ВЛИЯНИЕ ЗЕЙСКОГО И БУРЕЙСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩ НА ЗИМНИЙ ГИДРОХИМИЧЕСКИЙ РЕЖИМ СРЕДНЕГО АМУРА

ВЛИЯНИЕ ЗЕЙСКОГО И БУРЕЙСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩ НА ЗИМНИЙ ГИДРОХИМИЧЕСКИЙ РЕЖИМ СРЕДНЕГО АМУРА

В.П. Шестеркин, Н.М. Шестеркина

До выхода на эксплуатационный режим Зейского водохранилища качество вод Амура в основном определялось качеством воды р. Сунгари, в бассейне которой широкое развитие получили химическая, нефтехимическая и целлюлозно-бумажная промышленность, сельское хозяйство. Это привело к тому, что в условиях низкой водности р. Сунгари в зимнюю межень 1968–1971 и 1975 гг. в амурской воде в районе г. Хабаровска стал отмечаться дефицит растворенного кислорода. Если в воде рек Амур и Зея у г. Благовещенска содержание кислорода в эти годы в среднем составляло 9,5 и 6,0 мг/дм³ соответственно, то в амурской воде у г. Хабаровска – 4,1 мг/дм³ (отмеченное минимальное значение – 1,8 мг/дм³). В эти же годы была отмечена большая гибель рыбы на Нижнем Амуре. После ледохода в 1971 г. на берегах Амура между селами Мариинское и Тыр наблюдались погибшие сазаны, количество которых иногда достигало 200 особей на 500 м берега. Много погибло осетра, касатки, верхогляда и других видов рыб, причем внешне у погибшей рыбы отсутствовали изменения, которые бы свидетельствовали о дефиците кислорода [2].

Сильное загрязнение Амура могло проявиться и в 1977–1980 и 1983 годах, которые также характеризовались низкой водностью р. Сунгари (среднемесячные расходы воды в феврале и марте не превышали 300 м³/с, а в феврале 1979 г. – 132 м³/с). Однако ухудшения качества амурской воды не произошло, так как в это время начинает сказываться влияние Зейского водохранилища. Поступление больших объемов зейских вод в Амур более чем на два десятка лет снизило влияние сильно загрязненных вод р. Сунгари на качество амурских вод [5].

В первую очередь огромные изменения произошли в кислородном режиме. После сооружения Зейского водохранилища среднемноголетняя концентрация растворенного кислорода в воде р. Зея у Благовещенска стала составлять 10,2 мг/дм³. О значительном влиянии водохранилища на кислородный режим Амура свидетельствуют наблюдения в 2000–2002 гг. в районе устья р. Сунгари [3]. Выше устья этой реки содержание кислорода в амурской воде от российского берега до фарватера (государственной границы) распределялось в основном равномерно. В зимнюю межень 2000–2001 гг. оно находилось в пределах 10,2–10,6 мг/дм³, а в зимнюю межень 2001–2002 гг. – 9,8–10,8 мг/дм³.

Значительно улучшился кислородный режим Нижнего Амура. Содержание этого газа в амурской воде после 1979 г. в среднем составляло (мг/дм³): у г. Хабаровска – 5,4; г. Комсомольска-на-Амуре – 5,3; с. Богородское – 4,0. Экспедиционные исследования ИВЭП ДВО РАН в марте 1984 г. также свидетельствовали об улучшении кислородного режима: содержание кислорода в амурской воде на участке между городами Хабаровск и Комсомольск-на-Амуре постоянно было выше 4,5 мг/дм³ [3].

