Гидрология и гидрохимия реки Алазея Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

мAKAРOв, HOmBmihiH. кильмянинoв

лотных аласных дерново-луговых и в частности дерново-карбонатных, что обычно не характерно для данных почв. Безусловно, это связано с химическим составом почвообразующих пород, каковыми являются карбонатные кембрийские отложения и др. Содержание обменного натрия по сравнению с содержанием кальция и магния низкое, что является благоприятным агрофизическим фактором, так как снижена его дисперсующая роль на содержание макро- и микроагрегатов. По результатам валового анализа также прослеживается корреляция между химическими составами почвенного материала и материнских пород.

Выводы. На данном отрезке железной дороги представлены главным образом автоморфные почвы Центральной Якутии, расположенные на абсолютных высотах от 210 до 450 м, в частности, мерзлотными палевыми, палево-бурыми и дерново-карбонатными в сочетании с перегнойно-карбонатными, а также интразональными почвами пойменных ландшафтов, характерных для долин малых рек.

Сельскохозяйственное освоение изученных почв лимитируется, с одной стороны, укорочен-

ностью вегетационного периода и большей вероятностью наступления сильных заморозков в течение почти всего теплого периода, а также бедностью почв легкоподвижными формами питательных веществ, с другой.

Общая малая мощность почвенного профиля обуславливает легкую податливость изученных почв внешним техногенным воздействиям, что должно учитываться при строительстве железной дороги от г. Томмот до п. Нижний Бестях.

Литература

Агрохимические методы исследования почв / Отв. ред. акад. А.В.Соколов. - М.: Наука, 1975. - 656 с.

Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. Изд. - 2-е, перераб. и доп. - М.: Изд-во МГУ 1970. - 487 с.

Елоеская Л.Г. Классификация и диагностика мерзлотных почв Якутии. - Якутск: ЯФ СО АН СССР, 1987.

- 172 с.

Почеенная съемка. - М.: Изд-во МГУ, 1987. - 269 с.

Практикум по почвоведению / Под ред. И.С. Каури-чева. - Изд.3-е, перераб. и доп. - М.: Колос, 1980.

- 272 с.

УДК 556.1:556.3 (571.56)

Гидрология и гидрохимия реки Алазея

B.H. Макаров, Д.Д. Ноговицын, B.B. Кильмянинов

Рассматриваются результаты изучения гидрологии и гидрохимии бассейна р. Алазея. Приводятся сведения о химическом составе атмосферных осадков, речной воды, жильных льдов и даётся их экологическая оценка. Прослеживаются 2-3-летние циклы различной водности р. Алазея и прогнозируется вероятное понижение водности в период 2010-2013 гг. Рассматриваются варианты снижения размеров половодья за счет спуска в речную сеть вод, аккумулированных на поверхности бассейна перед наступлением зимнего сезона и при искусственном стимулировании выпадения осадков за пределами бассейна р.Алазея.

Ключевые слова: гидрология, гидрохимия, атмосфера, половодье.

The results of the Alazeya River basin hydrology and hydrochemistry study are considered. The data of the chemical composition of atmospheric precipitation, river water, vein ice are adduced and their ecological estimation is given. The Alazeya River various water content of two and three years cycles are retraced and the probable fall of the water content during the period of2010-2013 is forecasted. The variants of high water fall are considered: to drain water accumulated on the basin surface into the river net before the winter season; to stimulate artificially the precipitation fall-out outside the Alazeya River basin.

Key words: hydrology, hydrochemistry, atmosphere, waterfall.

МАКАРОВ Владимир Николаевич - д.г.-м.н., зав. лаб. ИМЗ СО РАН, 8(4112)39-08-26, шакагоу(а)шрі^п.т; НОГОВИЦЫН Дмитрий Дмитриевич - к.геогр.н., зав. лаб. ИФТПС СО РАН, 8(4112)39-05-64, а.пояоу^уп(а) iptpn.ysn.ru; КИЛЬМЯНИНОВ Виктор Васильевич -к.геогр.н., зам. начальника Якутского управления Гос-комгидромета РФ, 8(4112)35-35-49.

