Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Солевой баланс территории Урала и Приуралья

ВАК РФ 11.00.07, Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Автореферат диссертации по теме "Солевой баланс территории Урала и Приуралья"

ГОСКОМИТЕТ РСФСР ПО НАУКЕ И ВЫСШЕЙ 1НКОЛВ ПВРМСКИЙ ГОСУЛАРСТВШНШ1 УНИВЕРСИТЕТ йм. А.М.ГОРЬНОГО

На правах рукопкс* УРАЗАЕВА ФИРДАУС ХАЛЯФОВНА

СОЛВВОЙ БАЛАНС ТВРРИТОРИЦ УРАЛА И ПРИУРАЛЬЯ /географо-гидрологиЧеские особенное*«/

Специальность 11.00,07. Гидрология суши.ВОДНЫ! -ресурсы,гидрохимия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандида*«-географических наук

Работа выполнена в Башкирском государственном университете им. 40 яеТия Октября.

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ:

дактор географических наук, профессор В.А.Баакев ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

доктор географических наук, префассор М.А.Андреева! кандидат географических наук, доцент Э.А.Бурматова.

8ЩУЦАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ - филиал Уральского НИШ.

Защита состоится " 41992г, . Г/ оо

в /у чаров на заседании специалиаированного совета '

К. 063,59.01 в Пермском государственном университете им,

А.М.Горького па адресу: бПфЭО.Пермь.ГСМ.ул. Букирвва, Ц),

Пермский университет. ■ .

| С диссертацией мо#не ознакомиться в библиотеке [Ьрмокеге университета.

Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированном совета к.г,п.,доцент Н.Б.СОРОЙИНА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЪ

Актуальнооть темы. Исследование солевого баланса и его составных частей имеет большое теоретическое значение и способст-' вувт по знании глобальных процессов, протекающих между атмосферой, корой выветривания и биосферой, поскольку солевой баланс в основном характеризует круговорот веществ в природе. Решение многих крупных научных задач, в том числе по охране вод И прогнозирования их качества, невозможно без данных о балансе растворенных веществ. Поэтому важное значение приобретают вопросы разработки методики территориального обобщения и расчета баланса растворенных веществ различных территорий.

Однако до настоящего времени эти вопросы остаются наименее изученными в гидрологии.

С практической точки зрения изучение составным частей солевого баланса необходимо для решения вопросов, связанных с оптимизацией окружающей природной среды речных бассейнов, о аккумулятивными и эрозионным действием водного стока, проявлявшимся в засолений земель, водохранилищ, а также о регулированием качества водных ресурсов, прогнозированием его характеристик На будущее.

Настоящая работа осуществлена в рамках проблемы "Научные основы сохранения и улучшения окружающей среды и рационального использования природных ресурсов на 1976-1990 гг."

Цель и задачи исследования, Це„оЮ работы является выяснение закономерностей формирования и пространственно-временного' распределения элементов солевого.баланса в Зависимости от определяющих факторов на территории Урала и Приуралья (зона промышленного Урала).

Для достижения этой цели решались следующие задачи:

1. Анализ состояния и степени гидрохимической и гидрологической изученности рассматриваемой территории;

2. Разработка простых, но достаточно точных методик количественного определения средних многолетних величин составляющих солевого баланса: стока растворенных веществ, стока отдельных ионов и испарения применительно к рассматриваемому региону;

3. Гидрохимическое районирование территории Урала и Приуралья; г

- г -

Составление карт суммарного ионного стока, стока отдельны* ионов, поступления ионов на поверхность речных бассейнов о , атмосферными осадками»

5, Выявление И оценка антропогенного воздействия на солевой балано бассейнов рек Урала и Приуралья.

Научная новизна. Предложен корреляционный метод расчета многолетних величин основной составляющей солевого баланса ионного стока, отличающийся более высокой точноотью по сравнении) с М8ВЭСТНЫМИ методами.

Впервые на основе учета ландаафтно-геогра^ических условий и соотношения мекду приходом ионов с атмосферными осадками и йонным стоком произведено гидрохимическое районирование тврри-Юрии Урала и ПриураЛья, Выявлены закономерности формирования химического стока поверхностных вод по выделенным районам.

По расЧитанным данным поотроены харты суммарного ионного стока и отока отдельных ионов за период о 1940 по 1975 и о 1976 по 1969 гг., наглядно показывающие изменение ионного стока за счет антропогенного воздейотвия.