Сильно изменился и химический состав воды. Зарегулирование р. Зея привело к формированию состава вод в водохранилище с низкой минерализацией и повышенным содержанием биогенных и органических веществ. В начале заполнения водохранилища (1978 г.) среднегодовая величина минерализации составляла 31,2 мг/дм³, а после выхода водохранилища на рабочий режим (1985 г.) – 21,4 мг/дм³ [1]. В эти годы содержание органических веществ существенно превышало величину минерализации. Такие особенности химического состава воды были обусловлены выщелачиванием значительного количества органического вещества из затопленных почв ранее заболоченной Верхнезейской равнины, а также не сведенных лесосводкой лесов [1]. В сильно окрашенных водах (среднегодовое значение цветности воды постоянно превышало 75^о) отмечалось также повышенное содержание аммонийного азота (до 0,95 мг/дм³) и общего железа (до 0,85 мг/дм³). Как свидетельствуют материалы гидрохимических исследований на водохранилище в августе 2004 г., после 1988 г. в химическом составе воды больших изменений не произошло. В настоящее время водохранилище, как и ранее, характеризуется низким содержанием главных ионов, а соответственно и величиной минерализации. Средняя концентрация хлоридных и сульфатных ионов в воде Зейского водохранилища составляет 0,5 и 2,4 мг/дм³ соответственно, а содержание общего железа и величина цветности – 0,43 мг/дм³ и 111^о соответственно.

Поступление ультрапресных вод Зейского водохранилища существенно снизило величину минерализации вод р. Зея в зимнюю межень (среднемноголетняя величина минерализация составляла 34,1 мг/дм³) и увеличило содержание биогенных и органических веществ. В марте 2002 г. содержание общего железа в воде этой реки в районе г. Благовещенска достигало 0,67 мг/дм³, аммонийного азота – 0,31 мгN/дм³, а величина цветности – 117^о. Содержание органического вещества в воде, определяемое по величине перманганатной окисляемости, в среднем составляло 16,6 мгО/дм³.

Значительное уменьшение содержания главных ионов в воде р. Зея обусловило и существенное снижение минерализации амурской воды у г. Хабаровска [4], которая в это время находилась в пределах 65,7–135,1 мг/дм³, (в среднем – 85,8 мг/дм³). Одновременно со снижением концентрации главных ионов в воде увеличилось содержание органического вещества. В 1979–1987 гг. цветность воды достигла 90^о (средняя – 40^о). Еще большие значения цветности воды и содержание органического вещества в амурской воде стали отмечаться в последние годы. В маловодную зимнюю межень 2002–2003 гг. значение цветности иногда достигало 100^о (среднее – 74^о). Таким же высоким в Амуре, как и в период летней межени, было содержание органического вещества – в среднем 10,2 мгО/дм³.

Определенные изменения в гидрохимическом режиме вод Амура, обусловленные зарегулированием р. Бурея, происходят и в настоящее время. Гидрохимические исследования на Бурейском водохранилище в первые два года его наполнения свидетельствуют о низком содержании растворенных веществ в его воде, обусловленном высокой проточностью. Среднегодовая величина минерализации его вод в 2003 г. составляла 25,2 мг/дм³, а в 2004 г. – 29,6 мг/дм³. Более низким в воде Бурейского водохранилища, по сравнению Зейским водохранилищем в первые годы заполнения, было содержание общего железа и аммонийного азота – в среднем 0,30 и 0,59 мг/дм³ соответственно. Меньше в Бурейском водохранилище было и содержание органического вещества. Перед началом ледостава 2003 г. величина цветности воды в среднем была 65^о, а ледостава 2004 г. – 58^о. Существенно ниже была цветность в водохранилище зимой – в среднем 41^о.

Поступление ультрапресных, менее окрашенных, чем зейские, бурейских вод в Амур, объемом свыше 200 м³/сек, привело к небольшому снижению в амурской воде содержания растворенных веществ. В зимнюю межень 2003–2004 гг. по сравнению с зимней меженью предыдущих двух лет отмечалось снижение величины минерализации воды в 1,15 раза, концентрации ионов натрия и кальция – 1,40 и 1,13 раза соответственно, аммонийного азота и сульфатных ионов – в 1,56 и 1,16 раза также соответственно. О значительном увеличении в воде содержания органического вещества свидетельствует увеличение ее цветности в 1,34 раза.

Более масштабные изменения произойдут в гидрохимическом режиме среднего Амура в дальнейшем. Эти изменения связаны с выходом Бурейского гидроузла в 2008 г. на проектный уровень, когда будут запущены все шесть турбин и через них будет проходить в шесть раз больше воды, чем сейчас. Это будет способствовать еще большему разбавлению сильно загрязненных вод р. Сунгари, которые характеризуются в зимнюю межень низким содержанием растворенного кислорода и "химическим" запахом. Благоприятно скажется на качестве амурских вод и повышение содержания в них растворенного кислорода.
Литература

1. 
   Петров Е.С., Мордовин А.М., Шестеркин В.П. Гидроклиматология и гидрохимия Зейского водохранилища. – Владивосток;Хабаровск: Дальнаука, 1997. – 138 с.
   