Арктическое побережье России - зона существующего и предстоящего освоения природных ресурсов. Для максимальной эффективности хозяйственной деятельности в этом регионе важно учитывать возможные последствия изменения климата и антропогенного воздействия на режим поверхностных и подземных вод, на состояние на-

земных и водных биоценозов, качество воды, химического состава воздуха. Природные объекты в арктическом регионе постоянно изменяются и могут достигать опасного уровня. В освоенных районах существует риск нарушения безопасности жизнедеятельности населения, разрушения социальных и производственных объектов, экологических и экономических ущербов. Именно такая ситуация сложилась в последние годы в бассейне р. Алазея, где наблюдается угроза подтопления населенных пунктов (села Андрюшкино, Аргахтах, Сватай).

В бассейне р. Алазея наиболее широко распространены ландшафты на рыхлых осадочных породах кайнозоя. Значительные площади заняты верхнечетвертичными озерно-аллювиальными осадками, формирующими типичные ландшафты пологоволнистых равнин. Это монотонная толща суглинков, глин, супесей, песков с прослоями и линзами торфа и высокой (до 30-40%) льдистос-тью. Мощность толщи колеблется от 10-12 до 3050 м. На поверхность местами выходят лавы и туфы нижнемелового возраста, слагающие основание верхнечетвертичных осадков. Верхнечетвер-тичные-современные озерные и озерно-болотные образования формируют террасы и днища алас-ных котловин. Они представлены илами, алевролитами, торфами с линзами и включениями льда и массой растительных остатков. Аллювиальные современные и верхнечетвертичные образования формируют пойменные и надпойменные террасы р. Алазея и её притоков.

Алазея образуется от слияния рек Нелькан и Кадылчан на кряже Хангас-Тас (Алазейское плоскогорье), протекает по Колымской низменности и впадает в Восточно-Сибирское море. Характеристика реки приведена в табл. 1 [1].

Среднегодовой расход р. Алазея 320 м3/с. Русло реки очень извилистое. Наиболее крупные притоки: Рассоха (790 км) - слева, Буор-Юрях (244 км) - справа. В верховьях на протяжении 100 км река имеет горный характер, в низовьях - равнин-

Таблица 2 Г идрологический режим р. Алазея

Название поста Год открытия Расстояние от устья, км Площадь водосбора, км 2

с.Аргахтах 1961 825 17 700

с.Андрюшкино 1961 521 29 000

п.ст.Алазея 1949 8,0 68 400

ный, протекает по тундровой зоне.

По классификации М.И.Львовича [2], на р. Алазея преимущественно снеговой тип питания. Доля подземного стока относительно повышенная и составляет около 6% годового стока.

Наблюдение за гидрологическим режимом р.А-лазея осуществляется на трех гидрологических постах (табл. 2).

Изучение стока воды достаточно регулярно, начиная с 1962 г., проводится только на посту с.Ар-гахтах. Расходы воды на посту с.Андрюшкино измерялись лишь в отдельные периоды. Сопоставление данных о стоке в годы совместных наблюдений на этих постах дают основание судить о синхронности его колебания в верхнем и среднем течении реки. Величина приращения стока на участке Алазеи от с.Аргахтах и с.Андрюшкино составляет около 38%; ровно на столько увеличивается площадь водосбора между двумя постами. Сопоставление значений максимальных годовых уровней воды за весь период наблюдений, измеренных у с.Аргахтах и с.Андрюшкино, показало их тесную связь (коэффициент корреляции г равен 0,80). В то же время связь этих уровней с уровнями у п.ст. Алазея отсутствует.

Таким образом, для объективного анализа условий формирования стока р.Алазея в верхнем и среднем течении можно использовать данные поста с.Аргахтах. Исключение составляет устьевой участок, где режим стока и уровней воды подвержен влиянию со стороны моря.

