющих на гидрометрические характеристики (расход воды и объем стока).

«, 3 §2,5

1 2

г 1>5 гА 1 О 1 ^ 0.5

Д л

а

о

граница

бассейн р. Мамоновки

граница усты

бассейн >. Прохладной

граница устье

бассейн р. Преголи

а

Ж

а р,

граница устье бассейн р. Немана

0,3

0,25

0,2

0,15

ОД

0,05

0

п

*

№

р и

граница

бассейн и. Мамоновки

Гранина усш

бассейн Прохдаано{

сс «3 я

й \л со $

►ч О, сс Ш £ о н ( ) о 5 та О- и. &

и а, с а,

си а.

граннца

бассейн р. Преголи

устье

ж

граница устье бассейн р. Немана

Рисунок 4 - Содержание азота нитратного (а) и фосфора фосфатов (б) в трансграничных реках Калининградской области

В условиях отсутствия гидрологических постов на большинстве малых водотоков области получение объективных сведений об их экологическом состоянии обеспечивается рейдовыми наблюдениями. При этом под рейдовыми наблюдениями понимаются однодневные наблюдения (в течение светового дня) на водном объекте (предпочтительно по всей его длине или площади), в ходе которых выполняются комплексные исследования, включающие

гидрологические, гидробиологические и ихтиологические исследования. Анализ результатов каждой рейдовой (разовой) эколого-гидрологической съемки непосредственно после ее выполнения позволяет:

1. обнаружить специфические особенности и некоторые закономерности в распределении гидрологических (в т. ч. гидрохимических) параметров;

2. выявить источники загрязнения водного объекта и составить их сравнительную характеристику;

3. провести предварительное зонирование водного объекта по гидрологическим показателям;

4. подготовить основу для последующего проведения экологического мониторинга, определив ключевые станции (створы).

По мере удлинения рядов наблюдений результаты именно рейдовых наблюдений (и только они) дают возможность составить полное представление об изучаемом водном объекте. Для накопления комплексной информации о водотоке целесообразно пересмотреть существующую систему мониторинга, восстановив ранее существующие посты на малых реках, а также включив некоторые трансграничные реки.

Основные выводы

1. Малые водотоки отличаются большой короткопериодной изменчивостью гидрологических и гидрохимических параметров, соизмеримой с сезонной. Изучение каждой отдельной реки малоэффективно, поскольку гидрологический режим малых рек под влиянием местных факторов может быть азонален. Для представления геоэкологических особенностей малых водотоков необходима их типизация. В работе реки сгруппированы по типу дренируемого ландшафта на фоне климатических особенностей области. Дана характеристика

1» гчттлутттмтялт^пл/ ггп^пк^ттлп ГТл,.«-____ _________-

--«Г“...Г“ *■* * рил. X 1иЛсиаП1/, ¿3иДНикЛЬ

рек определяется в целом природными факторами, тогда как качество воды зависит в большей степени от преобладающей в бассейне антропогенной деятельности.

2. Изучение гидрохимических особенностей водотоков Калининградской области позволили отметить следующее. Кислородные условия, содержание органических и биогенных веществ в большинстве водотоков не соответствуют требованиям ПДК, особенно в меженные периоды. При этом наиболее неблагоприятные условия по ряду показателей (кислородные условия, содержание азота нитритов, фосфора фосфатов) отмечены в приграничных створах малых рек. Самые неблагоприятные кислородные условия складываются в малых и самых малых реках дельты р. Немана, Полесской низменности. Катастрофическое состояние — в реках Лобовке, Хлебной, Медвежьей. Более благоприятные условия в реках Самбийского полуострова. Количество органических веществ оценивалось по величине перманганатной окисляемости, которая для исследованных рек попадала в класс «повышенная» (10-15 мгО/дм3). Наибольшая окисляемость обнаружена в приграничных створах малых рек (р. Путиловка, р. Струга Барыцка). Наименьшая - в малых реках Самбийского полуострова. Экстремально высокая окисляемость зафиксирована в реках: Граевке, Медвежьей,

