УДК 556.531.4(282.256.342.5)
Химический сток р. Селенга в условиях малой водности
Л. М. Сороковикова*, В. Н. Синюкович*, И. В. Томберг*
Рассматриваются изменения химического стока основного притока оз. Байкал —р. Селенга, отмеченные с середины 1990-х годов, и факторы, их определяющие. Полученные оценки указывают на уменьшение годовых значений выноса растворенных веществ на 20—40% из-за уменьшения водного стока реки, вызванного происходящими колебаниями климата. Уменьшение прихода в оз. Байкал минеральных веществ, в особенности кремния, азота и фосфора, может привести к нарушению продукционных процессов в оз. Байкал.
Введение
Водосборная площадь Селенги — главного притока оз. Байкал — составляет 447 тыс. км2 (82% площади бассейна озера), большая часть которой (299 тыс. км2) расположена на территории Монголии. Длина реки составляет 1024 км, в том числе 409 км в пределах России. Селенга поставляет около 50% водного и более половины химического стока в оз. Байкал, в значительной степени определяя условия функционирования его экосистемы. Существенные изменения выноса рекой растворенных и взвешенных веществ оказывают дестабилизирующее влияние на процессы круговорота вещества и энергии в озере и требуют детального изучения.
Цель работы состоит в оценке химического стока р. Селенга в условиях малой водности, наблюдавшейся в течение 10 лет на рубеже XX и XXI столетий, и анализе причин их изменения.
Материалы и методы
Анализируются результаты комплексных исследований, выполненных Лимнологическим институтом СО РАН в 1996—2005 гг. в нижнем течении р. Селенга. Химический сток принят по данным о стоке главных ионов и биогенных элементов. Пробы воды отбирались при разных условиях водности с поверхности на русловом (верхнем придельтовом) участке р. Селенга у с. Кабанск, в основных протоках дельты и на Селенгинском мелководье оз. Байкал.
Химический анализ выполнен общепринятыми в гидрохимии пресных вод методами [10] с учетом современных разработок [2]. Определение ка-
* Лимнологический институт Сибирского отделения Российской академии наук; e-mail: info@lin.irk.ru.
тионов выполнено атомно-абсорбционным и пламенно-эмиссионным методами (относительная погрешность 2—3%). Анионы определяли методом высокоэффективной жидкостной хроматографии с относительной погрешностью 5—10%. Определение биогенных элементов производилось колориметрическим методом: фосфатов с относительной погрешностью 1,5%, аммонийного азота — 4—5%, нитритного азота — 3—5%, нитратного азота — 4%. Перед анализом пробы воды фильтровали от взвешенного вещества через мембранные фильтры с диаметром пор 0,45 мкм.
Сток воды оценивался по данным гидрологических постов у с. Кабанск (43 км от устья) и разъезда Мостовой (127 км от устья).
Общие сведения о формировании химического стока р. Селенга
Формирование химического стока Селенги на всей территории бассейна, включая Монголию, происходит в схожих геологических и климатических условиях, что определяет близкий состав вод по длине реки. На российской части бассейна основные притоки р. Селенга в основном менее минерализованы, поэтому от границы с Монголией (п. Наушки) к устью минерализация воды в реке несколько уменьшается. В соответствии с сезонными изменениями водности сумма ионов в нижнем течении реки изменяется в пределах 120—289 мг/л с максимумом в зимнюю межень и минимумом — в половодье и паводки (табл. 1).
Влияние антропогенных факторов на химический состав селенгинской воды заметно проявлялось в районе Улан-Удэнского промышленного комплекса [12], однако после 1991 г. оно значительно уменьшилось как вследствие реализации природоохранных мероприятий, так и нестабильности экономики региона.
Впервые химический, или ионный, сток р. Селенга был рассчитан в середине XX в. и по разным данным составлял от 3,44 [6] до 3,93 млн. т/год [4]. Достоверность приведенных оценок не вызывала сомнений, несмотря на некоторые различия между ними, так как они были получены для разных периодов, различающихся на 10% по величине водного стока. Указанные работы содержали близкие результаты по химическому составу воды, сезонной и межгодовой изменчивости главных ионов, основным закономерностям формирования химического стока и характеризовали естественный региональный химический состав воды, который может служить фоном при оценках его многолетних изменений.
