Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Роль атмосферных осадков в загрязнении сульфатами речных вод

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

Автореферат диссертации по теме "Роль атмосферных осадков в загрязнении сульфатами речных вод"

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

На правах рукописи

МОШИАШВИЛИ ЛКЯ ДАВИДОВНА

УДК 504.45+504.3.054

РОЛЬ АТМОСФЕРНЫХ ОСАДКОВ В ЗАГРЯЗНЕНИИ СУЛЬФАТАМИ РЕЧНЫХ ВОД.

Специальность il.00.il. - охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

МОСКВА - 1993 г.

}

\

Работа выполнена в Институте прикладной геофизики им. академика Федорова Е.К. Федеральной службы России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды.

Научный руководитель: кандидат географических наук

Черногаева Г.М.

Официальные оппоненты: доктор географических наук, профессор

Тушинский С.Г.

кандидат геолого-минералогических наук Кочерян А. Г.

Ведущая организация - Институт географии РАН

сс час.

Защита состоится С^Т^&Ъ.? 1993 г. в "

на заседании Специализированного совета К.003.36.01 по специальности 11.00.11 - "Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов" в Институте глобального климата и экологии по адресу: 107258, Москва, ул. Глебовская, д. 20-Б.

С диссретацией можно ознакомиться в библиотеке Института глобального климата и экологии по адресу: 107258, Москва, ул. Глебовская, д. 20-Б.

Ваш отзыв в 2-х экземплярах, заверенный печатью, просим направлять по адресу; 107258, Москва, ул. Глебовская, д. 20-Б, ,, . Спецсовет ИГКЭ.

Автореферат разослан Св^Уе^^^С 1993 г.

Ученый секретарь Специализированного

совета, к. г.-м. н. С}Т. Г. Орлова

АКТУАЛЬНОСТЬ. Работа посвящена одному из слабо изученных явлений современной гидрологии и гидроэкологии - влиянию атмосферных осадков на загрязненность речных вод сульфатами и выявлению доли атмосферной составляющей в выносе сульфатов с речным стоком.

С 50-х годов нашего столетия наблюдается тенденция роста промышленности и энергетики, производства цветных и черных металлов, увеличение потребления ресурсов (особенно угля). Выбросы двуокиси, серы на современном этапе по сравнению с уровнем 50-х годов в нашей стране возросли в три раза, что приводит к сильному загрязнению атмосферы и поверхностных вод техногенной серой. Техногенная сера.в виде сульфатов, поступая рассредоточенным образом с речных водосборов в русло, выносится в океан. По оценкам ряда авторов (МеуЬеск, 1979; Иванов и др., 1983; Волков, 1984;). в настоящее время в мировой океан ежегодно выносится реками около 600 млн. тонн сульфатов, примерно половина этого количества - сульфаты антропогенного происхождения.

В настоящее время качество природных вод на большинстве водосборов формируется под воздействием как природных, так и антропогенных факторов. Промышленные, бытовые, сельскохозяйственные и другие сточные воды, сбрасываемые в водные объекты, вносят большие изменения в их режим, ухудшая качество воды.

В последние годы появился еще один источник загрязнения речных вод - атмосферные осадки. Этот источник поступления загрязняющих веществ в реки не контролируется и учесть его довольно трудно. Однако оценка его влияния необходима при анализе, прогнозе и регули-

»

ровании качества речных вод. В связи с этим оценка влияния атмосферных осадков на химический состав речных вод является актуальной и имеет важное народнохозайственное значение.

В данной работе эта задача решалась на примере сульфатов с

- г -

учетом того, что они являются консервативной примесью и формируются под воздействием как природных, так и антропогенных Факторов, в том числе за счет загрязнения атмосферы соединениями серы.

ЦЕЛЬЮ РАБОТЫ была крупномасштабная оценка роли атмосферных осадков в загрязнении речных вод сульфатами. В связи с этим были поставлены и решались следующие задачи:

- анализ содержания сульфатов в атмосферных осадках и их сезонные вариации;

- определение нагрузки выпадений сульфатов из. атмосферы на речные водосборы;

- проведение анализа содержания сульфатов в речных водах;

- расчет выноса сульфатов в океан с речным стоком;

- исследование тенденций в изменении содержания сульфатов в речных водах за многолетний период;

- оценка роли атмосферных осадков в загрязнении речного стока отдельных водосборов, гидрографических районов, территории страны в целом;

- выявление влияния роста сульфатов атмосферного происхождения на закисление речных вод;

В данной работе исследовалась территория бывшего СССР в границах 1990 года.