Тростянке. Больше всего биогенных веществ содержалось в реках Полесской низменности, в некоторых реках Самбийского полуострова (реки Чистая, Мотыль, Спокойная, Медвежья) и некоторых приграничных створах (реки Стогов-ка, Правда, Путиловка). Меньше всего - в реках Алейке, Светлогорке, Гурьев-ке, Прохладной, Анграпе, Красной. Превышения ПДК за период исследований зафиксированы: по азоту аммонийному - в 1,3-2,5 раза, по фосфору фосфатов -в 1,0-1,3 раза.

3. Геоэкологическая оценка водотоков Калининградской области, включающая анализ природных и антропогенных факторов в пределах бассейнов, морфометрических, гидрометрических, гидрохимических параметров водотоков, ориентированная на использование рек в рыбохозяйственных целях показала следующее. По геоэкологическому состоянию выделено 4 группы рек. «Благоприятное» состояние характерно только для малых рек, дренирующих Виштынецкую возвышенность (юго-восточная часть области). «Умеренно благоприятное» состояние имеют реки Прохладная, Дейма, водотоки южной части Дельтовой низменности, а также Инструч. Большинство малых водотоков характеризуются как «малоблагоприятные» (реки Мамоновка, Путиловка, Правда, Нельма, Зеленая, Светлогорка, Мотыль, Алейка, Забава, Спокойная, Куров-ка, Большая Морянка, Ольховка, Гурьевка, каналы Западный и Восточный) и «весьма неблагоприятное» (реки Стоговка, Граевка, Приморская, Чистая, Медвежья, Зеленоградка, водотоки северной части Дельтовой низменности). Водотоки расположены в пределах густонаселенных и промышленно освоенных частях области - западная и центральная части области. Это свидетельствует о, в целом, неудовлетворительном состоянии малых геосистем на территории Калининградской области.

4. Малые реки вносят определенный вклад в загрязнение Балтийского моря и заливов. В сумме они выносят более 1000 т минерального азота, более 100 т фосфора фосфатов и около 300 т железа общего в год. В суммарной биогенной нагрузке на Балтийское море от рек области это составляет 2,4 % общего стока минерального азота, 7,2 % - фосфора фосфатов и 6,1 % - железа общего. Доля стока малых рек в биогенной нагрузке на Куршский залив незначительна и составляет 0,5 % по азоту минеральному, 1,2 % - по фосфору фосфатов и 1,1 % по железу общему. Биогенная нагрузка от малых рек на Калининградский залив существенно выше и составляет 21 %, 28 %, 35 % от общего стока соответственно.

5. Трансграничные реки на территорию области приходят достаточно загрязненными, о чем свидетельствуют качество воды в приграничных створах, а также объем переносимых биогенных веществ. Контроль качества воды в реках, текущих с территорий сопредельных государств, целесообразно вести в створах, максимально приближенных к государственной границе.

6. Существующая система государственного мониторинга водных объектов нуждается в корректировке. Для контроля качества воды, поступающего в Балтийское море и его заливы. Целесообразно включить в общую систему наблюдений малые водотоки Самбийского полуострова (реки Алейку, Забаву в приустьевых створах, Медвежью у п. Сокольники, Чистую ниже г. Пио-

нерска, Светлогорку ниже г. Светлорогска) и Полесской низменности (реки Зеленограду в приустьевом створе, Лобовку ниже г. Храброво, Б. Морянку, М. Морянку в приустьевых створах), а также восстановить гидрологические посты на реках Прохладной (п. Светлое), Нельме (п. Кострово) и Писсе (п. Зеленый Бор). Для получения баланса нагрузки необходимо назначить приграничные створы на реках Корневке (выше г. Корнево), Стоговке (выше п. Железнодорожного), Немане (п. Неманское), Шешупе (п. Кутузово) и включить их в общую систему мониторинга.

