ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2008, № 4, с. 301-310
ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ПРИРОДНЫХ И ПРИРОДНО-ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
УДК 551.464:574.2+574.4(268.4+268.5)
ОСОБЕННОСТИ ГИДРОФИЗИЧЕСКОГО САМООЧИЩЕНИЯ РОССИЙСКОЙ ПРИБРЕЖНОЙ ЗОНЫ ЧЕРНОГО МОРЯ
БЛИЗ УСТЬЕВ РЕК
© 2008 г. Н. А. Айбулатов, П. О. Завьялов, В. В. Пелевин
Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН Поступила в редакцию 27.06.2007 г.
В статье рассматриваются особенности гидрофизического самоочищения российского шельфа Черного моря близ устьев рек. Проведены синхронные зондирования термохалинной структуры моря, измерения скорости течений акустическим доплеровским зондом и измерения ультрафиолетовым флуоресцентным лидаром УФЛ-8 относительных концентраций растворенной органики, хлорофилла и взвеси. Данный комплекс измерений позволил оценить уровень гидрофизического самоочищения вод шельфа без отбора и проведения многочисленных трудоемких анализов проб воды. Установлено, что струйные течения малых рек, впадающих в Черное море в пределах России, в меженный период влияют на гидрофизическое самоочищение до глубины 20-30 м, в паводковый - могут влиять до бровки шельфа. Сделано предположение, что на Черноморском шельфе России поперечная компонента скорости, направленная в сторону континентального склона, обязана струйным течениям рек в период сильных паводков. Транзитивность тонкого осадочного материала и загрязняющих веществ на шельфе может возникать напротив устьев рек.
ВВЕДЕНИЕ
С южных склонов Северо-Западного Кавказа в Черное море стекает множество рек различной величины. В пределах России это короткие реки длиной менее 100 км и площадью водосбора не более 1000 км2 [20]. У большинства рек эта площадь менее 500 км2; таких рек в Черноморской прибрежной зоне России около 50. Наиболее значимые из них - Пшада, Вулан, Туапсе и Сочи. Для них характерен среднемноголетний расход в пределах 10-15 м3/с. Особняком стоят более крупные Шахе (37 м3/с) и Мзымта (49 м3/с). Почти все реки обеспечиваются атмосферным питанием, которое поступает прямо или через подземный сток. Лишь самая крупная река региона Мзымта получает дополнительное питание от трех небольших ледников.
Особенности твердого стока рек региона во многом обусловлены выветриванием горных пород формации мела - палеогена [6]. В прибрежной волновой зоне отлагается галечник, на шельфе - илистый материал. Объемы твердого стока рек определялись Т.Н. Хмаладзе [20], Н.И. Коче-товым [10] и Ш. Джаошвили [7]. Разница в их цифрах связана с разными методами опробыва-ния твердого стока. Однако можно смело констатировать, что крупные реки региона, число которых в 2 раза меньше, чем мелких, поставляют на шельф, по крайней мере, в 4 раза больше взвешенных и в 3 раза - влекомых наносов. Все крупные реки сосредоточены в юго-восточной части
кавказского побережья России. В этом же направлении растет и их взвесенесущая способность. Это хорошо подтверждает роль климата в формировании речного стока в море.
По условиям протекания российские реки Черного моря могут быть отнесены к горным с числами Фруда более 1.0; по видам питания они относятся к дождевым, по водному режиму - к па-водочным, по степени устойчивости русла - к неустойчивым.
Около 80% стока большинства российских рек кавказского побережья приходится на зимне-весенний период. Общий среднемноголетний объем стока в Черное море с территории России составляет около 7 км3/год [7]. Вместе со стоком в море выносятся и загрязняющие вещества (ЗВ), которые находятся в форме взвеси и в растворенном виде. Их происхождение в речной воде этого региона связано, в частности, с дачным строительством по долинам рек и возрастающим использованием этих районов в рекреационных и сельскохозяйственных целях. Некоторые из малых рек, например Туапсе, подвержены и промышленным антропогенным воздействиям от находящейся в приустьевых областях портовой инфраструктуры.
Естественный гидрологический и гидрохимический режим Черноморской прибрежной зоны в настоящее время в значительной степени нарушен в результате хозяйственной деятельности на водосборе. В долинах рек нарушены правила и
нормы застройки территорий, ведется интенсивное строительство капитальных дачных сооружений в поймах рек, причем кроме опасности затопления это вызывает проблемы с утилизацией свалок строительного мусора и отсутствием очистных сооружений [2, 19]. Распространено строительство автозаправочных станций в устьях рек. Часто водозаборы находятся в непосредственной близости от АЗС. Во многих горных и предгорных населенных пунктах централизиро-ванные системы канализации с очистными сооружениями отсутствуют. Жидкие отходы собираются в септики, хлорируются и сбрасываются в реки и далее в море. Качество сточных вод превышает нормы ПДК на многих базах отдыха и пансионатах. Часто происходит затопление очистных сооружений в результате ливневых дождей и сброс неочищенных сточных вод в реки. Основные загрязняющие вещества - нефтяные продукты, тяжелые металлы, пестициды, бактериальное загрязнение.
