CC BY
23
УДК 551.4:552.5(571.53, Байкал)
ОЦЕНКА РЕЧНОГО СТОКА ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ В ОЗЕРО БАЙКАЛ
А
© Т.Е. Афонина1
Иркутская государственная сельскохозяйственная академия,
664038, Россия, Иркутская область, Иркутский район, пос. Молодежный, 1. кор.1.
Дана количественная оценка речного стока органических веществ (ОВ) в оз. Байкал. Приведены расчеты многолетнего стока ОВ, углеводородных соединений и углеводородов. Показано, что основная доля среднегодового стока ОВ приходится на р. Селенга, отмечена неоднородность его поступления в оз. Байкал в паводковые и меженные периоды. Получены качественные характеристики ОВ. Отмечено увеличение стока ОВ в оз. Байкал за счет техногенного фактора. Ил. 1. Табл. 3. Библиогр. 8 назв.
Ключевые слова: притоки; органическое вещество; углеводородные соединения; оз. Байкал; речной сток.
EVALUATION OF ORGANIC SUBSTANCE RIVER DISCHARGE IN LAKE BAIKAL T.E. Afonina
Irkutsk State Agricultural Academy,
1 Molodezhny settlement, block 1, Irkutsk region, Irkutsk oblast, Russia, 664038.
The paper gives a quantitative evaluation of the river discharge of organic substances in Lake Baikal. Providing the calculations of the long-term discharge of organic substances, hydrocarbon compounds and hydrocarbons it demonstrates that the major part of the average annual discharge of organic substances, whose delivery in the lake Baikal is heterogeneous during flood and low-flow periods, falls on the Selenga River. The author obtains the qualitative characteristics of the organic matter and registers the increased drainage of organic substances in the lake Baikal due to anthropogenic activities.
1 figure. 3 tables. 8 sources.
Key words: tributaries; organic substance; hydrocarbon compounds; Lake Baikal; river runoff.
Реки играют существенную роль в поставке органического вещества (ОВ) в оз. Байкал. Общий объем годового и многолетнего переноса реками ОВ зависит от природных условий всего водосборного бассейна оз. Байкал. Качество и количество речного ОВ определяются величиной стока воды и ее транспортирующей силой (паводок, межень, селевые потоки и т.п.). Содержание и соотношение ОВ, находящегося в различной форме (растворенной, коллоидной, взвешенной), варьируются в зависимости от рельефа местности, почв, климата и других факторов, определяющих режим поступления ОВ в озеро.
Исследования, проведенные с 1984 по 1995 гг. и с 2005 по 2009 гг., позволили рассчитать многолетний аллохтонный (терригенный) сток органического вещества, углеводородных соединений (УВС) и углеводородов (УВ), поступающих в оз. Байкал с его притоками.
Пробы воды для исследования отбирали из рек -притоков Байкала, в весенне-летний и осенне-зимний периоды; общее количество проб составило около 3000.
ОВ рассчитывали как Сорг. х 2,1 [1, с. 49], где Сорг. - органический углерод, определенный согласно методическим указаниям, приведенным в Руководстве по химическому анализу поверхностных вод суши [2].
Анализ УВС и УВ выполняли экспресс-методом с ИК-спектрофотометрическим окончанием [3]. Для изучения нормальных алканов (н-алканов) применяли хро-мато-масс-спектрометр LКВ 2091/152 (Швеция).
В табл. 1 приведены расчеты многолетнего стока Сорг, ОВ, УВС и УВ в оз. Байкал. Фактический расчет аллохтонного стока выполнен для рек, где Гидрометеослужбой проводятся наблюдения за расходом воды [4]. В табл. 2 приведены результаты многолетних наблюдений по содержанию ОВ, УВС и УВ в притоках Байкала, где наблюдения за расходом воды не ведутся, поэтому расчет аллохтонного стока органического вещества проводили методом экстраполяции.
Как видно из данных, приведенных в табл. 2, разброс концентраций ОВ, УВС и УВ в реках незначителен. Учитывая, что содержания ОВ, УВС и УВ в остальных малых реках, не охваченных сетью наблюдений, примерно равные и по объему стока малые реки значительной разницы не имеют, был применен метод экстраполяции и на его основе рассчитан ал-лохтонный сток для остальных рек (см. табл. 1) [5].