Основные положения диссертации изложены в следующих публикациях:

В научных журналах, рекомендуемых ВАК

1. Нагорнова H.H., Берникова Т.А. Некоторые факторы формирования короткопериодной изменчивости состояния малых аквальных экосистем (на примере Калининградской области) // Вестник Российского университета дружбы народов. М., 2010. № 1. С. 30-38 (автора-0,26 п.л.).

2. Нагорнова H. H., Берникова Т. А., Цупикова Н. А. Гидрогеохимическая характеристика малых рек Калининградской области // Вестник БФУ им. И. Канта. 2011. №7. С. 160-166 (автора-0,20 п.л.).

Учебное пособие

3. Берникова Т.А., Малявкина А.Н, Нагорнова H.H., Цупикова H.A. Гидрология. Лабораторный практикум и учебная практика. М.: КОЛОС, 2008.. 304 с (автора - 4,0 п.л.).

Публикации в журналах, сборниках

4. Т. Bernikova, A. Malyavkina, N. Nagomova Discharge of organic and

uuigenic substances from smaii rivers of Kaiiningrad Region in the Baltic Sea // Proceedings, 6th International Conference. Kalmar 2007. Part II. P _

0,10 п.л.). У

5. Авдеева E.B., Берникова T.A., Казимирченко O.B., Нагорнова H.H. Микробиологический мониторинг европейского угря в условиях антропогенной нагрузки // Экологические проблемы Калининградской области и Балтийского региона: Сб. науч. трудов / под ред. В.В. Орленка. Калининград: РГУ им. И.Канта, 2007. С. 129-134 (автора - 0,05 п.л.).

6. Берникова Т. А., Дубравин В.Ф., Нагорнова H.H. Стонт Ж. Климатические сезоны Южной Балтики // Инновации в науке и образовании - 2007: V научная конференция КГТУ: труды / Калининград, 2007. Ч 1. С. 53-55 (автора-0,05 п.л.).

7. Берникова Т. А., Нагорнова H.H. Гидрологические условия рек Немана и Шешупе (в пределах Калининградской области) в марте 2007 года // Инновации в науке и образовании - 2007: V научная конференция КГТУ: труды / Калининград, 2007. Ч 1. С. 58-61 (автора - 0,11 п.л.).

8. Берникова Т. А., Нагорнова H. Н. Гидрологическое зонирование Калининградского залива // Инновации в науке и образовании - 2006: IV науч-

ная конференция КГТУ: труды / Калининград, 2006. Ч 1. С. 125-126 (автора-0,13 п.л.).

9. Берникова Т. А., Нагорнова Н.Н. Цупикова Н.А., Гусарова А. Загрязнение и водообмен Приморской бухты с Калининградским морским каналом (КМК) // Инновации в науке и образовании - 2007: V научная конференция КГТУ: труды /Калининград, 2007. Ч 1. С. 61-64 (автора- 0,10 п.л.).

10. Берникова Т.А., Малявкина А.Н., Нагорнова Н.Н., Цупикова Н.А. Значение рейдовых гидрологических наблюдений для экологического мониторинга водных объектов (на примере Калининградской области) // Инновации в науке и образовании - 2009: VII научная конференция КГТУ: труды / Калининград, 2009. Ч 1. С. 98-101 (автора-0,10 п.л.).

11. Берникова Т.А., Нагорнова Н.Н. Гидрологическое зонирование Калининградского залива // Известия КГТУ. Калининград, 2007. № 11. С. 41-44 (автора-0,10 п.л.).

12. Берникова Т.А., Цупикова Н.А., Нагорнова Н.Н. Некоторые пути решения проблем экологического мониторинга слабоизученных водных экосистем (на примере Калининградской области) / XIV Съезд РГО: Сборник научных работ. Т. 2. Книга 2. Ч. 2. С. 246-249 (автора - 0,11 п.л.).