'Для количественного выделения антропогенной составляющей ионного стока предложен метод сравнения а переработанном виде, который иокляЧает ряд недостатков, прежних методов. '

Впервые Дана количественная, оценка роли хозяйственной деятельности в формировании.химического аостава природных вод в районах городов и промузлов,,изучаемой территории.

Разработаны рекомендации по стабилизации и снижению величины антропогенной составляющей по отдельным регионам Урала,

Практическая значимость. Результаты исследований передани ' в Межведомственную научно-исследовательскую лабораторию охраны природы, Госкомитету охраны природа, Обществу охраны природы. Они могут быть применены также в других производственных и проектных организациях при разработке схем рационального использования водных раоурсов, оценке качества поверхностных вод, при районировании антропогенного воздействия на экзогенные процессы. Материалы работы используются в учебном процессе на кафедре естествознания и математики факультета начальных классов Стерлитамакского государственного института при ведении курса "Краеведение",

Основные положения дассер-

тационной работы докладывались и обсуждались на Всесоюзном совещании Челябинского педагогического института (19(36), на межвузовской научно-практичеакой конференции а г,Кирове (1986), на научных конференциях Стерлитамакского пединститута (1937,1988, 1959,1990), Башкирского государственного университета (1933, 1939) и на научно-практической конференции Пермского гооударот-венного университета (1990), До' теме диооертации опубликовано 9 работ.

Структура и объем работц. Диссертация общим объемом страниц 2Х1», в том числе 1^0 страниц машинописного текста, состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, содержит 7 таблиц, 32 рисунка, 6 приложений.

■Таблицы и рисунки без указания автора принадлежат дисоертан-

ту.

ССШНиАНИЕ РАБОТЫ

Во__512М5Й5. обоснована актуальность теми, сформулированы цели и задачи исследования, показаны научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе характеризуется состояние изученности солевого баланса территории Урала и Приуралья, производится анализ исходного материала и обосновывается методика определения средних многолетних величин ооатаьных частей солевого баланса. Естественная миграция химических элементов и обмен веществ в природпой среде, как и антропогенное загрязнение последней, и прежде всего, почв и вод могут быть изучены и количественно оценены методой солевого баланса. Этот метод оонован на учете поступления на поверхность водосбора солей с атмосферными осадками, удаления солей с водосбора при стоке в растворенном виде и под воздействием ветра с испаряющейся влагой.

Имеющиеся материалы наблюдений позволяют провести указанные исследования, так как для территории характерна достаточно высокая гидрохимическая изученность, что выражается в наличии длительного периода наблюдений за химическим составом еод в одних и тех же пунктах, с вполне удовлетворительной частотой отбора проб, густой сетью наблюдений и сравнительно равномерным ее распре делением по территории.

Автором проанализированы работы О.А.Алекика, л.В.НракникоЕой (IУб4), Г.Г.Жидковой (IУб2,Х9о9), Е.А.Луакшсова (1Ш), Н.М.Амир-

- ч ~

галиава Ц966), А,Кротовой,' {3,А.Антропова (1975), А.А.Зенина и др. (1979), В,Л.Зверева (1971), посвященные изучению одной из составляющей соевого баланса-ионному стоку. В этих работа* ионный оток определялся для отдельных районов Урала и Приуралья. Предлагаемые в ни* карты химического стока более чей схематичны и построены лишь по дау«-трем десяткам наблюдений.

Работы В.А.&лкова и Ю.П.Антошенкова (1974,1975,1979), основными положениями которых автор'руководствовался, посвящены вопросам солевого баланоа различных ландшафтов Урала, Ими предложено простое уравнение солевого баланса;

где Я - приход солей с атмосферными осадками;

С - иоцное иопарение;

Ц - ионный сток;

0 1- коэффициент солевого баланса. С4вдувт отметить, что во всех работах исследователей, расчеты ведись по данным о химической составе вод за 1960-1970 гг., когда антропогенное влияние на химический состав вод в отдельных районах Урала только начинало проявляться и возникли проблемы по охране водных ресурсов от загрязнения.

Кроме того автором было проведено опробование нескольких методик расчета составляющей солевого баланса - ионного стока на примере 5 пунктов, имеющих длительный ряд наблюдений за 1938-Ш9 гг, и расположенных в различных природных условиях. Результаты анализа показали, что применяемые многими авторами методики расчета средней величины ионного стока по графикам изменения минерализации в течении времени и по зависимостям между минерали- * затей и расходами воды дают в средней для указании* пунктов ошибку от 15 до 50$. В то время как предложенная автором методика расчета, основанная на зависимости между расходом воды и ионным стоком, дает ошибку в среднем 7-10$.