Для 17 малых рек аллохтонный среднегодовой сток составляет, тыс. т: ОВ - 24,8; Сорг. - 11,8; УВС -0,249; УВ - 0,0578. Тогда для оставшихся всех малых рек количество составит, тыс. т: ОВ - 196,6; Сорг. -93,6; УВС - 4,614 тыс. т/год, УВ - 1,071 тыс. т/год.
1Афонина Татьяна Евгеньевна, доктор географических наук, профессор кафедры землеустройства, кадастров и сельскохозяйственной мелиорации, тел.: 89146654660, [email protected]
Afonina Tatyana, Doctor of Geography, Professor of the Department of Land Management, Cadastres and Agricultural Melioration, tel.: 89146654660, e-mail: [email protected]
Таблица 1
Годовой аллохтонный приток Сог и ОВ в оз. Байкал (по средним многолетним наблюдениям)
Река Площадь водосбора, км2 Годовой приток воды в озеро Содержание, мг/л Годовой приток, тыс. т
м3/сек км3 Сорг. ОВ УВС УВ Сорг. ОВ УВС УВ
Голоустная 2260 10,30 0,324 3,50 7,35 0,04 0,01 1,13 2,38 0,013 0,0032
Бугульдейка 1700 6,39 0,201 3,04 6,58 0,03 0,01 0,61 1,28 0,006 0,002
Рель 567 12,82 0,404 2,47 5,20 0,005 0,001 1,00 2,10 0,002 0,0004
Тыя* 2380 39,12 1,232 1,78 3,74 0,03 0,03 2,19 4,60 0,037 0,0123
Холодная* 1050 21,44 0,675 4,03 8,42 0,02 0,005 2,72 5,71 0,014 0,0034
Верхняя Ангара* 20600 265,2 8,354 4,50 9,45 0,12 0,073 37,60 78,91 1,002 0,61
Давша 93,7 1,06 0,033 1,50 3,15 0,01 0,005 0,05 0,10 0,0003 0,0001
Баргузин* 19800 136,92 4,313 3,50 7,35 0,05 0,01 15,10 31,70 0,22 0,0431
Турка* 5050 68,98 2,173 2,51 5,27 0,04 0,012 5,45 11,45 0,086 0,0261
Большая Сухая 379 4,16 0,131 1,50 3,15 0,03 0,01 0,19 0,41 0,004 0,0013
Селенга (Кабанск) 445000 980,2 30,88 5,31 11,20 0,165 0,078 164,0 345 5,100 2,4086
Большая Речка 565 12,6 0,397 1,14 2,39 0,072 0,016 0,45 0,95 0,029 0,063
Мысовая 151 2,76 0,087 0,86 1,81 0,071 0,01 0,074 0,16 0,0062 0,0008
Выдринная 259 12,6 0,397 0,49 1,03 0,022 0,006 0,19 0,41 0,0087 0,0024
Снежная 3000 48,5 1,53 1,13 2,37 0,036 0,005 1,73 3,63 0,0055 0,0076
Хаара-Мурин 1130 23,7 0,746 1,20 2,52 0,052 0,006 0,89 1,88 0,039 0,0045
Харлахта 14,8 0,44 0,014 1,57 3,30 0,05 0,03 0,022 0,046 0,0007 0,0004
Утулик 956 14,2 0,457 2,18 4,58 0,061 0,024 1,00 2,10 0,028 0,011
Безымянная 204 6,69 0,211 1,24 2,60 0,046 0,005 0,26 0,55 0,01 0,0011
Култучная 175 1,44 0,045 2,31 4,85 0,018 0,015 0,10 0,22 0,0008 0,0007
Похабиха 62,9 1,58 0,05 1,79 3,76 0,018 0,01 0,09 0,19 0,0009 0,0005
21 река - - - 234,8 234,8 6,657 3,146
336 рек - - - 328,4 328,4 11,270 4,217
* Пробы воды отобраны выше источников техногенного загрязнения.