Внутригодовое распределение стока р. Алазея отражает относительно большую зарегулирован-ность озерами. Сток за зимний сезон (ноябрь-апрель) составляет 4%, а за весь лимитирующий период (сентябрь-апрель) - 20%. При наличии сплошной мерзлоты мощностью до 500 м водообмен поверхностных и подземных вод осуществляется по подозерным таликам, поэтому величина стока рек в зимнее время находится в зависимости от степени озерности водосбора.

Формирование паводков на водосборах с многолетней мерзлотой зависит от характера стека-ния весенних талых и летних дождевых вод по склонам подстилающей поверхности и стоку через микроручейковую сеть. Постепенное стекание и добегание талых и дождевых вод по склонам русловой сети с разных частей бассейна вызывают растягивание и выравнивание паводка. По мере оттаивания мерзлоты стекание вод по рельефу и сток надмерзлотных вод постепенно размывают мерзлоту и понижают отметку ее водоупора в сторону микроручья. При дальнейшем возрастании мощности сезонно-талого слоя в условиях глобального потепления климата существенного увеличения водных ресурсов не будет. Тем более, что реакция криолитозоны на изменения климата про-

Таблица 1 Основные сведения о бассейне р. Алазея

Длина, км Площадь водосбора, км2 Притоки длиной менее 10 км Озера на водосборе

кол- во общая длина, км кол- во площадь зеркала, км2

1520/1590 64700 490 1090 24391 9330

Рис. 1. Гидрометрические характеристики р. Алазея от верховья в к устью, сентябрь 2008 г.: А - расходы воды, м3/с; Б - средние скорости, м/с; В - средняя глубина, м

гнозируется минимальной и не должна вызывать тревоги [3].

В 2008 г. на р. Алазея было оборудовано 6 основных базовых гидрометрических створов: № 1 (порог) - 1272 км от устья в районе выхода коренных пород; № 2 -в с. Сватай; № 3 - в районе с. Аргахтах; №4 - в с. Андрюшкино; № 5 - в 46 км от устья на основной протоке и № 6 - в 3 км от устья на Логашкинской протоке. Продольный профиль р. Алазея с основными базовыми гидростворами и характеристиками расходов воды, средней скорости и средней глубины показан на рис. 1. Совмещенные гидростворы показывают, что общий расход р. Алазея в устье равен 427 м3/с.

За период весеннего половодья формируется от 22 до 89% годового стока р.Ала-зея, в среднем 63%. Широкий диапазон изменения доли снегового питания зависит в основном от значительного колебания величины дождевого стока.

В многоводные годы вода выходит на пойму и затапливает населенные пункты и прилегающую местность на многие километры вокруг (рис. 2).

Рис. 2. Наводнение на р.Алазея в 2007 г.

Таблица 3 Изменчивость годового количества осадков

Характе- ристика Сумма осадков за год, мм Сумма осадков, мм Годовой слой стока, мм

за холодный период (XIV) за теплый период ^-1Х)

Среднее 237 100 139 65

Макс. 435 161 308 170

Мин. 129 58 48 10

Коэффициент вариации (Су) 0,29 0,25 0,42 0,49

Годовое количество осадков в среднем распределяется по сезонам (зима-лето) поровну. Изменчивость количества зимних осадков сопоставима с изменчивостью годовых сумм. Большим непостоянством подвержены количество осадков за теплый сезон и величина стока (табл. 3).

Величина стока составляет только 27% от количества выпадающих осадков, большая часть которых расходуется на суммарные потери.

Поверхностные воды района сосредоточены в основном в р. Алазея и озерах. Основными источниками питания природных вод служат атмосферные осадки и в меньшей степени многолетнемерзлые породы. Значительные массы воды, приходящие в движение лишь при положительной температуре, содержат деятельный слой. Солевой состав поверхностных вод формируется путем выщелачивания горных пород и подземного стока, поскольку минерализация атмосферных осадков очень мала:

НС03- 57 С1- 30 80/ 11 Ш2- 1

М 0,006--------------------------рН 5,57 БЬ 392

Ш+ 55 Са2+ 23 Ме2+ 22

(снег в устье р. Алазея).

По химическому составу атмосферные осадки хлоридно-гидрокарбонатные преимущественно натриевые по составу катионов, слабокислые, маломинерализованные. Минерализация снеговых вод колеблется от 6 до 11 мг/л.