, Во второй главе анализируются факторы формирования солевого баланса на территории Урала и Приуралья. Рассматривается рельеф местности и геологическое строение, литология пород и наличие карста, климатические характеристики, грунтовые воды, атмосферные осадки и антропогенное влияние,

Количество растворенных веществ в воде зависит с одной стороны от состава тех веществ, с которыми она соприкасалась, с

другой от условий, н которых происходило ото взаимодействие. При этом наиболее важным является баланс тепла и влаги, зависящий от климатического и географического положения территории.

С балансом тепла н влаги связано испарение и направление движения почвенных и грунтовых растворов вблизи от поверхности, от которых зависит засоленность или промытость поЧв й Грунтов. Для величин ионного стока основное значение имеет объем водного стока водосборной плошади,

К антропогенным факторам, влияющим на .формирование химического состава поверхностных и подземных вод на территории Урала можно отнести; водаотбор из водоисточников и сброо загрязненных вол разработку месторождений полезных «скораомых, гидротехническое строительство, мелиоративные работы, в том числе химическую мелиорацию почв и т.д.

Учитывая перечисленные физико-географические факторы автором выполвнено гидрохимическое'районирование территории Урала и Приуралья на основе коэффициента химического стока, определяемого соотноиением между величинами прихода ионов с осадками и ионным стоком. По предлагаемой схеме территория Урала и Приуралья разделена на два крупных региона - Западный Урал и Приуральв, Восточный Урал и Зауралье. Граница почти на всем протяжении про-' ходит по главному водоразделу рек бассейнов Камы и Тобола. Основой деления являются резко различные условия увлажнения, приводящие к заметной разнице в соотношении элементов солевого баланса я находяцие отражение в соответствующих значениях коэффициента химического стока.

На тех же широтах на равнинах Зауралья доля химического стока за счет ионов, приходящих с осадками увеличивается в 2-3 раза по сравнению с Предуральем; на восточных склонах Урала эти коэффициенты выаз в 1,5-2 раза, чем на западных склонах. Каждый выделенный крупный регион делится на горную и равнинную области, принципиально отличающиеся закономерностями изменения гидрологического ремка по территории.

3 пределах равнинных областей из-за большой меридиональной протяженности территории доля химического стока за счет ионов, приходяцих с осадками, изменяется с севера на юг от 0,30 до 0,05 в Предуральэ и от 0,60 до 0,30 в Зауралье.

В горных областях происходит увеличение коэффициента хими-

- б -

чеокого стока в 1,5-2 раза л направлении о востока на запад. Не-мотря на многообразие химического состава и оощей минерализации речных вод показано, что воды всех рек территории Урала и Лриура-лья укладываются в определенную пространственную гидрохимическую эональнооть: зона формирования гидротрбаттно- кальциевых вод; зона формирования гидрокарбокатно-катриевых вод; зона формирования хлоридно-натриевых вод. Все перечисленные зоны сменяются при переходе о севера-запада на юго-восток.

¿она формирования гидрокарбонатно-кальциешх вод речного стока включает северные и северо-западные районы. Она охватывает 6 гидрохимических районов. Эта территория характеризуется значительным количеством выпадающих атмосферных осадков, хороией лромытос-тью горных пород,слагающих водосбфы и ыалой мощностью почвенного покрова. В настоящее время в зоне формируются воды чистого гидро-кйрбокатного состава, а среди катионов, как правило, преобладает кальций.

Зона формирования гидрокарбонатно-натриевых вод расположена юго-восточнее зоны гидрокарбонатно-кальциевых вод. Она в своем площадном распространении захватывает бассейны среднего и нижнего течения р. Уя, баосейн р. Миасса, верхнего и среднего- течения р. Белой. Эта зона характеризуется недостаточным увлажнением, мелкосопочным рельефом. В силу комплекса природных условий эта территория характеризуется содовым соленакоплением во всех природных . ассоциациях. .Минерализация речных вод в этой зоне более устойчива, чем в предыдущей и колеблется в пределах 600-900 кг/л, сохраняя тенденцию увеличения к югу.