13. Дубравин В.Ф., Нагорнова Н.Н. Кислородный режим Южной Балтики //Известия КГТУ. Калининград, 2007. № 12. С. 27-35 (автора-0,15 п.л.).

14. Дубравин В.Ф., Нагорнова Н.Н. Об оценках водообмена через Балтийский пролив // Инновации в науке и образовании - 2007: V научная конференция КГТУ: труды / Калининград, 2007. Ч 1. С. 69-72 (автора - 0,10 п.л.).

15. Малявкина А.Н., Нагорнова Н.Н., Берникова Т.А. Предварительные результаты мониторинга некоторых замкнутых водных экосистем Калининградской области //Известия КГТУ. Калиинград, 2010. № 19. С. 204-212 (автора

- Û,i5 п.л.).

16. Матвеева Е.З., Нвгорнова Н.Н. Распространение загрязнения по те~ чению реки Преголи // Экологические проблемы Калининградской области и Балтийского региона: сб. науч. трудов / под ред. В.В. Орленка. Калининград: РГУ им. И.Канта. 2007. С. 71-78 (автора - 0,10 п.л.).

17. Нагорнова Н.Н. Берникова Т.А. Водообмен морских и речных вод как фактор формирования структуры эстуарных водоемов (на примере Калининградского залива Балтийского моря) // Состояние охрана, воспроизводство и устойчивое использование биологических ресурсов внутренних водоемов: материалы. Волгоград. 2007. С. 213-215 (автора-0,10 п.л.).

18. Нагорнова Н.Н. Вынос из озера Виштынецкого минеральных и органических веществ в июле 2007 года // Lietuvos ir Rusijos pasienio vandens telkiniii zuvxj istekliij aktürimo s^lygq mokslinè-techniné plétra. Tarptautinés mokslienés studentij ir jaunijjij mokslininkq konferencijos programma ir pranesimn santraukos. Vilnius. 2007. S. 13-14 (автора- 0,11 п.л.).

19. Нагорнова Н.Н. Методологические аспекты выделения рек-аналогов (на примере экосистем малых рек Калининградской области) // Водные ресурсы, экология и гидрологическая безопасность: IV Международная научная конференция: труды / М.: ИВПРАН. 2010. С. 227-230 (автора- 0,19 п.л.).

20. Нагорнова H.H., БерниковаТ.А. Гидрологические условия реки Прохладной и ее притоков по наблюдениям в сентябре 2007 года // Инновации в науке и образовании - 2008: VI научная конференция КГТУ: труды / Калининград, 2008. Ч 1.С. 143-146 (автора-0,10 п.л.).

21. Нагорнова H.H., Малявкина А.Н., Берникова Т.А., Цупикова H.A. Мониторинг выноса органических и биогенных веществ рекой Прохладной в Калининградский (Вислинский) залив / Комплексное управление, индикаторы развития, пространственное планирование и мониторинг прибрежных районов юго-восточной Балтики: материалы / Калининград: Терра-Балтика, 2008. С. 111-112 (автора - 0,10 п.л.).

22. Нагорнова H.H., Цупикова H.A., Берникова Т.А. Выбор ключевых точек мониторинга экосистем водотоков в Калининградской области // Инновации в науке и образовании - 2010: VIII научная конференция КГТУ: труды / Калининград, 2010. Ч 1.С. 160-162 (автора-0,11 п.л.).

23. Цупикова H.A., Нагорнова Н.Н. Факторы формирования биогенного стока с территории Калининградской области // Инновации в науке и образовании - 2010: VIII научная конференция КГТУ: труды / Калининград, 2010. Ч 1. С. 172-174 (автора-0,10 п.л.).

