К.г.н. Ксенофонтова М.И.

ФГНУ Институт прикладной экологии Севера, Якутск, Россия

Особенности формирования искусственных водоемов

арктической зоны Якутии

(на примере водохранилищ Нюрбинского ГОКа)

Водохранилищам присуща особая система внутриводных процессов, им свойственны гидрологические, гидрофизические, гидрохимические и гидробиологические процессы не идентичны тем, что наблюдается в других водных объектах (озерах, реках, каналах), то есть у водохранилищ нет природных аналогов. Процессы трансформации вещества и энергии в водохранилищах, особенно в глубоководных, имеют иные, чем в озерах и реках масштабы, направленность, интенсивность и длительность. Это выражается в структуре и продуктивности водных экосистем (Авакян и др., 1987).

Формирование водного объекта сопровождается исключительно сложными, во многих часто непознанными, сочетаниями взаимоотношений биоты, гидрологии и гидрохимии водоема, а также взаимодействиями между составляющими биоты. Создание искусственных водоемов (водохранилищ, прудов) нарушает функционирование речных биоценозов и приводит к массовому развитию («цветению») отдельных видов микроводорослей. Процесс формирования водоема может иметь разную продолжительность и длиться интенсивно в течение десятилетий. В водохранилищах расположенных в северных широтах продолжительность стадий формирования водоема занимает больше времени, чем в других климатических зонах, классический пример Вилюйское водохранилище (Лабутина, 1985).

В районе порогов Эрбеэик, расположенных в 21 км ниже притока Ахтаранда и в 1335 км от устья Вилюя, 8 декабря 1966 было завершено строительство первой очереди Вилюйской ГЭС. Заполнение водохранилища до проектной отметки продолжалось 6 лет и завершилось в июле 1973 г. В 1969-1979 гг. в рамках комплексных работ Института Биологии СО РАН проведены гидрохимические и гидробиологические исследования Вилюйского водохранилища. На основании материалов многолетних исследований и экспериментальных работ установлены основные этапы и закономерности формирования гидрохимического режима Вилюйского водохранилища, характерного для водоемов Северо-Востока Сибири. Гидрохимический режим водохранилища формировался под влиянием многих факторов и определялся водным стоком и стоком химических веществ, поступающих в водохранилище, а также протекающими в нем процессах. Изменения гидрохимического режима и химического состава воды обуславливались, кроме того, спецификой самого водоема - наличием многолетнемерзлых почв и пород, длительным ледовым периодом (до 216 дней), низкой проточностью (коэффициент водообмена 0,5) и неподготовленностью ложа к затоплению.

В формировании гидрохимического режима водоема выделено три периода: 1969-1971, 1972-1974, 1975-1979 гг. В первый период наблюдалась значительная мозаичность в прозрачности, цветности, температурном режиме воды и неоднородность в распределении минерализации, что обуславливалось столь же значительной неоднократностью подтопляемых почв и пород. В последующие годы минерализация воды не отличалась большими изменениями, повышаясь лишь в подпорном участке р. Чона. В целом по водохранилищу она снижалась по периодам – 88, 70, 53 мг/л соответственно (Лабутина, 1985).

Аналогичная этапность была прослежена и в динамике биогенных веществ, основными источниками которых, особенно в начале, являлись затопленные почвы и растительность. Во второй и третий периоды наблюдалось снижение концентрации большинства биогенных элементов. Содержание ионов аммония уменьшилось от 0,96 до 0,38 мгN/л; нитритного азота – 0,007 до 0,005 мгN/л, общего железа – от 0,33-0,15 мг/л. В целом запасы биогенных элементов оказались вполне достаточными для нормального развития в водоеме биологической жизни.

Оценивания формирование гидрохимического режима и качества воды Вилюйского водохранилища исследователи отметили об относительно затяжном характере его стабилизации в сравнении с известными водохранилищами других климатических зон (Лабутина, 1985).

Для круглогодичного хозяйственно-питьевого и технологического водоснабжения основной промышленной площадки и вахтового поселка Нюрбинского ГОКа (далее НГОКа) созданы водохранилища с сезонным регулированием стока на руч. Уэся-Лиендокит и Буферное водохранилище, находящиеся в верховьях левого притока р. Хання, расположенного ниже устья руч. Уэся-Лиендокит ручья без названия (Безымянного).

Исследованная вода водохранилища на р. Лиендокит во всех точках наблюдения по классификации О.А. Алекина (1953) характеризуется как очень мягкая, гидрокарбонатно-кальциевая, маломинерализованная с нейтральной средой. Состав воды преимущественно гидрокарбонатно-магниево-кальциевый. Неоднозначно содержание сульфатов по точкам наблюдения, концентрация которых увеличивается по направлению к плотине. Классификация воды Буферного водохранилища по Алекину (1953) гидрокарбонатно-кальциевая, малой минерализации, нейтральная и очень мягкая.

