= ФИЗИКА МОРЯ
УДК 551.465
ГИДРОФИЗИЧЕСКИЕ И ГИДРОХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МОРСКИХ АКВАТОРИЙ У УСТЬЕВ МАЛЫХ РЕК РОССИЙСКОГО
ПОБЕРЕЖЬЯ ЧЕРНОГО МОРЯ
© 2014 г. П. О. Завьялов1, П. Н. Маккавеев1, Б. В. Коновалов1, А. А. Осадчиев1, П. В. Хлебопашев1, В. В. Пелевин1, А. Б. Грабовский1, А. С. Ижицкий1, И. В. Гончаренко1,
Д. М. Соловьев2, А. А. Полухин1
Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Москва, Россия e-mail: peter@ocean.ru 2Морской гидрофизический институт НАН Украины, Севастополь, Украина Поступила в редакцию 27.06.2013 г., после доработки 18.01.2014 г.
В статье представлены данные многолетних контактных и спутниковых наблюдений в шельфовых акваториях, примыкающих к устьям малых рек российского побережья Черного моря (Мезыб, Пшада, Вулан, Туапсе, Битха, Сочи, Кудепста, Мзымта). Для каждого из этих районов приведены количественные характеристики отклика гидрофизических и гидрохимических полей на шельфе на воздействие материкового речного стока. В контексте антропогенных и терригенных воздействий рассматриваются некоторые показатели качества вод, такие как концентрации нитратного и нит-ритного форм азота, фосфора, кремния, растворенного кислорода, величины общей щелочности и pH, а также минеральной и органической взвеси и хлорофилла "а". Особое внимание в статье уделено плюму р. Мзымта в акватории г. Сочи, где измерения выполнялись неоднократно в условиях весенних паводков в период с 2007 по 2012 гг. Рассмотрена межгодовая изменчивость показателей качества вод, а также сезонная и короткопериодная изменчивость площади и конфигурации плюма, несущего взвесь и продукты антропогенного загрязнения.
Б01: 10.7868/80030157414030150
1. ВВЕДЕНИЕ
С материковым речным стоком связаны значительные потоки пресной воды, плавучести, тепла и импульса в океан. В целом по Мировому океану суммарный среднемноголетний объем стока рек оценивается в 39000 км3 в год [12], что эквивалентно примерно 12 Св и составляет около четверти приходной части водного баланса океана (остальные три четверти обеспечивают атмосферные осадки на его зеркало). Однако, для отдельных шельфовых районов океана, а также внутренних и окраинных морей относительная роль материкового стока может быть на порядок выше, чем для всего океана. Так, например, для Черного моря годовой речной сток (338 км3 в год) превышает атмосферные осадки (238 км3 в год) и приближается к величине испарения (396 км3 в год) [2]. Опресненные воды материкового происхождения во многих случаях формируют стратификацию приповерхностного слоя на обширных акваториях.
Материковый сток является также основным источником поступления в море взвешенных и растворенных терригенных веществ, биогенных элементов, а также продуктов антропогенного загрязне-
ния. Так, по официальным данным [7] в моря России с речным стоком поступает ежегодно: аммонийного азота—200 тыс. тонн, фосфора—60 тыс. тонн, металлов (Fe, Zn, Cu) — 50 тыс. тонн, нефтепродуктов — 30 тыс. тонн, фенолов — 1 тыс. тонн.
Попадая из реки в море, материковые воды образуют там прилежащие к устью мезомасштабные структуры, выделяющиеся пониженной соленостью и температурой, отличной от окружающей, а также, как правило, повышенной мутностью, высоким содержанием взвеси и растворенной органики. Такие структуры в современной литературе принято называть "плюмами" (от английского "plume"). Пространственные масштабы плюмов могут достигать порядка десятков, а для крупных рек — и сотен километров, но при этом они во многих случаях сохраняют резко очерченную границу (шириной порядка нескольких метров и даже сантиметров) с окружающими морскими водами. Речные плюмы практически всегда приурочены к поверхности, поскольку характеризуются пониженной плотностью воды, но по вертикали они могут охватывать более или менее значительный слой в зависимости от мощности стока и интенсивности перемешивания. Из наблюдений — особенно
спутниковых — известно, что для речных плюмов характерно большое разнообразие морфологических форм и типов динамического поведения. Они обладают собственным инерционным движением, взаимодействуют с особенностями донной топографии и вихревыми образованиями на шельфе, переносятся ветром и фоновой прибрежной циркуляцией и лишь после этого, смешиваясь в конце концов с окружающими водами, доставляют в море терригенные вещества и сигнал антропогенных воздействий. Таким образом, именно в динамике плюмов лежит ключ к пониманию механизмов распространения материкового стока в океане и его взаимодействия с морскими водами. Вместе с этим, закономерности поведения плю-мов больших и малых рек в различных условиях изучены недостаточно (подробный обзор на эту тему дан в работе [15]).