24. Шибаев С.В., Нагорнова H.H., Берникова Т.А., Цупикова H.A. Геоэкологические аспекты переноса биогенных веществ трансграничными реками (на примере Калининградской области) // «Известия КГТУ». № 22. 2011. С. 133141 (автора - 0,30 п.л.).

Подписано в печать . О/ 2012 г. Формат 60x84/16.

Уел. п.л. 1,0. Уч.-изд.л. 1,12. Тираж 100 экз. Заказ № Л5~. Издательство ФГБОУ ВПО «КГТУ», 236022 г. Калининград, Советский пр., д. 1

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Нагорнова, Надежда Николаевна, Калининград

61 12-11/88

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Калининградский государственный

технический университет"

Факультет биоресурсов и природопользования

На правах рукописи

Нагорнова Надежда Николаевна

ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ МАЛЫХ ВОДОТОКОВ

КАЛИНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ

25.00.36 - Геоэкология (науки о Земле) Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук

Научные руководители:

канд. географ, наук, профессор Т.А. Берникова

доктор физ.-мат. наук С.А. Кондратьев

Калининград - 2012

СОДЕРЖАНИЕ

Содержание.......................................................................................................................2

Введение............................................................................................................................3

Материал и методика........................................................................................................В

1 Природные условия района исследования............................................................14

1.1 Физико-географические особенности Калининградской области...........14

1.2 Естественная составляющая геосистем малых водотоков.......................27

1.2.1 Общая характеристика водного фонда................................................27

1.2.2 Малые реки, впадающие непосредственно в Балтийское море........32

1.2.3 Малые водотоки, впадающие в Куршский залив...............................39

1.2.4 Малые реки, впадающие в Калининградский залив..........................48

1.2.5 Малые водотоки бассейна р. Преголи.................................................58

2 Факторы формирования геоэкологических особенностей малых водотоков ...61

2.1 Водность малых водотоков..........................................................................61

2.2 Короткопериодная изменчивость гидроэкологических параметров малых водотоков.............................................................................................................73

2.3 Ландшафтно-климатическое районирование водотоков как учет природных факторов при составлении геоэкологической оценки............................82

3 Типизация водотоков по гидрохимическим показателям с учетом природных и антропогенных факторов...............................................................................................92

3.1 Мониторинг гидрохимических условий малых водотоков......................92

3.2 Роль природных и антропогенных факторов в формировании качества воды ..........................................................................................141

4 Биогенная нагрузка от рек на принимающие бассейны с учетом трансграничного загрязнения......................................................................................156

4.1 Оценка вклада малых рек в поступление биогенных веществ в Балтийское море............................................................................................................156

4.2 Оценка трансграничного загрязнения водотоков....................................169

4.3 Рекомендации по оптимизации сети мониторинга водных объектов... 179

Заключение....................................................................................................................184

Список использованной литературы..........................................................................188

ВВЕДЕНИЕ

Реки Калининградской области - важные транспортные артерии и основа водоснабжения многих населенных пунктов, места нереста и нагула ценных видов рыб. Водотоки используются для отдыха и любительского рыболовства. Не менее значима их эстетическая роль как ключевых элементов ландшафта. В то же время они вносят определенный вклад в загрязнение Балтийского моря и, особенно, его заливов. Однако существующая сеть наблюдений за их состоянием недостаточна, фрагментарна и не полностью отвечает задачам экологического мониторинга. Значительная часть водотоков, в основном, малых, наблюдениями не охвачена.

Малые равнинные реки - начальное звено формирования водных ресурсов определенной территории, от геоэкологической ситуации в бассейнах этих рек во многом зависит состояние средних и крупных водотоков и водоемов исследуемого района. Таким образом, состояние рек отражает экологическую ситуацию на значительной водосборной площади. Малые реки уже давно стали модельным объектом для исследований по целому ряду наук. Этому в немалой степени способствуют особенности малого водного объекта: наличие постоянного стока; наличие связи с большими водотоками и стоячими водоемами; высокая динамичность; тесная связь с ландшафтом и наземными системами и др. Исходя из этого, в работе основное внимание уделено именно таким водотокам.