от общего годового стока.
Другой крупной рекой по аллохтонному стоку ОВ и УВС является Верхняя Ангара, где среднегодовой сток ОВ составляет 78,9 тыс. т, УВС 1002 т, или 11% и 7,4% от общего среднегодового стока ОВ и УВС соответственно.
Баргузин, третий по величине приток Байкала, вносит в озеро 31,7 тыс. т в год ОВ и 220 т в год УВС, или 4,0% и 1,6% соответственно от общего годового стока. Остальные реки, каждая в отдельности, играют небольшую роль в притоке ОВ и УВС в оз. Байкал, но в целом их аллохтонный сток ОВ и УВС составляет 35% и 43,8% соответственно. От общего аллохтонного ОВ, поступающего в Байкал со всеми притоками, на долю УВС приходится всего 3,5%, на долю УВ - 1,2%.
Сравнение результатов исследования К.К. Вотин-цева с соавторами [6] с нашим фактическим материалом показало, что общий годовой сток аллохтонного ОВ в оз. Байкал увеличился с 292,0 до 328,4 тыс. т по Сорг. За 35 лет произошло увеличение аллохтонного стока ОВ на 11,0%. На 44,7% увеличился аллохтонный сток ОВ в р. Верхняя Ангара, на 12,5% - в р. Селенга. Увеличение аллохтонного стока ОВ можно отнести на счет техногенной деятельности человека: распашки земель, вырубки леса в бассейне оз. Байкал, особенно по долинам рек Кичера и Верхняя Ангара в связи со строительством БАМа, а также повсеместных лесных пожаров. Следует отметить, что при сравнении результатов исследования К.К. Вотинцева и данного материала наблюдалась довольно хорошая корреляция результатов, так как анализ Сорг. был выполнен
Таблица 2
Содержание ОВ, УВС и УВ в воде рек - притоков Байкала (по средним многолетним наблюдениям)
Река Сод ержание, мг/л
Сорг. УВС УВ
Кичера 3,78 0,064 0,030
Томпуда 1,13 0,005 0,001
Сосновка 0,99 0,010 0,005
Мантуриха 1,01 0,034 0,015
Мишиха 0,86 0,034 0,006
Переемная 0,86 0,064 0,012
Паньковка 1,31 0,016 0,002
Большая Осиновка 0,77 0,038 0,011
Солзан 1,06 0,029 0,005
Бабха 1,10 0,019 0,001
Сарма 0,74 0,010 0,005
Зогдук 0,85 0,005 0,005
Кабанья 0,98 0,010 0,005
Иринда 1,00 0,005 0,001
Шегнанда 1,15 0,005 0,001
Общий среднегодовой приток ОВ и Сорг. с реками - притоками Байкала, составляет 689,6 и 328,4 тыс. т соответственно, УВС и УВ - 11,270 и 4,217 тыс. т соответственно.
Основная доля среднегодового стока ОВ и УВС приходится на р. Селенга - 345 тыс. и 5,1 тыс. т соответственно или 50% ОВ и 37,7% УВС от общего среднегодового стока, УВ составляют 2,4 тыс. т или 50,8%
одним и тем же методом.
Количество стока ОВ в оз. Байкал определяется сезонной изменчивостью. Максимальный сток воды в бассейне оз. Байкал отмечается в теплый период весенне-летнего паводка (конец мая - июнь). В этот же период наблюдаются и наибольшие концентрации ОВ в речных водах за счет смыва наиболее подвижных форм ОВ, в первую очередь гуминовых и фульвокис-лот, с поверхности почв. Концентрации ОВ возрастают в 2-5 раз по сравнению с меженью. В периоды межени, когда основным источником питания рек становятся грунтовые воды, содержание ОВ заметно снижается, особенно низкие его величины отмечаются в периоды зимней межени. Следует отметить, что в период паводка наблюдаются высокие концентрации взвешенного Сорг., а в межень растворенного Сорг.