2. 
   Подушко М.В. О заморных явлениях на Нижнем Амуре // Вопр. географии Дальнего Востока. Хабаровск: кн. изд-во, 1973. Сб. 12. С. 311-317.
   
3. 
   Шестеркин В.П. Зимний кислородный режим вод Амура // География и природные ресурсы. 2004. № 1. С. 148-151.
   
4. 
   Шестеркин В.П., Шестеркина Н.М. Зимний сток растворенных веществ среднего Амура // География и природные ресурсы. 2001. № 4. С. 144-147.
   

Гидрохимический режим Бурейского водохранилища в первые годы заполнения (2003–2004) формировался за счет водного и гидрохимического стока рек Бурея и Тырма, природных условий бассейна. Большой приток воды в водохранилище в 2003 г. обусловил значительный его водообмен (при объеме 2,2 км³ в нижний бьеф было сброшено 21,8 км³). Такие особенности его гидрологического режима оказали существенное влияние на интенсивность многих внутриводоемных процессов (выщелачивание растворенных веществ из затопленных почв и древесной растительности, трансформацию биогенных и органических веществ, седиментацию и т.д.), формирующих его химический состав. В условиях незначительного хозяйственного освоения береговой зоны водохранилища это влияние являлось определяющим.

Содержание растворенного кислорода в воде Бурейского водохранилища в первые годы исследований не опускалось ниже значений ПДК (табл. 1).
Таблица 1

Среднемесячные показатели качества воды Бурейского водохранилища

(в 2003 г – в числителе, в 2004 г. – в знаменателе)

Наименьшая концентрация этого газа отмечалась в средних и придонных горизонтах воды в период максимального их прогревания. В августе 2003 г. насыщение кислородом этих слоев превышало 74 %, а в июле 2004 г. – 62 %. Наибольшее содержание кислорода, обусловленное конвекцией (осенняя циркуляция воды), в воде водохранилища наблюдалось в предзимний и зимний период. В марте 2004 г. концентрация кислорода в поверхностных горизонтах воды была выше 10,2, а придонных – 8,0 мг/дм³. В зоне подпора рек Бурея и Тырма его содержание в воде было более высоким. Во время максимального прогрева придонных горизонтов воды (до 18^о) в этой части водохранилища насыщение их растворенным кислородом превышало 89 %.

Распределение кислорода по вертикальному разрезу водохранилища в летний период было относительно однородным, небольшие различия отмечались лишь в содержании его между поверхностными и придонными горизонтами в самом начале наполнения. Не было больших различий в послойном распределении кислорода в водной толще и в предзимний период. Лишь в конце ледостава расходование некоторой части растворенного кислорода на окисление затопленного органического вещества (древесины, почв) обусловило неоднородное распределение его по вертикальному разрезу. Содержание кислорода в поверхностных горизонтах в это время было в 1,13–1,28 раза выше по сравнению с придонными слоями.

По сравнению с Вилюйским [2], Колымским [4] и Зейским [3] водохранилищами в Бурейском в первые годы заполнения не отмечалось дефицита кислорода и отсутствовал сероводород.

Величина минерализации воды Бурейского водохранилища в первые годы заполнения находилась в пределах 18,4–54,5 мг/дм³, то есть мало отличалась от прогнозируемых значений (15,3–57,7 мг/дм³). Не превышала она и максимальных значений величин минерализации воды рек Тырма и Бурея выше подпора. Несколько меньше, по сравнению с прогнозной, отмечалась величина минерализации. Согласно прогнозной оценке, она должна составлять 42,3 мг/дм³ [5], тогда как в действительности 2003 г. она достигала 36,1 мг/дм³, а в 2004 г. – 30,6 мг/дм³

Наименьшая величина минерализации в воде водохранилища наблюдалась в мае–июне. Низкому содержанию растворенных веществ в это время способствовал большой приток снеговых и дождевых вод (расходы воды ниже плотины в конце мая и середине июля составляли соответственно 4 360 и 7 586 м³/с). При таком промывном режиме затопленные почвы и древесная растительность на солевой состав воды влияния практически не оказывали. По мере снижения паводочной активности содержание растворенных веществ постепенно стало повышаться – из-за преобладания в водном питании водохранилища более минерализованных вод р. Тырма.