Территория речных водосборов представляет собой сложную мозаику, сложенную из набора природно-антропогенных геосистем: городов, поселков, сельскохозяйственных полей, лесов, болот и др. Основу этих геосистем составляет природный комплекс, трансформировнный той или иной деятельностью человека. Усиливающееся отклонение природно-антропогенных геосистем в речных бассейнах от своей естественной составляющей обусловило возникновение и необходимость решения «проблемы малых рек», проявляющейся, главным образом, в деградации речных геосистем вследствие интенсивного хозяйственного использования малых рек и их водосборов, изъятия значительной части стока, отведения в реки загрязненных сточных вод, трансграничной антропогенной нагрузки. Выполнение геоэкологической оценки малых рек и их водосборов -необходимое условие разработки научно-обоснованных рекомендаций по охране и рациональному использованию водных ресурсов Калининградской области.

Очевидно, что геоэкологические исследования геосистем водотоков в настоящее время - одно из актуальных направлений природоохранной деятельности.

Объект исследования - геосистемы малых водотоков.

Предмет исследования - геоэкологическое состояние геосистем малых водотоков Калининградской области.

Цель исследования. Оценка геоэкологического состояния геосистем малых водотоков Калининградской области.

Задачи исследования. Для достижения цели были поставлены и решены следующие научные задачи:

1. Сбор, обобщение и анализ многолетних данных по гидрологии и качеству воды рек Калининградской области, проведение натурных исследований, изучение гидроэкологических условий ранее не изученных или слабо изученных малых водотоков.

2. Характеристика ландшафтно-климатических особенностей бассейнов водотоков, как необходимого условия учета природного фона для оценок антропогенного воздействия на водные ресурсы; выделение и анализ приоритетных природных и антропогенных факторов формирования биогенного стока исследуемых речных бассейнов

3. Оценка геоэкологического состояния водотоков на основе изучения гидрологических и гидрохимических показателей, типизация водотоков по гидрохимическим показателям.

4. Изучение и оценка биогенного воздействия водотоков на Балтийское море. Оценка трансграничной нагрузки на водотоки Калининградской области. Расчет баланса биогенного стока малых водотоков и его воздействия на морские водоемы.

Научная новизна работы определяется следующими положениями:

¡.Определен баланс биогенной нагрузки. Показано, что малые водотоки, дренирующие территории сопредельных государств на территорию области приходят достаточно загрязненными.

2. Впервые рассчитаны морфометрические и гидрометрические параметры ранее не изучавшихся или слабо изученных водотоков, определены их гидрохимические особенности (кислородные условия, содержание органических,

биогенных и минеральных веществ). Дана оценка водности водотоков. Выявлены основные закономерности и причины короткопериодной изменчивости гидрологических показателей в малых реках, осуществлена их типизация, ориентированная на использование рек в рыбохозяйственных целях. Составлены карты-схемы химического состава воды исследуемых водотоков и выноса биогенных веществ речным стоком.

3. Рассчитана биогенная нагрузка на Балтийское море, в том числе на Калининградский (Вислинский) и Куршский заливы от 15 ранее не изученных малых водотоков. Определен баланс биогенной нагрузки. Показано, что малые водотоки, дренирующие территории сопредельных государств на территорию области приходят сильно загрязненными, о чем свидетельствуют содержание азота нитритного, фосфора минерального, значение перманганатной окисляемости.

Положения, выносимые на защиту:

1. Типизация водотоков Калининградской области по гидрохимическим показателям с учетом природных и антропогенных факторов.