В обоих водохранилищах показателями загрязнения природных вод являются сероводород, железо общее, ион аммония, бихроматная окисляемость (ХПК) и цветность. Обычно в водах сероводород не содержится или же присутствует в незначительных количествах в придонных слоях, главным образом в зимний период, когда затруднена аэрация и ветровое перемешивание водных масс. Иногда сероводород появляется в заметных количествах в придонных слоях водоемов и в летнее время в периоды интенсивного биохимического окисления органических веществ. Наличие сероводорода в водах служит показателем сильного загрязнения водоема органическими веществами, так как главным источником сероводорода и сульфидов в поверхностных водах являются восстановительные процессы, протекающие при бактериальном разложении и биохимическом окислении органических веществ естественного происхождения. Данные процессы свойственны начальной стадии формирования искусственных водоемов. Поступление биогенных веществ (железо общего, иона аммония) происходит в процессе взаимодействия воды с почвенным покровом, как водосборной площади, так и подтопленной части.

При анализе поступления веществ в водохранилища сразу была исключена возможность поступления общего железа и иона аммония через хозяйственно-бытовые и сельскохозяйственные стоки, поэтому единственно возможным и логичным путем поступления является контакт почва-вода, который рассматривается в двух аспектах: при подтоплении территории (преобладание в начальной стадии формирования водоема) и смыв с водосборной площади.

Высокое содержание общего железа и иона аммония способствует увеличению биохроматной окисляемости (ХПК), так как усиливаются внутриводоемные процессы. Цветность воды также обусловлена содержанием органических и неорганических веществ как природного, так и техногенного происхождения (гуминовые и фульвокислоты, трехвалентное железо и микроэлементы группы железа - марганец и др.). Это является следствием закономерных процессов начальной стадии формирования искусственного водоема и отмечено Лабутиной Т.М. на примере Вилюйского водохранилища (Лабутина, 1985).

Как показывает интегральная оценка, вода обоих водохранилищ Нюрбинского ГОКа относится к категории умеренно-загрязненных вод. И в первую очередь это является следствием нарушения организации водоохранных зон и несоответствующей подготовки ложи водохранилищ, как Буферного водохранилища, так и водохранилища на р. Лиендокит.

Таким образом, в результате исследований компонентов водных экосистем водохранилищ НГОКа как геохимическими, так и гидробиологическими методами с определенной точностью можно утверждать, что оба водохранилища проходят начальную стадию формирования, которая вероятно продлиться в течение десяти лет. Следует отметить, что ложа водохранилищ не были подготовлены к затоплению в соответствии с нормативными документами. Работы по санитарной подготовке ложа водохранилища должны были быть закончены не позднее, чем за один весенне-летний сезон до начала заполнения водохранилища. В связи с этим, до настоящего времени наблюдаются аномально высокие содержания именно биогенных элементов, превышающих нормативы ПДК_в в несколько раз.

На настоящей стадии развития большинство биогенных элементов поступают с зон подтопляемых территорий. Следовательно, развитие процессов цветения воды в пределах обоих водохранилищ на данный момент является результатом несоответствующей подготовки ложа водохранилищ, что и определило негативные особенности начальных этапов формирования искусственных водоемов.

На наш взгляд на данном этапе, необходимо провести мероприятия по организации водоохранной зоны водохранилищ. Кроме того необходимо расчистить подтопляемую территорию в соответствии с нормативными документами (растительный покров, пни и т.д.) для снижения поступления биогенных веществ.

В случае с водохранилищами НГОКа, на наш взгляд, лучше подождать в течение десяти лет и не принимать каких-либо конкретных решений. Но при этом параллельно возможно проведение экспериментальных работ в лабораторных условиях, в ходе которых можно получить данные о скорости выделения в воду биогенных и органических веществ. Так как в формировании биогенных веществ автохтонного происхождения большую роль играют первичная продукция органических веществ, органические и биогенные вещества, поступающие в воду из залитых почв и при минерализации остатков древесной, луговой, высшей водной растительности и отмершего планктона.

Если формирование солевого режима пресного водоема регулируется главным образом поступлением в него солей с речным и поверхностным стоком, а также сменой гидрологических и метеорологических условий, то формирование органических и биогенных веществ является функцией значительно большего количества факторов. К таким факторам относятся органические и биогенные вещества, содержащиеся: в водах питающих рек; в стоковых водах с болотного, почвенного и лесного покровов примыкающей к водохранилищу части бассейна; в грунтовых водах; в атмосферных осадках; в промышленных и бытовых сточных водах; в растительном покрове ложа водохранилища, заливаемого водой (древесная, луговая, высшая водная растительность); в заливаемых почвах; в планктоне и бактериях. Все перечисленные факторы в зависимости от физико-географических условий могут играть различную роль в накоплении и режиме органических и биогенных веществ создаваемых и существующих водохранилищ.

Литература:

Авякан А. Б., Салтакин В. П., Шарапов В. А. Водохранилища // Природа мира. - М., 1987.

Алекин О.А.Основы гидрохимии. - Л. Гидрометеоиздат, 1953.

Водохранилища мира. - М.: Наука, 1979.

Лабутина Т.М. Формирование и прогнозирование гидрохимического режима водохранилищ Северо-Востока СССР. - Якутск: Изд-во ЯФ СО РАН, 1985. -114 с.