Ископаемые льды вскрыты скважинами в селах Андрюшки-но и Аргахтах на глубине 1,2-2,2 м. Пробы льда отобраны в сентябре 2008 г. сотрудником ИМЗ СО РАН П.С.Заболотником. По химическому составу льды слабоминерализованные гидрокарбонатные, преимущественно магниевые, слабокислые с низкими значениями окислительно-

восстановительного потенциала, высоким содержанием аммония и железа (табл. 4).

Существенное влияние на химический состав льдов (повышение роли марганца и аммония, заметный сдвиг значений окислительно- восстановительного потенциала в сторону восстановительных значений по сравнению с поверхностными водами) оказывают процессы криогенеза.

По составу и характеру ионов водной миграции, минерализации, pH, БЬ, составу почв, поведению железа и другим факторам ландшафты района принадлежат в основном к кислому и кислому гле-евому классам. Кислый глеевый или Н+ - Бе2+ класс геохимических ландшафтов соответствует области развития тундровых почвенно-растительных ассоциаций в низменной части бассейна р.Алазея, где преобладают аккумулятивные ландшафты на рыхлых терригенных образованиях кайнозоя. По составу и степени минерализации воды этих ландшафтов близки к водам кислого класса. Обилие органического вещества (растительные остатки, торф) и застойный режим обеспечивают восстановительную среду. Процессы оглеения, широко развитые в почвах таких ландшафтов, обуславливают типоморфность иона Бе2+ .

Грунтовые надмерзлотные воды были вскрыты шурфом, пройденном Д.Д.Ноговицыным в верхнем течении р.Алазея в 1272 км от устья реки, пункт Порог (табл. 5). По химическому составу надмерзлотная вода сульфатно-гидрокарбонатная магниево-кальциевая, слабокислая, с пониженными значениями окислительно-восстановительного потенциала, высоким содержанием аммония (0,6 мг/л) и железа (2,4 мг/л).

Таблица 4 Химический состав жильных льдов

Населенный пункт, глубина отбора пробы,м Общая минера- лизация, мг/л Химический состав Компоненты, превышающие ПДКгг

Аргахтах 1,8-2,2 29,0 НС03- 84 8042- 9 С1- 7 Бе общ ад4+

Мд2+ 38 Бе 17 Са2+ 14 Ыа+ 12 ЫН4- 12 К 8

Андрюшкино 1,2—1,7 98,6 НС03- 77 8042- 8 С1- 12 ЫОз- 3 Мв2+ 28 1Ш,- 25 Са2+ 22 Ыа+ 11 К 6 Бе 8 Бе общ ад4+

Таблица 5

Химический состав надмерзлотных вод

Водопункт Общая минера- лизация, мг/л Химический состав Компоненты, превышающие ПДКгг

Шурф №1 р. Алазея 1272 км от устья, Порок ^ — 5 М НС03- 55 8042- 43 С1- 2 рН 6,41 Са2+ 37 Мв2+ 36 К 7 Ыа+ 5 Бе 12 ЫН4- 4 Бе общ ад4+

Таблица 6

Химический состав рек в бассейне р. Алазея

Река Общая минерализация, мг/л Химический состав Компоненты превышающие ПДКгг

Алазея (среднее по течению реки) 31,5 НС03- 87 Б042- 7 С1- 5 N03 1 рН 6 62 Си Б е общ

Мй2+ 44 Са2+ 43 Ыа+ 7 К 3 ВД," 2 Бе 1

Буор-Юрях (94 км от устья) 27,0 НС03- 85 Б042- 9 С1- 5 N03 0,5 рН 6 62 Си

Мй2+ 53 Са2+ 40 Ыа+ 4 К 2 ЫН," 2

Рассоха (устье) 37,1 НС03- 90 Б042- 4 С1- 5 N03 0,4 Си Б е общ

рН 6 81 Мй2+ 44 Са2+ 44 Бе 4 Ыа+ 3 К 3 ЫН4- 2

Речные воды р.Алазея очень пресные гидрокарбонатные кальциево-магниевые, слабокислые, очень мягкие (0,4-0,7 мг-экв/л), с высокими значениями окислительно-восстановительного потенциала (в среднем 519 мВ), с повышенным содержанием железа (в среднем 0,46 мг/л) и тяжелых металлов - меди, марганца (табл. 6). Основные загрязняющие вещества - фенолы, органические вещества (по ХПК и БПК5), соединения меди и железа. Мутность р. Алазея достаточно большая для равнинной северной реки - среднегодовая величина 60 г/м3, а наибольшая - 220 г/м3.