Геоэкологическое состояние большинства малых и самых малых рек области оценивается в целом как «малоблагоприятное» и «весьма неблагоприятное». Увеличено (не редко выше ПДК) содержание биогенных и органических веществ, особенно в меженные периоды, снижен кислородный фон. Сезонный ход исследованных веществ (биогенных, органических, минеральных веществ и кислороды) хоть и не нарушен, что свидетельствует о способности рек к самоочищению, но проявляется слабо - реки испытывают повышенное антропогенное влияние. Действие антропогенного фактора усиливается специфическими природными особенностями (питание рек болотными и подземными водами, подпор со стороны принимающих водоемов).

2. Оценка вклада малых рек в поступление биогенных веществ в Балтийское

море.

Доля малых рек в общей биогенной нагрузке на Балтийское море от речного стока с территории области составляет 2,4 % от стока минерального азота, 7,2 % -от фосфора фосфатов и 6,1 % - от железа общего. Доля стока малых рек в биогенной нагрузке на Куршский залив незначительна и составляет 0,5 % по азоту минеральному, 1,2 % - по фосфору фосфатов и 1,1 % по железу общему. Биогенная

нагрузка от малых рек на Калининградский залив существенно выше: 21 %, 28 %, 35 % от общего стока соответственно.

3. Оценка трансграничного загрязнения водотоков.

Оценка трансграничного загрязнения производилась по характеристике качества воды в створах, максимально приближенных к государственной границе (приграничные створы). Вынос биогенных веществ речным стоком с территорий сопредельных государств, расчитанный как объем переносимых веществ через приграничный створ, соотнесенный с объемом веществ, переносимых через замыкающий створ, показал, что в общем выносе биогенных веществ с территории области от 8-9 до 79 % приходится на долю стока, поступающего с территорий сопредельных государств (Литвы и Польши). Соотношение между поступлением и выносом биогенных веществ с территории области определяют в первую очередь природные особенности (малые уклоны и как следствие подпор со стороны принимающих водоемов, питание болотными и подземными водами, малая лесистость), которые усугубляются в бассейнах некоторых водотоков действием антропогенного фактора, проявляющегося в повышенном загрязнении вод.

Достоверность полученных результатов подтверждается значительным объемом собранных материалов, использованием многолетних кадастровых данных, сходимостью полученных результатов с закономерностями, установленными ранее, а также анализом достаточного количества современных публикаций по исследуемой проблематике.

Методологическая основа, материалы и методы исследования. В основу работы положен бассейновый подход. Водосбор и река (водоток) рассматриваются как единая целостная геосистема, все компоненты которой взаимосвязаны между собой вертикальными и горизонтальными потоками вещества и энергии. Поставленные задачи решались с помощью традиционных методов, используемых в географии, гидрологии, гидрохимии и экологии: сравнительно-географического и картографического анализа, расчетов, классификации и аналогии, типологии, ранжирования. Работа построена в основном на материалах собственных наблюдений. При анализе гидрологических условий использованы также имеющиеся фондовые и литературные источники.

Теоретическая значимость исследования заключается в разработке типологии речных геосистем по комплексу показателей, отражающих геоэкологическое состояние водотоков, балансового метода оценки нагрузки от трансграничных рек. Результаты исследования формируют теоретическую основу для принятия научно-обоснованных решений по реализации рекомендаций Плана действий по Балтийскому морю (ПДБМ) XEJIKOM в отношении снижения биогенной нагрузки на морскую экосистему со стороны Калининградской области.

Практическая значимость исследования заключается в использовании полученных результатов при выполнении НИР 09-02 Федерального Агентства водных ресурсов Министерства природных ресурсов и экологии РФ «Разработка научных рекомендаций по снижению негативного природного и антропогенного воздействия на акваторию Балтийского моря (прибрежная полоса Калининградской области и восточная часть Финского залива» (2009 - 2010 гг.). Материалы исследования использованы в организации учебного процесса кафедры ихтиологии и экологии Калининградского Государственного технического университета по дисциплинам «Гидрология», «Учение о гидросфере», «Геоэкология».