Зона хлоридйо-натриевых вод является естественным завершением гидрохимической эволюции, прослежиьаюиейся с севера на юг. Она охватывает верховья р.Тобола и правобережных притоков р. Ори. Территория характеризуется равнинным рельефом и отсутствием лесной растительности. Испарение резко преобладает над количеством • выпадавдих атмосферных осадков. Продолжающееся накопление в водах хлора выводит его среди анионов на первое место. Среда катионов преобладает натрий, минерализация речных вод в этой зоне самая высокая и достигает 1 г/л, а маловодные воды до 1,5 г/л.

В третьей главе приводятся результаты исследований солевого баланса отдельных коноэ территории Урала и Приуралья.

Реки Урала и Приуралья характеризуются довольно разкообраэ-

ними величинами показателей ионного стока и стока отдельных ионов. Этому способствуют большой контраст в увлажаннооти зипадиой и восточной чаоти территории и наличие каротующихся пород. Наибольшее количество раотеоранных оолеи, выносимых общим водным стоком с водосборов, характерно для рек йрень, Сылеа, Дема, Быстрый Танып, Бобровка, Тюй, Бирь. Ионный сток этих рек составляет от 100 т/год-км^ до 170 т/год-км^ . Воды перечисленных рек в течение большей части года сохраняют сульфатный характер (40-451 от общего ионного стока).

Ионный сток малых рек,протекающих через карстовые районы, возрастает более резко, чем крупных. Довольно часто имеет место сне*-на гидрокарбонатного состава еоды на аульфатный и наоборот. Например, р. Сылва в своем верховье Спгт шамары) относится к рекам со средней минерализацией воды, с преобладанием гидрокарбонатных, ионов. Ионный сток составляет 54,1 т/год-км^. В среднем течении река прорезает сульфатные породы карстогого района, что обуславливает смену гидрокарбонатного характера ее воды на сульфатный с преобладанием катиона кальция, ионный сток при атом возрастает в 2 раза (Сылва-Подкамонное - lid т/год.км^). Водосборы рек Чусовой, Уфы, верхнего течения Белой, Юрюзани, Ая сложены полностью или частично карбонатными породами. Ионный сток рек колеблется от 50,0 т/год-км2 (йрюзань-Атняш) до 05,3 т/год-км^ (Сим-Миньяр). Преобладающими компонентами в ионном стоке перечисленных рак являются гидрокарбонатные ионы (45-50$ от общего ионного стока). Ионный сток примерно в 2 раза выше ионного стока рек, характерных для данной ландшафтной зоны.

Наименее благоприятные условия формирования ионного стока характерны для горных рек Урала, бассейны которых представлены трудноводопроницаемыми слабораотворимыми кристаллическими и мето-морфическимк породами. Ионный сток горных рек колеблется от 20,3 т/год-км^ (Чусовая-Первсурадьск) до т/год-км^ (Косьва-Губаха).' Показатели ионного стока восточной части Урала не превышавт 20 т/год-км^. Это связано с уменьшением количества осадков и росток дефицита влажности воздуха в Зауралье.

Составлены подробные керты распределения ионного стока и стока отдельных ионов за весь рассматриваемый период и по отдельным периодам за 1940-1975 и í 976-19(39 гг. Эти карты наглядно показывают изменение химического стока за последний период за счет

- а -

антропогенных факторов, .Ооойевдо сильные изменения произошли в Прадуралье, За последние X5 лет площадь территории с ионным стоком более 100 т/год-км' увеличилась в 2 раза и в настоящее время занимает 1/3 часть изучаемой территории.

В Зауралье тоже произошли изменения ионного стока за счет антропогенных факторов, Еоли до 1975 года ионный сток на превышал £0 т/год^км^, то (¡а карте после 1У75 годов появляются островками площади бассейнов рек с ионным стоком больше 100 т/год-кн^ (верхрвье р.Иоеть) И площади бассейнов рак с ионным стоком 40-60 т/год-км^ (верховья рок Миаоо, Тагил),

2 центральных горных районах Урала изменений в ионном стоке не произошло, Ионный сток до 1975 года и после составляет, в основном, 40-60 т/год-ки .

По выносу отдельных ионов произошло увеличение площадей с показателем стока ионов хлора более Л т/год-км в З'раза, ас показателем стска суммы ионов натрия и калия более <3 т/год-км^ в 2,5 раза.