В качестве методов исследования были использованы графо-анали-тические построения. статистические методы, балансовые расчеты.

Исходной информацией в работе послужили статистические данные режимных наблюдений за количеством атмосферных осадков, содержанием в них сульфатов и их кислотностью, по расходу речной воды и содержанию в ней сульфатов и ее кислотности, карты загрязнения снежного покрова бывшего СССР, а также карты средных многолетных осад-

ков за холодные и теплые сезоны.

Статистическая обработка информации проводилась с помощью ЭВМ. Массив статистически обработанных данных содержал около 30 тысяч показателей по расходам рек. количествам атмосферных осадков, концентрациям сульфатов и рН в речных водах и атмосферных осадках, минерализации и содержании основных ионов в речных водах.

НОВИЗНА исследования заключается в том, что впервые получены оценки вклада загрязненных сульфатами атмосферных осадков в формирование содержания сульфатов в речных водах по крупным речным бассейнам, гидрографическим районам и территории страны в целом. Рассчитан вынос сульфатов с речным стоком в океан и проведено его сопоставление с "доантропогенным" периодом.

Важным новым результатом работы является вывод о том, что загрязнение поверхности водосборов сульфатами, поступающими из атмосферы, не привело к значительному закислению речных вод, несмотря на рост их содержания. Реакция речных вод (по рН) на современном этапе близка к нейтральной. Этот вывод вносит существенный вклад в понимание закономерностей гидроэкологических проблем. В нашей стране, по сравнению со многими развитыми странами мира, вопросы закисления речных вод еще не стоят достаточно остро, но вероятно возникнут в будущем.

НА ЗАЩИТУ выносятся следующие положения:

- вклад атмосферных осадков в загрязнение речных вод сульфатами изменяется по гидрографическим районам и крупным речным бассейнам от 5 до 33!?;

- вынос сульфатов с речным стоком в целом по стране по сравнению с 50-ыми годами удвоился,. в этом суммарном выносе в настоящее время антропогенная составляющая оценивается в 50%, примерно половина этой величины приходится на долю атмосферной составляющей:

- увеличение содержения сульфатов в речных водах в связи с атмосферным загрязнением не привело к их закисленшо. Реакция речных вод в настоящее время близка к нейтральной.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ. Практическая актуальность и значимость работы видится в доказательствах необходимости учета этого источника загрязнения речных вод при оценках качественного состояния водоемов и рассмотрении перспектив их функционирования и использования.

Полученные в работе количественные характеристики нагрузок выпадений сульфатов, их вынос с речным стоком по основным речным бассейнам и гидрографическим районам и другие показатели, могут быть использованы при оценках гидроэкологических ситуаций на всей территории бывшего СССР и России.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные материалы и результаты диссертации докладывались на конференции молодых ученых Института прикладной геофизики (Москва 1991,1992); заседании Гидрологической комиссии Московского филиала географического общества России (Москва 1991,1993); Международном симпозиуме "Проблемы экоинформатики" (Звенигород, 14-18 декабря 1992); итоговой научной сессии Института прикладной геофизики (Москва 1992); секции Ученого Совета Института прикладной геофизики (Москва 1993).

ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, четырех глав,■заключения, списка литературы и приложений; содержит №0 машинописных страниц основного текста, 36 таблиц, 2/ рисунков и список литературы, включающий ¡%0 наименований, из них 63 иностранных. Приложения на 29 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

ГЛАВА 1. В этой главе рассматриваются источники поступления серы в атмосферу, анализ содержания сульфатов в атмосферных осадках и их сезонные вариации. Концентрация серы в атмосфере определяется действием как природных, так и антропогенных факторов. Из природных источников можно отметить частицы морских солей, выдувание солей с поверхностей горных пород, почв, солончаков, соляных озер, продукты вулканических извержений. Анализ данных различных авторов (Эриксон. 1963; Юнге. 1963; Робинсон и Роббинс, 1970; Кел-лог и др., 1972; Френд, 1973; Гранат и др.. 1976; Боллин и Чарл-сон, 1976; Халберг, 1976; Гарланд, 1977; Рябошапко и др., 1978; Дэви, 1978; Кулис и Хиршлер, 1980) по оценке количества серы, поступающей в атмосферу в результате протекания различных природных процессов, показал, что хорошо согласуются между собой лишь величины потоков серы, обусловленные морским разбрызгиванием (44 млн.тонн Б/год) и вулканической деятельностью (5 млн. тонн Б/год). Оценки же интенсивности биогенной эмиссии серы (с поверхности суши и с морей и океанов) в атмосферу, определяющие содержание природной серы над континентами, по данным различных авторов, изменяются от 30 до 280 млн.тонн серы в год.