Таблица 1
Концентрация (мг/л) главных ионов в воде р. Селенга (с. Мурзино) при разной водности
Условия водности Ингредиент
нсо3 С1- во4 К+ Са2+ Мв2+
Паводок 1993 г. 114,7 1,6 7,7 5,8 2,2 29,0 6,0
Средний сток 92,1—112,5 0,9—1,5 5,8—13,2 3,9—8,1 1,1—1,7 15,3—24,9 3,9—6,7
летнего периода
Летняя межень 2003 г. 116,0 1,8 11,9 7,1 1,7 28,7 6,2
Пocлeдyющиe oцeнки cpeднeгo иoннoгo cto^ p. Ceлeнгa были бoлee кoнтpacтными [1], нo для ниx нaибoльшee oтнocитeльнoe yвeличeниe былo xapaктepнo для CTwa иoнoв aнтpoпoгeннoгo пpoиcxoждeния — cyльфaтoв, xлopидoв, минepaльнoгo aзoтa. Ta^ из paбoт [1, 5] cлeдoвaлo, чтo вынoc Ceлeнгoй cyльфaтoв в пepиoд 1973—1983 гг. yвeличилcя в 2—2,5 paзa в cpaвнeнии c фoнoвыми знaчeниями. Oднaкo изyчeниe coдepжaния SO4~ в ceлeнгинcкиx вoдax пo в^й длинe peки нa poccийcкoй тeppитopии зa 1971—1998 гг. [12] ^ пoдтвepдилo cтoль знaчитeльнoгo eгo yвeличeния, xoтя фaкт зaмeтнoгo yвeличeния xимичecкoгo cтoкa в peзyльтaтe aнтpoпo-гeннoгo влияния был yœe oчeвидным: в ycлoвияx cpeднeй вoднocти вынoc иoнoв Ceлeнгoй cocтaвлял oкoлo 4,1 млн. т/год.
Meжгoдoвыe и внyтpигoдoвыe измeнeния кoнцeнтpaции глaвныx иoнoв и минepaлизaции вoды в Ceлeнгe в ocнoвнoм oпpeдeляютcя кoлeбaниями ee вoднoгo cтoкa [12, 16]. Bынoc иoнoв пpи пoвышeнии pacxoдoв вoды p. Ceлeнгa (кaк и бoльшинcтвa дpyгиx peк peгиoнa), нecмoтpя нa yмeнь-шeниe кoнцeнтpaции глaвныx иoнoв, yвeличивaeтcя вcлeдcтвиe бoлee знa-чимoгo yвeличeния вoднoгo cтoкa. Cвязь вoднoгo и иoннoгo cтoкoв дocтa-тoчнo выcoкa и aппpoкcимиpyeтcя cтeпeннoй функцтей:
0и = 0,3473 Q^8667, R2 = 0,98,
^e Qи— pacxoд иoнoв, кг/с; Q8 — pacxoд вoды, м/с.
Cлeдyeт oтмeтить, чтo в oтдeльныe пaвoдки минepaлизaция вoды и co-дepжaниe ингpeдиeнтoв в ceлeнгинcкoй вoдe нe yмeньшaютcя, a нaoбopoт, yвeличивaютcя в зaвиcимocти oт мecтa фopмиpoвaния пaвoдкa и eгo вы^-ты, oпpeдeляющeй cтeпeнь зaтoплeния пoймы [13]. Пoдoбнaя cитyaция o^ мeчaлacь в пaвoдoк 1993 г., ra^a pacxoд вoды Ceлeнги y paзъeздa Mocto-вoй дocтигaл 6400 м/с пpи иcтopичecкoм мaкcимyмe в 1973 г. — 7090 м/с. В зaвиcимocти oт ycлoвий фopмиpoвaния пaвoдкa измeняeтcя гидpo-xимичecкaя cитyaция нa peкe. Пaвoдoк 1973 г. был вызвaн нeoбычaйнo вы-coким pacxoдoм вoды p. Чикoй, пpи пoвышeнии вoднocти нaблюдaлocь yмeньшeниe кoнцeнтpaции глaвныx иoнoв, т. e. yвeличeния кoнцeнтpaции иoнoв нa пикe вoднocти ^ oтмeчaлocь. В 1993 г. ocнoвнaя пaвoдoчнaя вoл-нa cфopмиpoвaлacь нa мoнгoльcкoй чacти бacceйнa. Kpoмe того, в 1993 г. пaвoдoк был бoлee пpoдoлжитeльным, c длитeльным зaтoплeниeм пoймы, co знaчитeльным пocтyплeниeм гpyнтoвыx вoд в pycлo peки нa cпaдe и дaжe пикe вoднocти. В peзyльтaтe oднoвpeмeннoe yвeличeниe вoднocти и кoнцeнтpaции xимичecкиx кoмпoнeнтoв ^бл. 1) пpивeлo к экcтpeмaльнo бoльшoмy вынocy иoнoв в Бaйкaл. В aвгycтe 1993 г. oн cocтaвил 1,23 млн. т, чтo в двa paзa пpeвышaлo eгo cpeднeмнoгoлeтниe знaчeния (0,6—0,7 млн. т) зa этoт мecяц, a oбщий cтoк иoнoв зa этот год дocтиг 5,1 млн. т.