В Зауралье заметно увеличился сток сульфат-ионов, например, по бассейнам рек йиасс, Сосьва, Салда, Тагил и Урал увеличений Стока сульфат ионов составило от 4 т/год-км^ до 16 т/год-км2. За весь период наблюдения о I9ч0 по 1939 гг. существенных изменений в величине стока карбонат-ионов, кальция и магния не произошло.

Для анализа поступления химических веществ с атмосферными осадками составлены соответствующие карты поступления растворенных веществ и отдельных ионов на рассматриваемую территорию по данным <30 пунктов. Эти карты в общих чертах совпадают с известными картами Л,Е.Черняевой и А.К.Черняева, М.йЛычагина (197в, 19йЗ). Но' в отличие от последних' наши - более детальны. Для сравнения укажем, что в картах указанных авторов количество учтенных пунктов на превышало 20.

Получены выводы о том, что распределение растворенных в

осадках солей зависит от количества выпадающих осадков и измсшя-? ?

ется от 6,0 т/год^м в равнинных областях до 21,0 т/год^км в горных. Больше всего с осадками поступают сульфат-ионы - от 1,5 до 10,7 т/год.км*. Далее идут карбонат-ионы, среднее поступление которых составляет 2,6 т/год-кх4, и ионы кальция - 1,3 т/год-ки^.

Для учета потерь солей с испарением влаги автором получена аналитическая зависимость мижду исходной минерализацией води и

конденсатом, В качестве исходной взяты наиболее высокие значения минерализации речных вод в летне-осеннюю межень, которые являются источниками испарения. С испарением воды выносится о бассейнов рек от 1,2 до 5,5 т/год-км^ раотваримых солей,

В баосейнах рек изучаемой территории по оредним многолетним данным преобладает вынос солей. Составление карты распределения коэффициента солевого баланса и баланса отдельных ионов наглядно показывают, что интенсивный вынос характерен для районов развития -карста. Так, в баасейнах рек Демы, Сима, Б.Таны.па, Сылвы и Айвы вынос составляет ¿0-100 т/год.км . Наименьший выноо характерен 1 для юго-востока территории Урала и особенно засушливого Зауралья. Например, в бассейнах рэк Зилаира, Сакмары, Таналыка и Урала вынос солей составляет 0-20 т/год-км^.

Соловой баланс может существенно изменятся на малых площадях, находящихся под антропогенным воздействием. В условиях достаточного увлажнения ото приводит к увеличению выноса растворимых солей (некоторые районы бассейнов рек Камы, Косьны, Чуоовай, Сылви, " Белой). В засушливых районах, где водный сток ограничен, может происходить накопление солей в почве. Например, в бассейнах рек Пышмы, Иоети, У я происходит накопление сульфат-ионов до 4 т/год км'-.

В четвертой главе определялась аьтропогепная составляющая стока растворенных веществ с территории Урала и Приуралья.

Под антропогенной составляющей стока растворенных веществ понимается его часть, обусловленная хозяйственной деятельностью человека. В настоящее время для растворенных веществ антропогенного происхождения не существует методики их выделения, пригодной для основной части пунктов наблюдении. Наиболее точным методом является сопоставление современного стока растворенных веществ с аналогичной величиной до индустриального ландшафта. Однако, так как наблюдения за минерализацией ведутся в основном с АО годов м не всегда регулярны, поэтому этим методом можно определить относи» тельную величину антропогенной составляющей, т.е. прирост по отношению к начальному периоду наблюдений.

Для расчета антропогенней составляющей ионного стока в работе предложен метод сравнения, в переработанном виде. Анализ проводился по трем периодам: первый - 19чО-1959 гг., второй - 1у60-I975 гг., третий - 1976-1УУ0 гг. В зависимости от наличия данных

о химическом составе первый или второй периода выбирались в качестве фонового, а третий период считался расчетным. Соответственно за фоновый и расчетный периоды находились зависимости между водным и ионным стоком, т,е, зычнслялиоь коэффициенты этих связей. Ирйрацекие ионного отока находились по формуле:

л /г\anrp = (а - ¿?с/> + &<х*>ь/,

где $ср - средний расход за- исследуемый период;

коэффициенты за расчетный и фоновый период.

Подобным образом определено антропогенное возрастание стока растворенных веществ для 22 пунктов территории Урала и Ириуралья.