Антропогенный вклад в общее содержание соединений серы в атмосфере в настоящее время соизмерим с мощностью природных источников. По оценкам Кулис и Хиршлер (1980) на 1976 год глобальная эмиссия серы составила 104 млн. тонн Б/год (около 40% общей эмиссии

о

серы в атмосферу). На основании ряда оценочных расчетов (Робинсон и Роббинс, 1970; Келлог и др., 1972), выброс антропогенной серы в атмосферу может увеличиваться к 2000' году в 1,5-2 раза.

Сводные данные (Василенко, Израэль, Фридман. 1989) по атмос-

ферному ¡балансу серы на территории (бывшего ¡СССР то результатом наблюдений в 1980-1985 тт. ¡показывают, что на континентальную часть страны выпадает примерно 75% ¡(13,3 млн. тонн ) серы, ¡поступающей в атмосферу ют антропогенных и ¡природных источников. Колебания ню годам ¡не ¡превышают 15-20Х.

Формирование химического состава резной воды начинается в .атмосфера Многочисленные исследования ((Воронков. 1ЭБЗ; Дроздова. Петренчук. (Селезнева. Свистов, 1964; Черняева. 1974: Ромась. 1979; Лычаган. 1983: Лавриненко. 198Е;)) шо изучению химического состава ¡осадков л ¡их влияния на качество речной воды проводились дня .отдельных ¡районов в разные ¡периоды, однако ¡взяимосвнзь химического состава (осадков ¡и речной воды для страны в целом не была щрпслеже-¡на.

В данной работе для анализа использовались результаты ежеме-• сячных 1иябтаг)Т]рриА за химическим составом осадков ¡по данным ШЛО с рядом ¡наблюдений в II) дет ((1975-1985 тт.)). а также данные наблюдений в (биосферных заповедниках. Выбранные ¡нами станции расположены в рязн«у гагщраЦагаеских зонах ¡и относится ас ¡районам с разной антропогенной нагрузкой. В результате анализа и ¡обобщения собранных данных ¡было установлено, что ¡по ¡большинству из выбранных ¡нами станций максимальное количество с садков выпадает в теплый ¡период. Для станции аридной зоны ((Фергана. Щушка)) характерно выпадение ¡большего ¡количества ©садков в холодный период, что обусловлено климатическими особенностями. Путем анализа 'карт ((годового количества осадков ш осадков теплого ¡периода1) (были расчитаны ¡годовые осадки ш осадки теплого ¡периода, ¡выпадающие на водосборные шлшцади гидрографических районов и ¡процентное соотношение осадков теплого и холодного ¡периодов. Результаты этих расчетов ¡показывают, что для

- т

водосбора Северного; Ледовитого и Тихого океанов процентное соотношение осадкой теплого и холодного периодов составляет примерно! 60% к 4055- Е связи с засушливый климатом в бессточных районах Казахстана и Средней. Азии: преобладал: осадки холодного периода (55%К

Б результате сделанных нами обобщений установлено', что величины: наблюдаемых концентраций сульфатов в биосферных заповедниках могут быть принята на современно» уровне как природный фон и изменяются ст 2.0 да 4.2 кг/л. Среднегодовая взвешенная концентрация сульфатов по выбранным: городам на многолетней уровне изменяется в различных регионах от 1.0 до 16.5 мг/л. Распределение содержания сульфатов в атмосферных осадках в настоящее время носит зональный характер: на севере страны' на уровне фоновых значений, к югу концентрация сульфатов заметно увеличивается до 8-17 мг/л. Под влиянием антропогенного фактора в крупных городах природная зональность нарушается. Как правило, в городах средняя концентрация сульфатов в осадках в 2-3 раза выше, чем в чистой сельской местности. Максимальные концентрации сульфатов характерны для таких городов, как С.-Петербург. Одесса. Алма-Ата - 10.3. 16.5 и 17.4 мг/л. соответственно.