Peзyльтaты и обcyждeииe
Пocлeдниe годы XX и нaчaлo XXI вв. xapaктepизoвaлиcь мaлoй вoднo-cтью Ceлeнги (pиc. 1) [16]. Пpичины этиx явлeний, cкopee вceгo, имeют oбщий xapaктep и cвязaны c измeнeниями климaтa в peгиoнe. Извecтнo, что пoлoжитeльный тpeнд cpeднeгoдoвoй тeмпepaтypы в Eвpoпe в XX cto-лeтии в ocнoвнoм oбecпeчивaлcя вcлeдcтвиe пoвышeния ee зимoй [8]. Ha
Байкале же потепление регистрировалось во все сезоны, но наиболее значительное повышение температуры было отмечено в зимний и весенний периоды — соответственно на 2 и 1,4°С за 100 лет [18]. Вместе с повышением температуры воздуха в бассейне Байкала в течение XX в. отмечалось увеличение стока рек, тогда как в более ранних работах [18] отмечалось, что повышение температуры воздуха, как правило, сопровождалось усилением континентальности климата.
Со второй половины 1990-х годов в байкальском регионе наметился переход к понижению годовой температуры воздуха, обусловленный ее внут-ривековой цикличностью, однако вскоре она вновь повысилась до прежних значений, но ее повышение прекратилось. Именно с середины 1990-х годов происходит уменьшение увлажненности в бассейне р. Селенга (рис. 1). Долговременные тенденции многолетних изменений атмосферных осадков в наиболее увлажненных верхне- и нижнеселенгинском районах в конце XX в. характеризуются отрицательными трендами с коэффициентами до -2,5 мм/год [3], что свидетельствует о возможности уменьшения среднего количества осадков на 50 мм всего за 20 лет. Практически такая разность (49 мм) характерна для средних значений осадков в Кабанске за первую и вторую половины ряда наблюдений на этой станции (1899—2005 гг.) при средней интенсивности их уменьшения за весь период около 0,7 мм/год (рис. 1а).
Как и осадкам, колебаниям стока Селенги присуща тенденция незначительного снижения (рис. 16), в среднем составляющая около 1,4 м3/с в год и во многом обусловленная малым стоком именно в период 1996—2005 гг., в течение которого водность реки была меньше нормы, за исключением 1998 г. В среднем за этот период сток был меньше среднемноголетних значений на 200 м3/с.
мм
600
400
200
1900 1920 1940 1960 1980 2000
мъ/с
б)
1000
1400
600
1940
1960
1980
2000
Рис. 1. Многолетние колебания годовых сумм атмосферных осадков в с. Кабанск (а) и среднегодового стока р. Селенга у разъезда Мостовой (6).
Рис. 2. Динамика компонентов ионного стока р. Селенга в исследуемый период, нормированных по среднемноголетним значениям.
1 — сумма ионов; 2 — кремний; 3 — минеральный фосфор; 4 — минеральный азот.
Характер связи химического и водного стока Селенги предполагает, что произошедшее уменьшение количества осадков в бассейне реки и ее расхода воды должно было сопровождаться, с одной стороны, увеличением кон
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.