Существенное увеличение ионного отока за расчетный период отмечено по пунктам; }1ньва-0лудка (ионный сток увеличился на 15,5 т/год-км^, что составляет 26? от общего ионного стока), Обва-Рождестванокое (на 19,4 т/год-км2, 37$), Белая-Уфа (на 35,7 т/год км2, 37$), Белая-Бирок (на 43,7 т/год-ки2, 39$), Б.Танып-Алтаево (на 37,3 т/год-км2, 29%). Антропогенное приращение ионного стока происходит в основном за счет ионов натрия, калия, сульфата и хлора.

Объективным можно считать метод расчета величины антропоген-но-обусловленцого стока по тем пунктам, по которым имеются параллельные наблюдения за минерализацией выше и ниже города, или поселка.

По увеличению минерализации или расхода растворенных веществ нике города, при практически неизменившемся водном стоке, легко расчитать величину антропогенной составляющей ионного стока.

Для рассматриваемой территории подобные расчеты сделаны для » 35 городов.

Величина антропогенного стока химвеществ зависит от числа кителей в наведенном пункте (таблица I). Поэтому правомерно характеризовать величину антропогенного загрязнения в реках и водохранилищах величиной химстока, приходящего на одного жителя. Эта величина колеблется в больших пределах, что зависит также от характера производства-загрязнителя. Так, в г. Краснокамске на одного алтеля приходится 1362 мг/с загрязнений (бумкомбикат), тогда как в г. Златоусте (р.Ай) эта величина составляет всего 0,6 мг/с. Ис отдельным областям Урала величина антропогенного загрязнения в среднем на одного человека изменяется в значительных лре-

делах: в Пермской области 126 мг/о, Башкирии - 63 мг/с, а для Свердловокоя, Челябинской и Оренбургской областей лишь в пределах 6-9 мг/с чел.

Общий антропогенный оток о площади изученных городов составляет II,5 млн. тонн в год. Из них 46,2% приходится на сток ионов хлора, 23,0% - натрия и калия, 13,6/ - сульфатов, в,0$ - гидрокарбонатов, 7,9% - кальция и 1,6% магния.

Таблица I

Антропогенный сток растворенных веществ по промузлам Урала.и Приуралья

№. ! Регионы ! Население, ¡Антропогенный ¡Антропогенный тыс.чел. . сток,тыс.т/год!сток на I чел., ! ! ! !кг/год

I. Пермская область 184 6 7440 4000

2. Баакирия 1686 3370 2 ООО

3. Свердловская обл. 541 160 297

4. Челябинская обл. 394 218 243

5. Оренбургская ойл. 736 148 201

Из общего антропогенного стока ионов 35 городов Урала наибольшая доля приходится на города, расположенные на берегах Камского водохранилища - 65$. Причем 74,5%стока загрязнений приходится на ион хлора. Если в верхнем течении Камы преобладает гидрокарбонат-ион, то ниже г. Березников в связи с загрязнением от целлюлозно-бумажной, цветной, химической промышленности гг.Соликамска и Березников преобладающим становится ион хлора (35,7$.).

Антропогенный ионный сток городов в р. Белу в составляет 30% общего стока ионов о территории Урала. Из них 60% стока также приходится на нон хлора. При этом 90% антропогенного стока формируется з районе гг. Стерлитамака, Уфы и Благовещенска.

Река Урал до г. Оренбурга испытывает меиьауя антропогенную нагрузку и преобладает в стоке сульфат-ион (40/1), причем 33$ антропогенного стока приходится на предприятия г. «Магнитогорска.

Еще меньший сток -загрязнений 'характерен для притоков р. Тобол (Тура, Пышма, Тавда, Багран, Ляля), Вода в реках ниже и выше городов имеет гидрокарбонатно-сульфатный состав, Полученные показатели ионного стока позволяет не только произвести оценку основных тенденций в изменении качества природных вод под влиянием хозяйственной Деятельности человека, но и прогнозировать эти изменения на будущее. Для этого были расчитанн среднегодовые значения ионного стока и минерализации за каждый год, .начиная с 1$8 по 19139 годы по пунктам! Кама-Пермь, Белая-Уфа, Белая-Стер-литамак, Урал-Верхна-Уральск, Кама-Тюлькино, Сылва-Подкаменное. Осредненная кривая ,связи между среднегодовой минерализацией и временем показывает, как изменялась среднегодовая минерализация за весь период наблюдения и, описывается урпвнениеи вида: хЦ=*а

где ¿ГЛ? - среднегодовая минерализация; ■ £ ьремя;

а,в - коэффициенты регрессии.