В осадках холодного полугодия концентрации сульфатов выше, чем в теплое. Расчеты средневзвешенных концентраций сульфатов за холодный и теплый периоды года для выбранных нами городов показывает. что концентрация сульфатов в теплое полугодие варьирует от 1.0 до 12.6 мг/л. а за холодный период - от 1.5 до 24.2 мг/л. Практически для всех станций концентрации сульфатов в осадках холодного периода превышают их значения в теплый период в 1.5-2 раза, что подтверждается исследованиями других авторов (Назаров. Фридман. Василенко. Петренчук. Дроздова. Лавриненко. Селезнева. Свистов).

ГЛАВА 2. В этой главе описаны ресурсы речного стока страны по

данным ГГИ (Водные ресурсы СССР____ 1987). источники поступления

сульфатов в речные воды - природные (осадочные породы.' продукты окисления в земной коре сульфидных соединений и распада органических веществ растительного и животного происхождения, выщелачивание почв, продукты сульфофикации и др.) и антропогенные (сбросы сточных вод преобразование поверхности водосбора, орошение, внесение удобрений, выпадение на поверхность водосборов загрязненных атмосферных осадков и др.), делается анализ содержания сульфатов в речных водах по данным сети ОГСНК и на основании данных литературных источников.

В данной работе сделана обработка существующих рядов многолетных режимных наблюдений за речным стоком и качеством речных вод. В результате анализа был выбран 1983 год, как близкий по вод-• ности .для крупных речных бассейнов к среднему многолетнему уровню. Отклонения водности по крупным рекам от среднего многолетнего уровня находятся в пределах ±15- 2035. Для всех замыкающих речных створов, где проводятся режимные гидрохимические наблюдения (220 рек) были рассчитаны среднегодовые значения показателей качества воды (расход воды, концентрация сульфатов, общая минерализация) и их доверительные интервалы с 95% -ным уровнем вероятности, которые характеризуют современный гидрохимический фон, когда химический состав речных вод формируется под влиянием как природных, так и антропогенных факторов.

В обширной литературе (Никаноров. Циркунов. 1991; Пелещенко. Хильчевский. 1991: Скакальский. 1991). посвященной влиянию антропогенных факторов на химический состав речных вод. неоднократно ука-

зывается на повсеместное увеличение минерализации воды и, в том числе, содержания сульфатов под влиянием хозяйственной деятельности.

В результате проведенных нами расчетов было установлено, что концентрация сульфатов в речных водах изменяется в больших пределах от нескольких миллиграммов до 2000 мг/л. Максимальные значения концентрации сульфатов наблюдаютя в речных водах Черноморского гидрографического бассейна (как правило, это малые реки). Такое явление связано с аридностью климата и большой антропогенной нагрузкой.

Для анализа зональных закономерностей речного стока и его химического состава все наблюдаемые реки были сгруппированы по степени крупности речных бассейнов и природным зонам. Анализ результатов проведенных исследований показал, что концентрация сульфатов и общая минерализация речных вод на зональном уровне укладываются в пределы, указанные O.A. Алекиным (1970), причем сохраняются гидрохимические классы речных вод. выделенных по преобладающему иону. Значение минерализации всех выбранных рек, кроме крупных, транзитных, укладывается в зональные пределы, установленные Б.Г. Скакаль-ским (1983).

Для получения более надежных расчетных значений рассматриваемых показателей качества воды была изучена зависимость концентраций сульфатов от расходов речных вод и от общей минерализации. Корреляционная зависимость между концентрациями сульфатов и расходами воды отсутствует. Можно говорить о существующей (5% уровень значимости по ' критерию Пирсона) корреляционной связи между концентрациями сульфатов и минерализацией (за исключением рек бассейна Северного Ледовитого океана).

В данной работе методом наименьших квадратов была построена регрессионная зависимость между концентрациями сульфатов и расходами воды.

рассматривались 4 модели - линейная, множественная, экспоненциальная. обратная для рек бассейнов Балтийского, Черного и Азовского морей. Северного Ледовитого океана и Тихоокеанского бассейна. Для рек бассейна Черного и Азовского морей и Тихоокеанского бассейна регрессионная зависимость не обнаружена. Для рек Балтийского моря наибольший процент связи (44 %) между концентрациями . сульфатов и расходами воды получили при множественной модели (Y=5,7*X°,3i). среднеквадратическая ошибка вычисления равна 0.8. Для малых рек бассейна Северного Ледовитого океана с расходами воды до 80 м3/с зави-

-0.6»

симость (% связи 71) описывается множественной моделью (Y=4.0*X ). среднеквадратическая ошибка вычисления равна 0.6.