Будучи внутренней, почти замкнутой морской акваторией, Черное море является особенно подверженным влиянию пресноводного материкового стока. Общее число впадающих в него больших и малых рек приближается к 1000, но лишь 10 из них относятся к категории крупных (т.е. обладающих площадью водосборного бассейна свыше 10000 км2). Среднемноголетнее значение суммарного годового объема стока в Черное море оценивается большинством авторов примерно в 350 км3, причем более 80% этого объема приходится на вышеупомянутые 10 крупных рек, в первую очередь Дунай (200 км3), Днепр (44 км3), Риони (13 км3) и Днестр (9 км3) [4]. Стокам этих рек, особенно Дуная, посвящена достаточно обширная литература. Однако на большинстве из многочисленных малых и средних рек Черного моря, суммарный вклад которых в водный баланс моря весьма значителен, систематические наблюдения за расходами не ведутся. При этом на долю малых и средних рек приходится от 40 до 120 км3 годового объема стока.
В пределах России в море впадают малые реки числом более 20, а также несколько средних: Пшада, Вулан, Туапсе, Псезуапсе, Сочи. Для каждой из этих средних рек характерен среднегодовой расход порядка 10—15 м3/с и годовой объем стока порядка 0.3—0.5 км3. Особняком стоят более крупные Шахе (37 м3/с, 1.2 км3) и Мзымта (49 м3/с, 1.6 км3), впадающие в море в восточной части российского побережья. Общий среднемноголет-ний объем стока в Черное море с территории России — около 7 км3 в год [8]. Этот объем составляет лишь около 2% от суммарного пресноводного стока в Черное море. Возможно, именно по этой причине влиянию стока малых и средних российских рек в Черное море ранее в литературе уделялось сравнительно мало внимания, хотя отдельные публикации на эту тему, конечно, имели место (например, монография [11], статья [1] и др.).
Однако этот сток, являясь относительно незначительным компонентом водного баланса для моря в целом, оказывает, тем не менее, заметное влияние на систему суша—море в региональных масштабах, биопродуктивность российского черноморского шельфа, а также на качество вод и уровень терригенного и антропогенного загрязнения в этом районе.
Вопрос загрязнения прибрежных вод материковым стоком стоит для российского сектора Черного моря достаточно остро, особенно в акваториях крупных городов, таких как Анапа, Новороссийск, Геленджик, Туапсе, Сочи [11]. В первую очередь это относится к крупнейшему курорту страны и будущей столице Олимпийских игр 2014 г., городу Сочи. Известно [3], что этот район подвержен значительному загрязнению. Ежегодно в водные объекты региона, в том числе непосредственно в море, сбрасывается около 90 млн тонн загрязненных сточных вод. Из них лишь 15% являются чистыми или нормативно-очищенными. Одним из источников загрязнения являются промышленные предприятия числом более 20, расположенные вдоль рек Мзымта и Сочи. В результате в воде рек г. Сочи концентрация нефтепродуктов превышает ПДК в 16 раз, а тяжелых металлов (Си, Бе, Zn и др.) — в 3—5 раз [3]. Вода рек в черте г. Сочи классифицируется как грязная (V класс загрязнения). Вдобавок канализационные сточные воды частично сбрасывались здесь прямо в море на глубине менее 10 м и удалении около 1 км от берега на траверсе района Хоста. Дополнительным источником загрязнения в последние годы стали строительные работы, интенсивно ведущиеся на ряде участков береговой линии в связи с предстоящей олимпиадой, и особенно — строительство новых портовых сооружений в Адлере у устья р. Мзымта (при этом производился отбор гравия и грунта непосредственно в русле реки), а также в районе центрального морского вокзала вблизи устья р. Сочи.
Всеми названными выше обстоятельствами определяется актуальность изучения процессов распространения материкового речного стока на российском черноморском шельфе. Представляют интерес количественные оценки масштабов влияния стока на гидрохимические и гидрофизические показатели состояния вод в прибрежной зоне, характеристик изменчивости этого влияния в различных временных масштабах, а также закономерности динамики речных плюмов в различных условиях атмосферного воздействия.
С целью исследования этого круга вопросов в 2006 г. в рамках ежегодных комплексных экспедиционных работ Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН (ИО РАН) на Черном море была начата программа "Малые реки Черного моря". Описанию основных результатов этой про-
Рис. 1. Схема расположения измерительных полигонов в акваториях, прилежащих к устьям рек в российском секторе Черного моря.
граммы, полученных к настоящему времени, и посвящена данная работа.
2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В данной статье использованы материалы следующих экспедиционных исследований:
1) Измерения с борта бота БРП-74 "Ашамба", выполненные на трех полигонах в приустьевых районах рек Пшада (пос. Криницы), Вулан (пос. Архипо-Осиповка) и Мезыбь (пос. Див-номорское) — 1—9 июня 2006 г.;
2) Измерения в 119-м рейсе НИС "Акванавт" на 6 полигонах в приустьевых районах рек Мзым-та (г. Сочи), Сочи (г. Сочи), Мезыбь (пос. Дивно-морское), Туапсе (г. Туапсе), Вулан (пос. Архипо-Осиповка), Пшада (пос. Криницы) — 2—5 мая 2007 е;
3) Измерения с борта БРП-74 "Ашамба" на полигоне в бухте Вулан (пос. Архипо-Осиповка) в приустьевой области р. Вулан — 7—13 ноября 2008 г.;
4) Измерения с борта БРП-74 "Ашамба" на полигоне в прибрежной зоне между устьевыми областями р. Кудепста и р. Мзымта (все — г. Сочи) — 20-27 мая
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.