Таблица 2

Зависимости среднегодовой минерализации и, мг/л) от времени ( ^ , год)

Река-пункт ! Уравнение связи

Кама - Пермь = 1,0^+216,2

Сылва - Додкаменное = 5,7^+ 97,3

Белая - Уфа . жЦ ~ 0,7{+ 281,5

Белая - Сторлитамак хМ "12, й/- 226,8

Урал - Верхне-Уральск 1,6/+ 109,6

Примечание: отчет времени с 1900 года.

По всем пяти пунктам величина минерализации имеет тенденцию к повыь0!1ию. Я если закономерность будет сохранятся, т.е. тенденция загрязнений сохранится на прежнем уровне, то рассчиташшз уравнения (таблица 2) позволяют определить рост минерализация речных вод на будущее. При сохранении указанной тенденции в '¿000

году среднегодовая минерализация води р. Камы у г. Перми составит 320 мг/л, р. Урал у г. Верхне-Уральска - 270 мг/л, р. Белой у г. Уфы - 350 мг/л, р. Белой у г. Стерлитамака воараотаот до 1050 мг/л. В межень минерализации'у последнего пункта составит 2030 мг/л, а в отдельные дни 5000 мг/л, т.е. вода в р. Белой будет близка к прибрежной морокой вода. Ужа сейчас ниже г. Стерлитамака в воде встречаются морские виды растений СМу*^ /паНла),

Заключение

Солевой балано речного бассейна складывается главным образом из поступления ионов с выпадающими атмосферными осадками, выноса солей за пределы бассейна с водным стоком и испаряющейся влагой. Для всех бассейнов рак Урала и Приуралья основной составляющей солевого баланса является ионный сток.

Среднегодовые величины ионного стока определены достаточно простым и надежным методом, основанном на зависимостях между р^о* ходами и стоком растворенных веществ.

Коэффициенты корреляции для изученных 172 пунктов наблюдений достоточно высокие, от 0,85 до 0,99, Погрешности вычислений составляет от 3 до 20$,

Количество выносимых поверхностным стоком растворенных солей колеблется в широких пределах от 10,7 т/год-км^ (Пелым-Палым) до 328 т/год-км^ (Бирь-Малосухоязово).

Для расчета антропогенной составляющей положительно зарекомендовал себя усовершенствованный нами метод сравнения, который исключает ряд недостатков применяемых ранее методов. По этому методу по 22 пунктам наблюдений находились зависимости иекду водным и ионным стоком в расчетный и фоновый периоды. Расчеты показали, что за последние 15 лат наблюдается существенное антропогенное возрастание стока растворенных веществ с изучаемой терриА тории. По пунктам Иньва-Слудка, Обва-Роадественское, Белая-Уфа, Белая-Бирск, Б.Танып-Адтавво увеличение ионного стока изменяете*} от 15;5 до 43,7 т/год-км^, что составляет 26-Э9£ от общего ион-' ного стока. Антропогенное приращение происходит ъ основном за счет ионов натрия; кадия, сульфата и хлора.

Лая 35 населенных пунктов, имеющих данные наблюдений пе хл-мичаскому составу выше и ни*е города (лромуэла), определено при-

ращениа отоца растворенных веществ за счет промышленных и комму-цалька-быторнх стоков. Полученную Данные свидетельствуют о большом влиянии промышленных предприятий 8 »аучаемон регионе, Общий антропогенный сток с площади изученных городов составляет 11,5 млн. тонн в год. Из них 46,2$ приходится на сток ионов хлора, 23,0;? - натрия и калия, 13,6$ - оульфатов, 8,0 - гидрокарбонатов,. 7,9$ кальция и магния,'

Выявлено, что особенно сильные изменения произошли в £ашки-рии, где антропогенная составляющая ионного стока достигает 40^. В Пермской области полностью антропогенный сток оценить не удалось поскольку происходит накопление растворенных солей в Камском и Боткинском водохранилищах, составляющих 4,26 млн тонн в год. Антропогенный сток о территории Челябинской, Свердловской и Оренбургской областей составляет 10-15? от общего ионного стока,