• В данной работе была сделана попытка оценить динамику концентраций сульфатов в многолетнем разрезе по ряду рек страны. По выборочным данным трудно судить о тенденции изменения содержания сульфатов. поскольку ее нужно рассматривать вместе с водностью. В связи с этим была сделана статистическая обработка данных по расходам воды и концентрациям сульфатов для некоторых рек за 19671970гг. (Основные гидрохимические характеристики, 1980) и 1983 г., проведено сравнение изменения концентраций .сульфатов от расходов речных вод.' Такое сравнение показало, что в ряде рек в 80-е годы нарушилась обратная • зависимость между концентрациями сульфатов и расходами воды и прослеживается прямопропорциональная зависимость. Эти реки находятся под сильным антропогенным воздействием. В них со сточными водами разных видов и стоком загрязненных атмосферных осадков поступает большое количество сульфатов.

ГЛАВА 3 посвящена изучению влияния роста сульфатов атмосферного происхождения на закисление речных вод.

Основным загрязняющим веществом, обусловливающим повышение кислотности осадков, является диоксид серы, выбрасываемый в атмосферу в больших количествах. В ходе окисления он превращается в серную кислоту. Не менее важны в этом смысле оксиды азота, которые образуют азотную кислоту. Покозано, что кислотные осадки на 2/3 обусловлены диоксидом серы, а на 1/3 - оксидами азота (Израэль. Назаров. Прессман. Ровинский. Рябошапко, 1989).

Существенное увеличение содержания в атмосферном воздухе окислов серы и азота, связанных с антропогенными выбросами, приводят в ряде регионов к образованию кислотных осадков, которые. в свою очередь, могут приводить к подкислению таких природных сред, как почвы и поверхностные воды.

Повышенная кислотность ( рН=4-5 ) снега на территории бывшего СССР отмечается на очень ограниченных по площадям участках. Они расположены в основном вдоль западной границы СССР, что обусловлено влиянием трансграничного переноса загрязняющих воздух веществ. Кроме того, они в виде небольших пятен отмечаются в обрамлении промышленных регионов Донбасса. Украинского промышленного района. Липецка, Уральского промышленного района (Василенко, Назаров, Фридман. 1985).

Сделана оценка кислотности речных еод на территории страны в современных условиях. Для этого проведено обобщение режимных сетевых наблюдений данных за 1983 г. по рН на устьевых участках 220 рек. Рассчитана' среднегодовая величина рН в устьевых участках рек, впадающих в моря.

Расчеты показали, что в современный период рН речных вод бывшего СССР близка к нейтральному.

В реках бассейна Атлантического океана, где при преобладании гидрокарбонатов кальция по сравнению с другими гидрографическими бассейнами увеличивается доля ионов натрия, сульфатов, хлоридов (эти компоненты в стоке ряда рек становятся определяющими), показатель рН варьирует от 6,07 до 8,14.

В реках бассейна Северного Ледовитого океана рН варьирует между значениями 5,86 и 7,67, в ионном стоке преобладает сток гидрокарбонатных ионов и ионов кальция.

В реках бассейна Тихого океана рН варьирует между значениями 6,1 и 7.58. Нижние пределы кислотности речных вод этого региона связаны прежде всего с природными условиями.

Среднегодовой рН для рек южного склона ETC изменяется в границах 6,92-8,42. в ионном стоке ряда рек этого бассейна (Дон рН=8,04, Миус рН =7,6) среди катионов преобладает натрий, а среди анионов - сульфаты. Такое же соотношение характерно и для рек бессточного Арало-Каспийского бассейна, за исключением Терека (рН-8,17), Волги (рН=7,23), Урала (рН=7,16), Или (рН-8.08).

Показатель рН в реках Арало-Каспийского бассейна наблюдается в пределах от 7,16 до 8,31.

Проведенный в работе анализ сетевых данных, показывает рост среднегодовых значений рН в речной воде с севера на юг. Величина рН для речных вод варьирует от 5,8 до 8,5. Минимальные значения рН на уровне --б. О характерны для северных районов.

Особенностью поверхностных вод в условиях Севера является интенсивное вымывание из почвенного слоя гумусовых веществ и других продуктов распада органических соединений и гумификации, в связи с

чем нижний предел pH малых рек может находиться на уровне 5.8.

Территориальное распределение этого показателя отражает общегеографическую зональность формирования качества поверхностных вод - сдвиг реакции в сторону щелочной в направлении от гумидных районов к аридным.

Таким образом, в настоящее время не прослеживается крупномасштабного закисления речных вод на территории бывшего СССР.