Наибольшее содержание УВС и УВ в водах, поступающих в озеро с притоками, приходится, наоборот, на зимний период, который характеризуется минимальным расходом воды. Годовой максимум УВС и УВ приурочен к февралю, что может быть, связано с низкими темпами деструкции УВС в условиях низкой температуры воды.
Влияние речных вод значительно сказывается на геохимических барьерах река - озеро, особенно крупных, таких как Верхняя Ангара, Баргузин, Кичера, Селенга.
При смешении вод крупных притоков Байкала с озерными водами, на геохимическом барьере в системе река - озеро происходят разнообразные гидродинамические, физико-химические и биологические процессы. Эти процессы выражаются в замедлении течения речных вод, осаждении крупных фракций взвешенного материала, флоккуляции (высаждения) ОВ. Геохимические барьеры в системе река - озеро являются комплексными барьерами, и выступают, как термодинамический (температура речных вод выше озерной), гидродинамический (энергия речной струи, ветровые течения и т.п.), окислительный. На геохимическом барьере в системе река - озеро задерживается основная часть ОВ. Применяя формулу А.П. Лиси-цина с соавторами [7], рассчитывали процент потерь ОВ и УВС на геохимическом барьере река - озеро:
grad C 100/Со, где д^ C - градиент концентрации элемента в устьевой зоне; ^ - исходная концентрация элемента в речной воде.
Процент потерь для индивидуальной реки на геохимическом барьере в системе река - озеро различен, так как различна концентрация ОВ и УВС, условия реки и устьевой зоны. Как показали расчеты по этой формуле, потери ОВ составили: для р. Селенга -31,2%, для р. Кичера - 50%, для р. Верхняя Ангара -42%, для р. Тыя - 66%; потери УВС составили: для р. Селенги - 69,0%, р. Верхняя Ангара - 57,0% (табл. 3).
На таких барьерах наблюдается цикличный характер распределения ОВ в течение сезонов, определяемый фазами гидрологического режима этих рек. Изучение водной толщи Селенгинского мелководья в паводок и в межень показало сезонные изменения концентраций ОВ и УВС. Так, концентрации ОВ и УВС в
пробах воды, отобранных в паводок, выше, чем отобранных в межень. Следует отметить, что концентрации ОВ и УВС всегда выше в юго-западной части дельты, включая протоку Усть-Харауз.
Таблица 3
Потери УВС на геохимическом барьере река - озеро
Река Со в речной воде, мг/л СгаС C в устье, мг/л Потери УВС, %
Селенга 0,256 0,176 69
Верхняя Ангара 0,280 0,160 57
Кичера 0,100 0,050 50
Тыя 0,150 0,050 33
Турка 0,170 0,080 47
Баргузин 0,240 0,090 37
Переемная 0,100 0,030 33
Мысовая 0,150 0,050 33
Большая Речка 0,120 0,020 17
Снежная 0,130 0,080 38
Хара-Мурин 0,120 0,060 50
Доказательством аллохтонного поступления ОВ с речным стоком является его молекулярный состав. В наземных экосистемах УВС образуются также в результате биосинтеза высших растений и животных, но в отличие от углеводородов, синтезированных морскими организмами, они имеют иную составляющую -более высокомолекулярные компоненты.
Листья, хвоя, пыльца, плоды наземных растений покрыты восковым налетом. Воски представляют собой эфиры насыщенных высших жирных кислот и насыщенных спиртов с неразветвленным углеродным скелетом (С24-С36). Воски содержат свободные жирные кислоты, спирты, углеводороды (С25-С37) и высокомолекулярные кетоны. Древесина хвойных пород содержит около 5% терпенов, терпеноидов и смоляных кислот, обладающих характерным углеродным скелетом [8]. Подавляющая масса н-алканов высших наземных растений сосредоточена в восковом покрове листьев, плодов, стволов. У некоторых растений углеводороды составляют главную часть восков. В восках обнаружены н-алканы от С17 до С60, обычно же это алканы ряда С17 -С35 со значительным преобладанием гомологов С27-С31. Индивидуальные н-алканы характерны для пыльцы ржи - это пентакозан С25 и гептакозан С27, мононасыщенные углеводороды, н-алканы С25 и С31. Из пыльцы кукурузы выделены н-алканы С25, С27 и С29, из пыльцы ореха - трикозан С23, из ольхи - С27 и С2Э. Среди н-алканов сфагнового мха преобладает С31. Для подавляющего большинства изученных высших растений характерно преобладание нечетных гомологов в составе н-алканов. Нечетные н-алканы в высших растениях значительно преобладают в интервале С23-С36, а в н-алканах, выделенных из водорослей, преобладают либо С15, либо С17, реже С19.