Больших различий в распределении величины минерализации по вертикальному разрезу водохранилища из–за высокого водообмена не прослеживалось. В первый год наполнения большое влияние на стратификацию растворенных веществ в воде из-за малого объема водохранилища играла боковая приточность, а зимой, возможно, и плотностные течения, обуславливающие более высокую величину минерализации в поверхностных горизонтах, по сравнению с придонными слоями. Поэтому в сентябре и марте различия в величинах минерализации между этими слоями часто превышали 8,8 мг/дм³. На второй год наполнения резкой неоднородности в распределении величины минерализации по вертикальному разрезу водохранилища, за исключением зоны подпора р. Тырма, не отмечалось. Поступление вод этой реки обуславливает в зоне подпора в июле более высокую величину минерализации в поверхностных горизонтах, по сравнению с придонными (на 16,3 мг/дм³). Совершенно иное распределение минерализации наблюдалось в октябре, когда в придонных слоях воды содержание растворенных веществ на 18,3 мг/дм³ было больше, чем в поверхностных.

Содержание главных ионов в воде водохранилища не превышало ПДК, причем уровни концентраций ионов калия, натрия и хлоридных ионов были соизмеримы с концентрациями в горных ледниковых озерах Буреинского заповедника. В небольших пределах изменялось в воде содержание ионов кальция и магния, гидрокарбонатных ионов. Минимальное содержание этих ионов отмечалось в первые месяцы наполнения, максимальное – в зимнюю межень. Неоднородное распределение указанных ионов по акватории вызвано боковой приточностью. В значительных пределах, от 1,4 до 7,5 мг/дм³, варьировало в водной толще содержание сульфатных ионов.

Более сложной, по сравнению с главными ионами, является сезонная динамика биогенных и органических веществ, содержание которых по вертикальному разрезу в воде водохранилища изменялось в очень широких пределах.

Максимальное содержание аммонийного азота, общего железа и органического вещества отмечалось в воде в первый год наполнения весной и в начале лета, когда в питании водохранилища преобладало снеговое питание (табл. 1). Как свидетельствуют материалы наблюдений Росгидромета, в это время воды таежных рек бассейна р. Бурея характеризуются повышенным содержанием биогенных и органических веществ. Например, в мае 1988 г. в воде рек Яурин и Ниман, при цветности 100^о, содержание аммонийного азота достигало 0,50 и 1,09 мг/дм³ соответственно, а железа – 0,57 и 0,22 мг/дм³. Некоторая часть этих веществ могла поступать и из затопленных в ложе водохранилище почв и древесной растительности. Последней, действительно, много, в том числе и тонкомерной, выросшей на месте делян в период длительного строительства ГЭС. Поэтому наибольшее содержание биогенных и органических веществ наблюдалось, как правило, в придонных горизонтах воды водохранилища в первые месяцы его функционирования. В это время в этих слоях воды содержание аммонийного азота и железа было выше, чем в поверхностных на 0,17 и 0,19 мг/дм³ соответственно. Незначительные различия (0,03 и 0,06 мг/дм³ соответственно) в уровнях концентраций этих веществ по вертикальному разрезу отмечались и весной 2004 г.

В августе содержание аммонийного азота, железа и органического вещества в воде постепенно снижалось вследствие возрастания водообмена и уменьшения концентраций этих веществ в стоке впадающих в водохранилище рек. Последнему фактору немало способствовала значительная промытость древесной растительности и почв бассейна р. Бурея длительными муссонными дождями. По вертикальному разрезу наибольшая концентрация этих веществ отмечалась, как и ранее, в придонных слоях, хотя различия в уровнях содержания этих веществ между поверхностными и придонными слоями несколько сгладились.