ГЛАВА 4. В настоящее время представляет большой интерес анализ проявления природных закономерностей в формировании выноса сульфатов с речным стоком в условиях антропогенной деятельности, а также оценки доли сульфатов антропогенного происхождения в общем речном выносе с территории бывшего СССР.

Первая количественная оценка ионного стока с территории бывшего Советского Союза и составляющих его бассейнов морей была получена в 50-ые годы O.A. Алекиным и Л.В. Бражниковой.

Для того, чтобы оценить современный вынос сульфатов с учетом антропогенного фактора были использованы данные режимных наблюдений за качеством речного стока государственной сети по устьевым створам 220 рек за 1983 год (условия водности которого были наиболее близки к среднемноголетнему уровню). Результаты расчетов показали, что наибольшим выносом сульфатов из рассмотренных рек характеризуются р. Волга (19,9 млн. т) и р.Лена (16 млн.т). В бассейне Лены такой вынос объясняется прежде всего площадью водосбора (первое место среди крупных рек) и объемом речного стока. Кроме того, существенный вклад в выносе сульфатов вносят высокоминерализованные подземные воды, поступающие в реку в среднем течении. Что же касается р.Волги, то такое количество сульфатов связано прежде

всего с антропогенной нагрузкой (сточные воды всех видов, повышение содержания сульфатов каскадами водохранилищ). Наблюдается четкий рост массы выносимых сульфатов по направлению к устьям, при рассмотрении изменения массы сульфатов в речной воде по длине рек.

Результаты расчетов выноса сульфатов с речным стоком по гидрографическим районам и в целом для страны на современном уровне приведены в таблице 1. Для сопоставления полученных нами данных с результатами расчетов O.A. Алекина и те и. другие данные по выносу приведены в пересчете на средний многолетний сток по последным оценкам (Водные ресурсы и их использование. 1987). С 50-х годов нашего столетия к современному периоду вынос сульфатов в моря повсеместно увеличился. Наибольший вклад в общем выносе приходится на бассейн бессточных районов Казахстана и Средней Азии. Со всех позиций это увеличение связано прежде всего с возрастающим объемом загрязненных сточных вод и. главным образом, возвратных с сельскохозяйственных территорий.

В целом по всем гидрографическим районам вынос сульфатов с 50-х годов увеличился примерно на 100%. В абсолютном выражении антропогенная составляющая составляет около 77,5 млн. тонн. Полученные данные сопоставимы с данными других исследователей (Пелещенко, Хильчевский, 1985).

Чтобы оценить вклад атмосферных осадков в формирование содержания сульфатов в речных водах, были расчитаны годовые выпадения сульфатов с атмосферными осадками на водосбор крупных речных бассейнов и гидрографических районов. Результаты этих расчетов показали. что самая большая нагрузка сульфатов с атмосферными осадками приходится на водосбор Каспийского моря (5.12 кг/кв.км-сут), что почти в 2 раза больше, чем нагрузки в бассейне Северного Ледовито-

Таблица 1

Речной сток и вынос сульфатов по бассейнам морей

Бассейны морей Площадь бассейна, тыс. км* сток воды, км5 Вынос сульфатов с речным стоком* млн. тонн

Ш Але кину 0. А. Современный период

Баренцева и Белого Карского Лаптевых, ВосточноСибирского и Чукотского Балтийского Черного и Азовского Берингова, Охотского и Японского Каспийского Бессточные районы Средней Азии 1235,50 6248,17 5098,40 568,15 1367,10 2389,40 2800,00 2577,90 431,0 1344,0 1075,0 143,0 179,0 800,0 292,5 149,0 6,37 11,86 18,78 1,00 7,42 4,64 18,13 13,22 12,00 17,05 22,61 5,01 19,20 12,70 24,80 45,47

ВСЕГО ПО БАССЕЙНАМ 22274,90 4413,5 81,42 158,84

. сл I

* - в пересчете на среднемноголетную водность, указанную в таблице

го океана (2.28 кг/кв.км • сут). Наименьшая атмосферная нагрузка сульфатов отмечается на водосборе Тихоокеанского гидрографического бассейна (1,49 кг/кв.км-сут). Наибольшая нагрузка по сульфатам из атмосферы наблюдается на водосборах рек Волга (5,85 кг/кв.км-сут), Днепр (4,01 кг /кв.км-сут) и Днестр (4,09 кг/кв.км-сут), что связано с техногенной освоенностью территории. Наименьшая нагрузка отмечается на речных бассейнах Амура и Печоры (1,42 и 1,91 кг/кв.км-сутки, соответственно).