Хроматограмма н-алканов из водной толщи р. Селенги
Аллохтонное ОВ поступает в Байкал в растворенном и взвешенном состоянии с водами рек - притоков Байкала, и с береговых склонов. В поверхностном слое (0-5 см) донных осадков ОВ аллохтонного генезиса ряд н-алканов представлен гомологами от С18 до С37. Распределение н-алканов в донных осадках аллохтонного генезиса является стабильным, как правило, выражена слабее низкомолекулярная область спектра С18-С22, наиболее интенсивна высокомолекулярная С25-С37, с максимумами С31 и С33, преобладают нечетные н-алканы. Индекс Ср(индекс преобладания нечетных алканов над четными) колеблется от 1,7
до 3,80. Высокий индекс нчт/чт отчетливо выражает влияние суши в донных осадках.Изучение ОВ, выносимого речным стоком в оз. Байкал, позволило провести количественную оценку, показать его неоднородность в паводковые и меженные периоды. Отмечено увеличение общего годового стока ОВ на 11%. Увеличение стока ОВ в таких крупных реках - притоках Байкала, как Верхняя Ангара (на 44,7%) и Селенга (на 12%), связано с техногенной деятельностью в их бассейне. Полученные данные, безусловно, должны быть учтены при развитии рационального природопользования в бассейне оз. Байкал.
Библиографический список
1. Алекин О.А., Семенов А.Д., Скопинцев Б.А. Руководство по химическому анализу вод суши. Л.: Гидрпометеоиздат, 1973. 268 с.
2. Руководство по химическому анализу поверхностных вод суши / под ред. А.Д. Семенова. Л.: Гидрометеоиздат, 1977. 328 с.
3. Афонина Т.Е. Потоки углеводородных соединений в оз. Байкал, процессы их накопления и преобразования в донных осадках: автореф. дис. ... д-ра географ. наук: 25.00.36. М., 2005. 36 с.
4. Методические основы оценки и регламентирование антропогенного влияния на качество поверхностных вод / под.
ред. А.В. Караушева. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. 285 с.
5. Ежегодные данные о режиме и ресурсах поверхностных вод суши. Ч. 1. Реки и каналы. Т. 1. Вып. 14. Бассейн Байкала. Обнинск: ВНИИГМИ - МЦД. С 1983 по 1995 гг.
6. Вотинцев К.К., Мещерякова А.И., Поповская Г.И. Круговорот органического вещества в оз. Байкал. Новосибирск: Наука, 1975. 189 с.
7. Лисицын А.П., Демина Л.Л., Гордеев В.В. Биокосная система речной воды и ее взаимодействие с океаном // Биогеохимия океана. М.: Наука, 1983. С. 32-60.
8. Браунинг Б.А. Химия древесины. М.: Лесная промышленность, 1967. 415 с.
УДК 614.841.224
ДИНАМИКА РИСКОВ, СВЯЗАННЫХ С ПОЖАРАМИ, В ИРКУТСКОЙ ОБЛАСТИ
Л
© В.В. Гармышев1
Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Объектом исследования являются чрезвычайные ситуации, связанные с пожарами в Иркутской области. Используя методы системного анализа, социальной и математической статистики, дана оценка социально-экономическим последствиям пожаров. В результате исследований представлена динамика основных рисков
1Гармышев Владимир Викторович, кандидат технических наук, соискатель кафедры промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности, тел.: 89646515785, e-mail: [email protected]
Garmyshev Vladimir, Candidate of technical sciences, Competitor for a scientific degree of the Department of Industrial Ecology and Life Safety, tel.: 89646515785, e-mail: [email protected]