В осенний период динамика содержания биогенных и органических веществ в воде Бурейского водохранилища претерпевает новые изменения. Поступление в водохранилище осенних паводочных вод приводит не только к возрастанию содержания этих веществ по всей его толще, но и сглаживанию различий в уровнях концентраций этих веществ по вертикальному разрезу. В это время, также как и в мае–июне, в воде вновь отмечается повышенное, превышающее ПДК, содержание аммонийного азота.

Постепенное снижение в предзимний период притока растворенных веществ с водосбора в водохранилище приводит к некоторому снижению и выравниванию концентраций железа и органического вещества в водной толще. В меньшей степени эти изменения отмечаются для аммонийного азота.

В зимний период на формирование качества воды большое влияние начинают оказывать внутриводные процессы. По сравнению с предзимним периодом в придонных слоях повышается содержание органического вещества и железа. Иная динамика отмечалась для аммонийного азота, уровни содержания которого в это время незначительно отличались от уровней в паводочный период. Невысокая концентрация этого вещества в воде, так же как и ее равномерное распределение по вертикальному разрезу водохранилища, свидетельствует о небольшом влиянии затопленной древесины. Процессы нитрификации, активно протекающие в водной толще при повышенном содержании кислорода, способствуют сохранению низких концентраций. Аналогичное поведение и стратификация аммонийного азота отмечались зимой и в первые годы наполнения на Зейском водохранилище [3].

Сравнение наблюдаемой в воде водохранилища концентрации аммонийного азота с прогнозной величиной, свидетельствует о небольшом ее превышении только в первые месяцы заполнения водохранилища. В дальнейшем значительный обмен воды в водохранилище, а также активно протекающие в водной толще внутриводные процессы (нитрификация, сорбция и т.д.) обусловили невысокое содержание этого вещества в воде. Среднегодовое содержание аммонийного азота в 2003 г. составляло 0,63 мг/дм³, а в 2004 – 0,55 мг/дм³ (81 и 71 % от прогнозной величины).

Содержание фосфатных ионов в воде водохранилища также не превышало прогнозное значение. В сезонном отношении наибольшее содержание этого компонента отмечалось преимущественно в паводочный период, то есть было обусловлено поступлением с водосбора. Об этом свидетельствует равномерное распределение фосфатов по вертикальному разрезу. Подобное распределение этих веществ по вертикали и акватории отмечалось и водах Зейского водохранилища [3].

В отличие от фосфатов максимальное содержание нитратного азота в сезонном отношении отмечалось в зимний период, причем уровни его содержания превышали прогнозное значение. Такое различие в наблюдаемой и прогнозной концентрациях могло быть обусловлено как процессами нитрификации, так и влиянием лесных пожаров. О влиянии второго фактора на качество вод горно-таежных рек следует сказать особо. Как свидетельствуют наши исследования в бассейне р. Анюй, даже на шестой постпирогенный год содержание нитратных ионов в воде может достигать 7 мг/дм³. Поэтому, учитывая появление больших гарей в Тырминском лесхозе и по берегам будущего водохранилища в мае 2003 г., нельзя исключать влияние данного фактора на химический состав воды.

Таким образом, наблюдаемые в первые годы наполнения показатели качества воды Бурейского водохранилища в основном не выходили за пределы прогнозируемых величин. В воде отмечается удовлетворительное содержание растворенного кислорода, не выходящее за рамки фоновых значений. Значительный водообмен в Бурейском водохранилище в эти годы позволяет предполагать, что затопленные почвы и древесная растительность не окажут значительного негативного влияния на качество его воды.

2. Лабутина Т.М. Формирование и прогнозирование гидрохимического режима водохранилищ Северо-Востока СССР. – Якутск, 1985. – 118 с.

3. Мордовин А.М., Петров Ю.С., Шестеркин В.П. Гидроклиматология и гидрохимия Зейского водохранилища. – Владивосток; Хабаровск: Дальнаука, 1997. – 138 с.

4. Сусекова Н.Г., Оганесян А.Ш. Гидрохимический режим Колымского водохранилища на различных этапах заполнения // Водные ресурсы. 1996. Т. 23, № 3. С. 351–360.

5. Шестеркин В.П. Прогноз качества воды Бурейского водохранилища // Функционирование геосистем: тез. III регион. науч.-практ. конф. – Владивосток: ДВГУ, 2002. С. 16–18.