Шельф в регионе имеет ширину 6-7 км, верхний (до 3 м) слой сложен алеврито-пелитовыми осадками с включениями ракушечного материала. Около берега развит грядовой бенч, берег сложен галечным материалом. Глубина шельфа в районе его бровки составляет около 60-70 м.
Исследование механизмов естественного самоочищения шельфовых вод от загрязнения, в том числе и под воздействием речных струй, относится к актуальным фундаментальным и прикладным проблемам океанологии.
Термин "самоочищение" в литературе трактуется неоднозначно. Одни [4, 5] под самоочищением морской среды от загрязнений понимают совокупность всех природных процессов, обусловливающих распад, превращение, трансформацию и утилизацию загрязняющих веществ, приводящих к восстановлению первоначальных свойств и состава морской среды, либо до состояния, свойственного незагрязненному водоему до некоторого регламентированного уровня. Другие согласно ГОСТ-27065-86 под самоочищением вод понимают совокупность природных процессов, направленных на восстановление благополучия водного объекта. Последнее определение, на наш взгляд, не конкретно, размыто.
Самоочищение шельфовой зоны моря, и в частности, Черного, происходит не только под влиянием разбавления, но и в результате циркуляции течений, волнения, каскадинга, биохимического окисления органических веществ сточных вод. Поступающие по рекам загрязняющие вещества в устьевых частях рек могут попадать в так называемый маргинальный фильтр [11]. К этому можно добавить и влияние сорбционной способности грунтов шельфа.
В данной статье мы рассмотрим особенности гидрофизического самоочищения прибрежной зоны российской части Черного моря под влиянием стоков рек. Влияние материковых стоков на прибрежные воды не сводится только к эффектам, связанным с непосредственной "алгебраической" реакцией термохалинных полей на перемешивание речных вод. Еще более существенно то, что освоение этих вод приводит к перестройке вертикальной плотностной стратификации и, как следствие, процессов турбулентного обмена в целом. В результате локальное опреснение верхнего слоя моря речным стоком часто влечет за собой значительные изменения баланса тепла, завихренности в большом пространственном масштабе. Через речные факелы (плюмажи) и связанные с ними мезомасштабные циркуляционные структуры может осуществляться один из механизмов кросс-шельфового переноса.
Параллельно с этой задачей мы изучали возможность транзита осадочного материала на участке "континент - шельф - материковый склон" под воздействием речных струй, что вносит значимый вклад в осадкообразование на шельфе и материковом склоне [1]. Кроме того, решение этого вопроса имеет и чисто прикладное значение.
Летом 2006 г. для решения этих задач были предприняты специализированные экспедиционные исследования в приустьевых областях рек Мезыбь, Пшада, Вулан и Ашамба. Проведенные измерения можно рассматривать как "пилотные" и имеющие целью не только получение данных, но также и отработку методик для реализации в дальнейшем подобных наблюдений с более широким временным и пространственным охватом рек российского Черноморского побережья.
ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ МЕТОДЫ
Натурные исследования проводились с борта катера "Ашамба" в период с 1 по 9 июня 2006 г. Зондирования термохалинной структуры, измерения скорости течений акустическим доплеров-ским зондом и измерения ультрафиолетовым флуоресцентным лидаром УФЛ-8 выполнялись на трех полигонах в приустьевых районах рек Пшада, Вулан и Мезыбь. Кроме того, с помощью лидара была обследована приустьевая зона реки Ашамба (Голубая бухта), в период значительного ливневого паводка. Перед началом измерений на каждом из полигонов проводилась рекогносцировка реки вблизи устья с целью определения характера стока. Расположение станций на взморье выбиралось сообразно вероятным размерам речного плюмажа таким образом, чтобы, по возможности, охватить как зону опреснения, так и "невозмущенную" область.
Задачей лидарного зондирования являлось исследование мелкомасштабной пространственной изменчивости концентрации растворенных органических веществ, хлорофилла и взвеси на выбранных полигонах вблизи устьев рек и связи этих характеристик с гидрологическими параметрами. В отличие от зондирований термохалинной структуры и измерений скорости течений, лидар-ные измерения выполнялись не только на станциях, но и на ходу судна.
Ультрафиолетовый флуоресцентный лидар УФЛ-8
Ультрафиолетовый флуоресцентный судовой автоматический лидар УФЛ-8 разработан в лаборатории исследования океана аэрокосмическими средствами Института океанологии РАН под руководством проф. В.Н. Пелевина. Эффективность прибора доказана при исследованиях вод Атлантики, Черного и Балтийского морей в ряде экспедиций на научно-исследовательских судах Института океанологии РАН [22, 24].
Лидар УФЛ-8 предназначен для экспрессных определений концентрации в морской воде растворенных и взвешенных органических веществ, хлорофилла фитопланктона, оценки общей концентрации взвешенного вещества, а также для обнаружения на морской поверхности и в
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.