Химический состав речных вод остается практически постоянным в различные гидрологические периоды. Величина общей минерализации минимальна в период весеннего половодья - 25-48 мг/л и возрастает до 50-118 мг/л в зимнюю межень.

Ионный состав воды характеризуется резко выраженным преобладанием ионов НС03-. На втором месте среди анионов - ионы 8042-. Относительное содержание хлоридных ионов на всем протяжении реки весьма незначительно и не превышает 6%-экв. В составе катионов преобладают ионы кальция и магния. Содержания натрия и калия на всем протяжении реки примерно равны и возрастают до 1,25-1,6 мг/л для Ка+ и до 1,2 мг/л для К+ в устьевой части реки, в зоне влияния Восточно-Сибирского моря. Среди соединений азота преобладают нитратные ионы, концентрация аммонийных и нитритных соединений азота незначительна (табл. 7).

По уменьшению среднего содержания в водах р. Алазея микроэлементы группируются в следующем порядке:

Бе > Си > Мп > N1 > РЬ > (2п, Со.

Сг, са).

Практически по всем наблюдаемым компонентам вода р. Алазея соответствует санитарным гигиеническим нормам. Исключением является содержание железа в воде, которое на протяжении около 500 км, примерно от с. Андрюшкино и до устья, остается повышенным, превышающим ПДК .

1 ^ гигиен

Несмотря на относительное постоянство химического состава р.Алазея на протяжении около 1280 км, наблюдаются определенные изменения в поведении ряда компонентов. От верхнего течения реки к её устью фиксируется постепенное повышение минерализации воды и содержания Бе (рис. 3), РЬ, N1 и Мп; незначительное возрастание величины рН.

В этом же направлении отмечается устойчивое понижение величины БЬ с 541 мВ (Порог) до 528 мВ (Логашкина протока, мелководный бар), обусловленное обилием органического вещества, процесса-

Таблица 7

Распределение химических компонентов в речных водах бассейна р. Алазея

Компоненты Мій Мах Среднее, арифм. Класс опасности ПДКрх С / ''-'макс ' ПДК

рН 6,2 6,82 6,62 - <6,5, >8,5 -

Eh, мВ 479 561 519 - - -

Ca2+, мг/л 3,01 6,66 5,31 - 180 0,04

Mg2+ , -«- 2,17 4,08 3,27 - 40 0,10

№+ , -«- 0,35 1,60 0,95 2 120 0,01

К+, -«- 0,20 1,26 0,84 - 50 0,025

Fe общ, -«- 0,001 1,0 0,46 4 0,05 20

NH4+, -«- 0,10 0,20 0,16 3 0,51 0,39

HCO3- , -«- 26,6 42,1 34,1 - - -

^3^, -«- - - - - - -

а-, -«- 0,70 1,60 1,08 3-4 300 0,005

2- , -г О М 0,82 4,94 2,01 4 100 0,05

N0^, -«- <0,005 - - 3 3,3 0,00

N03-, -«- 0,17 2,41 0,61 2 9,0 0,27

Е+, -«- - - - 2 <0,5 - >1,5 -

N1, мкг/л 0,5 3,9 2,06 3 10 0,39

Со, -«- <1 - - 2 10 0,00

Zn, -«- <10 - - 3 10 0,00

Си, -«- 5,5 14,9 7,49 3 1 14,9

Мп, -«- 3,1 31,1 5,45 3 10 3,11

Сг, -«- <0,5 - - 3 1 (ЄгУІ) 0,00

са, -«- <0,1 - - 2 5 0,00

РЬ, -«- 0,1 2,7 1,67 2 10 0,27

Общая минерал., мг/л 23,4 37,8 31,5 4 1000 0,04

Об.жест, мг-экв/л 0,43 0,67 0,54 2 7 0,10

ми оглееиия почв и застойным режимом аккумулятивных ландшафтов.