Фактический материал Фактический материал собран лично автором в период полевых работ. В 2007-2010 гг. обследовано более 60 водотоков в 94 створах. При этом 22 водотока исследованы впервые в период всех четырех гидрологических сезонов. По 30 водотокам впервые получены данные в зимнюю межень. Собраны материалы по гидрологическим и геоэкологическим особенностям 13 малых ранее не изучавшихся водотоков в приганичных створах. Автором обработаны, проанализированы и обобщены все собранные данные.

Автор выражает благодарность канд. географ, наук, профессору Т.А. Берниковой, доктору физ.-мат. наук С.А. Кондратьеву, доктору биол. наук, профессору C.B. Шибаеву доктору географ, наук В.Ф. Дубравину за проявленное внимание, помощь, замечания и рекомендации.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА

Методологической основой работы явился бассейновый подход. Согласно этому подходу [7, 65, 66, 115-117, 130], водосбор и сама река (водоток) рассматриваются как единая целостная автономная геосистема, все компоненты которой взаимосвязаны между собой вертикальными и горизонтальными потоками вещества и энергии и рассматриваются в комплексе. Мы исходили из того, что связь процессов живой и неживой природы настолько тесна и взаимна, что взаимоотношения между этими двумя формами проявления материи представляют собой единую систему. Всякое изменение в любом из звеньев этой системы приводит к изменениям в других звеньях, вызывает новые взаимоотношения между ними. При этом бассейн реки как структурная (функциональная) единица территории - достаточно динамичная система, характеризующаяся повышенным массо- и энергообменом. Принимая во внимание очевидную взаимосвязь и взаимообусловленность гидрологических процессов, явлений и природных факторов, подтвержденных и статистическими методами [7, 69], принимается определение одного из типов геосистем - ландшафтно-гидрологических систем (ЛГС). Под ландшафтно-гидрологическими системами будем понимать часть земной поверхности, где взаимодействие гидрологических процессов и природных структур локально обладает специфическими закономерностями [6]. В границах бассейнов выделяются разнообразные ЛГС: водораздельные комплексы - зоны формирования речного стока, склоны - зоны транзита вод в долинные системы. В единое целостное образование бассейн объединяет прежде всего водный поток, однонаправленный по улу падения склонов и по тальвегам понижений в рельефе [77]. Ядро бассейновой системы - водоток с сопутствующим ему пойменно-долинным комплексом. Водотоки различного порядка образуют закономерно развивающуюся иерархическую систему, осуществляющую дренаж всех вод -поверхностных, подповерхностных и подземных. Ядром развития речных бассейнов любой пространственной размерности являются долины. В то же время долины рек - это наиболее освоенные и, одновременно, наиболее чувствительные к антропогенным воздействиям функциональные части речного бассейна. Именно к ним приурочены населенные пункты и промышленные центры. Поймы рек используются для сельского хозяйства, в результате строительства ГЭС и создания

водохранилищ происходит полное переформирование пойменно-долинных процессов. Природная структура долинного комплекса определяет защищенность речных вод от потоков загрязняющих веществ с пойменных и прилегающих к ним массивов и, следовательно, связана с поглощением веществ на участке поверхностного транзита (склон-пойма-река) [6].

При составлении геоэкологической оценки малых рек мы исходили из представления геоэкологии как междисциплинарном направлении наук о Земле, в котором объединены все знания об экологических свойствах и проблемах геосфер [128], то есть, геоэкология изучает взаимосвязанную систему геосфер в процессе ее интеграции с обществом [46]. В таком понимании геоэкология может подразделяться на экологию атмосферы, экологию гидросферы и т.д. Методологическая основа науки при этом - системный анализ и многофакторный подход к изучению окружающей среды и ее компонентов в тесной связи с изучением атмосферы, гидросферы, биосферы, техносферы.

Малые реки вместе со своим в