Ниже некоторых городов речные воды полностью изменяют природный химический облик, Так, ниже городов Березники и Стерлита-мак сточные воды бумажной,' химической и нефтехимической промышленности полностью меняют гидрохимическую фацию -речной воды, из гидрокарбонатной воды переходят в хлоридную. Содержание ионов хлора увеличивается в 10-12 раз, До г. Магнитогорска вода в реке Урал по Химическому составу относится к Гидрокарбонатному классу, а под влиянием промышленных предприятий состав воды переходит в сульфатный клаос,

Особенно тревожное положение складывается ниже г. Стерлита-мака, где вода Белой становится наполовину хлоридной. По данным химических анализов некоторых пунктов за период 1940 - 1939 гг. установлены тренды линейного возрастания среднегодовой минерализации, что создает возможность прогнозировать тенденции и темпы изменения качества природных вод в будущем. Пространственные изменения ионного стока также наглядно показывают карты ионного стока, составленные по периодам! с Х940 по 1975 г. и с 1976 по 1989 г. Количество растворенных солей, поступающих с атмосферными осадками зависит в основном от количества выпадающих осадков и изменяется от 6,0 до 21,1 т/год-км^.

Предложенные методики расчета величин ионного стока и его антропогенной составляющей могут быть использованы для оценки стока других растворенных веществ в природных водах, например,

фенолоЕ, органического азота, нефтепродуктов, микроэлементов и тяжелых металлов, которые также влияют на качество воды.

Менее надежно определены величины выноса ионов о испарением воды и конденсатом по данным объемов испарения. С испарением воды выносится от 1,2 до 5,6 т/год.км ,

С учетом коэффициента химического стока, определяемого соотношением между величинами прихода ионов с Осадками и ионным стоком, выполнено гидрохимическое районирование. Выявлены региональны'' закономерности химического состава природных вод.

Анализ результатов расчетов солевого баланса показывает, что в бассейнах рр,Урала И Приуралья преобладает выноо солей. Коэффициент солевого баланса изменяется в широких Пределах, от 2,6 (Пелым-Пелым) до 311,3 т/год.км2 (Вирь-Малосухоязово), Составленные карты коэффициентов солевого баланса и балансов отдельных ионов наглядно показывают, что наибольшие значения выноса характерны для районов развития карста, меньшие для горных районов й минимальные Для Засушливых районов Зауралья.

На солевой балано заметное влияние оказывает хозяйственная деятельность человека. ■

В Предуралье, в условиях достаточного увлажнения, пбд антропогенным воздействием проиоходит увеличение выноса растворенных солей. В Зауралье, в отдельных засушливых районах наблюдается накопление ионов хлора и магния.

Таким образом, с помощью балансового метода можно количественно оценить роль в загрязнении окружаюией среды естественных и антропогенных факторов.

• Результаты исследований использованы экспертными комиссиями при составлении заключений о экологической несостоятельности проектов подземных ядерных взрывов с целью закачки сточных вод хим-предприятий (проект "Природа") и строительства Башкирского (йш-тугановского) водохранилища на р. Белой.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Солевой баланс территории Пермской области // Проблемы, изучения охраны и рационального использования природных ресурсов Башкирии. - Уфа, 1937. С. 76-77,

2. Влияние промузлов и городов на водную экологию рек Урала // Методологические аспекты гидрологии и водной экологии Урала.

- Пермь, 1990, С,.41-43 (в соавторства с В.А. Балковым).

3. Влияние промышленных сточных вод на растительный мир в среднем течении реки Белой // Методологические аспекты Ботаники.

- Роотов-на-Дону, 1990. С, 55-56.

4. Методика раочетов средних многолетних значений ионного стока // Природные комплексы и вопросы охраны природы. - Уфа, 1991. 0. 22-24.

5. Атмосферное поступление растворенных солей на территорию Урала и Приуралья // Природные комплексы и вопросы охраны природы. - Уфа, 1991. С. 17-19.

б. Солевой баланс ландшафтов Урала // Водная экология и рациональное использование природных ресурсов. - Свердловск, 1991. С. 3-15.

7, Изменение солевого баланса на территории Урала в связи о хозяйственной деятельностью // Водная экология и рациональное использование природных ресурсов. - Набережные Челны, 1991. С. 12-14.

0. Гидрохимическое районирование территории Урала и Приуралья // Проблемы изучения, охраны и рационального использования природных ресурсов. - Пенза, 1991. С. 25-28.

9. Особенности влияния карста на химический состав вод рек Урала //Проблемы комплексного изучения, освоения и охраны ландшафтов Урала. - Пенза, 1991. С. 1(3-20.