На участке р. Алазея от устья р. Россоха до с. Аргахтах, на расстоянии 350-800 км от устья реки, на протяжении около 450 км наблюдается слабая гидрогеохимическая аномалия Си, N1 и РЬ. В пределах аномалии концентрация тяжелых металлов в 1,5-2,0 раза выше средних значений для бассейна р. Алазея. Источником аномалии может быть сток рек Рассоха и Буор-Юрях, дренирующих верхнепалеозойские и нижнемеловые горные породы хребта Улахан-Сис и Алазейского плоскогорья, вмещающих рудные месторождения и геохимические аномалии. В устьевой части р. Буор-Юрях вода содержит максимальные для района концентрации меди - 14,9 (±3,7) мкг/л.

Выводы. Предварительная оценка режима увлажнения бассейна показала, что увеличение водности р.Алазея и размеры наводнений обусловлены ростом количества осадков теплого периода, которые являются определяющим фактором изменчивости годового стока р.Алазея. Причем наиболее значительное влияние на сток оказывают осадки теплого периода предшествующего года.

В колебании стока прослеживаются 2-3-летние циклы раздичной водности и в период 2010-2013 гг. наиболее вероятен период пониженной водности.

Одним из вариантов снижения размеров половодья могут быть мероприятия по спуску в речную сеть вод, аккумулированных на поверхности бассейна перед наступлением зимнего сезона. Другой способ снижения степени увлажненности бассейна - искусственное стимулирование выпадения осадков за пределами бассейна р.Алазея на пути перемещения влагонесущих воздушных масс.

Отмечается относительное постоянство химического состава воды р.Алазея на протяжении около 1280 км, которая практически по всем наблюдаемым компонентам, за исключениям железа, соответствует санитарным гигиеническим нормам.

Промерзшие толщи горных пород и отложений, образующие берега рек, находятся в постоянном соприкосновении с относительно теплыми водными массами. Даже небольшое увеличение температуры речной воды вследствие климатических изменений способно привести к значительным экологическим и экономическим последствиям в связи с изменениями потоков веществ, поступающих в прибрежную зону окраинных морей.

Разработка месторождений полезных ископаемых в бассейне р. Алазея, особенно россыпей, приведет к интенсивному физическому и химическому загрязнению речных вод. Активизация физико-химических и биогеохимических процессов, связанная с поступлением в зону гипергенеза больших масс рудного материала, тонкодисперсных льдистых осадков, приводит к повышению концентрации ряда компонентов в составе минеральных взвесей, природных вод и донных отложений. Аналогией могут быть техногенные геохимические потоки в правых притоках р.Хрома, обусловленные отработкой россыпных месторождений олова и достигавшие в 80-е годы прошлого века прибрежной зоны Восточно-Сибирского моря [4].

Литература

1. Ресурсы поверхностных вод. Гидрологическая изученность. - Т. 17. Лено-Индигирский, вып.7. - Л.: Гидрометиздат, 1966. - 328 с.

2. Львович М.И. Мировые водные ресурсы и их будущее. - М.: Мысль, 1974. - 449 с.

3. Скачков Ю.Б. Современное потепление климата в Якутии // Материалы XIII научн.совещания географов Сибири и Дальнего Востока, Иркутск, 27-29 ноября 2007 г. Т. 1. - Иркутск: Изд-во Ин-та географии им. В.Б.Сочавы СО РАН. - С. 92-93.

4. Макаров В.Н., Мокшанцев Б.К. Техногенные геохимические потоки месторождений олова в арктической зоне Якутии // Формирование подземных вод кри-олитозоны. - Якутск: Ин-т мерзлотоведения СО РАН. 1992. - С. 48-65.