Данные об атмосферных выпадениях сульфатов были сопоставлены с их выносом речными водами; были также впервые расчитаны атмосферные составляющие для всех крупных речных бассейнов, гидрографических районов и территории страны в целом. Для отдельных речных бассейнов подобные расчеты атмосферной составляющей проводились ранее и другими исследователями (Зверев. 1971; Бреслав, 1986; Василенко и др., 1989; Черногаева, 1990). В настоящей же работе рассмотрена вся территория нашей страны.

В результате расчетов выявлено, что атмосферная составляющая сульфатов в речном стоке в целом для страны составляет 24% (табл. 2). Эта величина по гидрографическим районам варьирует от 12 до 33%. Атмосферная ' составляющая особенно значима в тех гидрографических районах, где сосредоточено большое количество Локальных источников загрязнения - это бассейны Балтийского, Черного и Каспийского морей. По бассейнам крупных рек были проведены детальные расчеты, послужившие основанием для составления карты-схемы,(рис. 1).

Атмосферная составляющая сульфатов в речных водах варьирует от 5 до 29%. На первом месте по доле вклада сульфатов из атмосферы в речном выносе находятся такие бассейны, как Днепр (29%), Обь (28%)

Таблица 2.

Сопоставление атмосферных выпадений сульфатов с выносом их с речным стоком с территории страны (1983)

Гидрографический Вынос сульфатов Выпадения су льфа- Атмосферная

с речным тов с атмосч ерны- составляю-

район стоком, млн. ми осадками, млн. щая, %

тонн тонн

Северного Ледовитого 33

океана 30,8 10,4

Тихого океана 8,3 1,3 15

Черного и Азовского

морей 13,4 14

Балтийского моря 5,2 0,6 12

Каспийского моря 25,7 5,2 20

СССР* 83,4 20,1 . 24

* - для территории бывшего СССР за исключением бессточных районов Средней Азии.

- 1Э -

и Енисей (2535). Наименьшим процентом доли атмосферной составляющей в речном выносе сульфатов отмечаются р. Северная Двина (555) и Днестр (755). Если судить по удельным атмосферным вкладам, то можно сказать, что атмосферные осадки, как источник загрязнения речных вод сульфатами, вносят существенный вклад в речной вынос сульфатов реками Волга. Днепр. Днестр. Западная Двина. Северная Двина, а по гидрографическим бассейнам - Каспийское, Балтийское. Черное и Азовское моря.

Доля участия в выносе сульфатов речным стоком в существенной мере зависит и от других источников поступления сульфатов антропогенного происхождения: сточные воды, поверхностный сток с урбанизированных и сельскохозяйственных территорий. В 1989 году в поверхностные воды вместе со сточными водами поступило 21 млн. тонн сульфатов я за последние 10 лет т масса возросла в 4 раза (Государственный доклад. 1990). Если учесть рассеянное поступление сульфатов с водосборов (смыв с -сельскохозяйственных угодий минеральных тдобрений и средств борьбы с вредителями, а также смыв сульфатов, выпадающих на водосбор из атмосферы с осадками), то цифры, характеризующие антропогенную составляющую в выносе сульфатов ® речныи стоком в моря, и поступление сульфатов в речную сеть сопоставимы. Из' общего выноса сульфатов с речным стоком 50% антропогенного происхождения. а из этого количества 50% приходится на долю загрязненных атмосферных осадков.

■ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ:

- На основании многолетних наблюдений на режимных метеостанциях делается вывод и значительном повышении содержания сульфатов в атмосферных .осадках по сравнению с фоном в районах подверженных

техногенному воздействию. Природный уровень содержания изменяется от 1.0 до 4.0 мг/л. в то время, как в крупных городах, где наиболее значительно антропогенное влияние на химический состав атмосферных осадков, среднемноголетние концентрации сульфатов повышаются до 25 мг/л.

- Осадки холодного периода содержат больше сульфатов, чем осадки теплого периода (1.5-2 раза). Наиболее вероятной причиной регистрируемого внутригодового хода концентраций сульфатов в осадках является увеличение объема выбросов в атмосферу продуктов сгорания ископаемого топлива, расходуемого для отопления жилых и производственных помещений.

На большей части территории ETC концентрации сульфатов в осадках в холодный период превышают значения концентрации в теплый сезон года. в.крупных городах это превышение может достигать 10055. На азиатской территории разница в концентрациях в осадках холодного и теплого периодов снижается. В зоне тайги в Западной и Восточной Сибири в ряде регионов концентрации сульфатов близки по значению в эти сезоны, а иногда концентрации сульфатов в жидких осадках превышают значения концентраций сульфатов в снежном покрове (район Туруханска, Сунтара).

- Рассчитаны нагрузки выпадений сульфатов с атмосферными осадками на крупные речные бассейны и гидрографические районы. Анализ результатов показывает, ' что они изменяются от 1,5 до 6 кг/кв.км

в сутки в связи с природными особенностями и хозяйственной освоенностью территории.

Минимальные нагрузки характерны для гидрографических бассейнов Тихого и Северного Ледовитого океанов и крупных рек районов этих океанов. Максимальные нагрузки приходятся на Центральные и Южные

районы Европейской территории страны в связи с повышенной плотностью населения и концентрацией промышленности.

- В современный период содержание сульфатов в речных водах изменяется в широких пределах от нескольких миллиграммов до 2000 мг/л. закономерно увеличиваясь с севера на юг в соответствии природной зональностью.

Анализ содержания сульфатов в речных водах на внутризональном уровне показал, что среднегодовые значения укладываются в пределы вариации зональных величин выявленных Б. Г. Скакальским»

- В результате расчетов выноса сульфатов с речным стоком с территории бывшего СССР установлено, что вынос сульфатов с наибольшим антропогенным вкладом осуществляется в бассейны Каспийского. Балтийского, Черного и Азовского морей, бессточных районах Средней Азии (24,8 млн. тонн. 5 млн..тонн, 19,2 млн. тонн и 45,47 млн.тонн соответственно).

- С 50-х годов нашего столетия вынос сульфатов с речным стоком возрос по всем гидрографическим районам. В целом по стране он практически удвоился.

- Атмосферный вклад в содержании сульфатов в речных водах в отдельных городах и промышленных районах изменяется по территории от 10 до 40%. Максимальные значения приурочены к промышленным районам Эстонии, Украины. По гидрографическим бассейнам и крупным речным бассейнам эта доля атмосферного вклада изменяется в меньших пределах от 5 до 33 %.

- Несмотря на рост содержания сульфатов в речных водах, реакция речной воды (по рН) близка к нейтральной. Корреляционная зависимость между расходами речной воды и концентрациями сульфатов отсутствует. Загрязнение речных водосборов из атмосферы сульфатами техногенного, происхождения не привело к крупномасштабному закисле-

нию речных вод..

Проведенное исследование доказывает необходимость учета атмосферного вклада в загрязнении речных водосборов при оценке качества речных вод и планировании водоохранных мероприятий и регулировании стока. Кроме того, полученные нами данные по атмосферным вкладам сульфатов в речной сток в ближайшие годы могут быть использованы при обобщенных и- крупномасштабных балансовых расчетах.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Мошиашвили Л.Д. Вынос сульфатов с речным стоком в северных районах страны. Сборник статей ИПГ, М.. 1992, с. 59-67.

2. Мошиашвили Л.Д. Влияние антропогенной деятельности на кислотность речных вод. Сборник статей ИПГ. М.. 1992. с. 67-74.

3. Мошиашвили Л.Д. Влияние загрязнения атмосферы соединениями серы на содержание сульфатов в речных водах. В Сб. "Географо-гид-рологические исследования", МФГО РАН, М., 1992, с. 139-145.

4. Черногаева Г.М., Мошиашвили Л. Д. формирования минерализации речного стока России в условиях антропогенной деятельности. - Материалы международного симпозиума "Проблемы экоинформатики". Звв7 нигород. 14-18 декабря 1992, М., 1992, с. 172-176.

5. Мошиашвили Л.Д., Черногаева Г.М. Природная кислотность различных сред: атмосферного воздуха, почвенного покрова, поверхностных вод. - Бюллетень ВНИИЦ "Экология". М., 1991, с.47-65. ^

6. Черногаева Г. М.. Мошиашвили Л.Д. Закономерности формирования выноса сульфатов с речным стоком; - Известия Академии Наук России (серия географическая). М.. 1993 (в печати)

7. Черногаева Г. М., БиллерИ.А.. Мошиашвили Л. Д. Генетическая связь поверхностных и грунтовых вод в бассейне реки Медвенка. В Сб. "Малые реки России", МФГО РАН, М.. 1993, с.111-117.