КАЧЕСТВО И ОХРАНА ВОД, ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
УДК 556.53:581.526.325.2(282.247.415.53)
ОСОБЕННОСТИ ГИДРОХИМИЧЕСКОГО И ГИДРОБИОЛОГИЧЕСКОГО РЕЖИМОВ ПАВЛОВСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА
© 2014 г. Р. Ф. Абдрахманов*, Ф. Б. Шкундина**, А. О. Полева*
*Институт геологии УНЦ РАН 450077 Уфа, ул. К. Маркса, д. 16/2 **Башкирский государственный университет 450007 Уфа, ул. Заки Валиди, 32 E-mail: hydro@ufaras.ru; shkundinafb@mail.ru; a_poleva@mail.ru Поступила в редакцию 27.11.2012 г.
Проанализированы результаты гидрологических, эколого-гидрохимических и гидробиологических исследований, ориентированных на охрану и рациональное использование водных ресурсов Павловского водохранилища. Приведены результаты экспериментальных исследований влияния затопленной древесины на химический состав воды и экологическая оценка состояния водохранилища на основе данных по фитопланктону.
Ключевые слова: водохранилище, антропогенное загрязнение, экологическое состояние, затопленная древесина, биогенные элементы, химический состав воды, фитопланктон, эвтрофирование.
DOI: 10.7868/S0321059614010027
Централизованное водоснабжение г. Уфы (с населением свыше 1 млн жителей) обеспечивается инфильтрационными водозаборами, расположенными в долине р. Уфы. Ресурсы и качество воды в водозаборах регулируется Павловским водохранилищем.
Павловское водохранилище — одно из самых крупных на Южном Урале, горного типа, расположено на р. Уфе в пределах Уфимского плато (рис. 1). Его протяженность — 50 км, средние ширина и глубина — 770 и 12 м и максимальные ширина и глубина 1750 и 35 м соответственно, площадь зеркала — 116 км2. Полный объем водохранилища составляет 1.4, а полезный — 0.95 км3. Площадь водосбора р. Уфы в створе водохранилища составляет 47.1 тыс. м2, что равняется 89% водосбора реки. Годовая амплитуда колебания уровня воды — 11м. Это первое водохранилище в стране, построенное (в 1959—1961 гг.) на сильно закарстованных породах [11].
В пределах Павловского водохранилища долина р. Уфы прорезает юго-западную часть Уфимского плато, сложенного известняками и доломитами нижнепермского возраста. Поверхность плато расчленена сетью глубоко врезанных (до 180—200 м) речных долин и временных водотоков. Основные реки, впадающие в водохранилище, — Ай, Юрю-
зань, Сарс, Тюй, Урюш, а также ряд более мелких притоков. По этим рекам в водоем поступают промышленные, сельскохозяйственные и бытовые стоки Челябинской, Свердловской областей и Республики Башкортостан [1, 2]. В бассейне водохранилища многие годы осуществлялся молевой сплав древесины (главным образом по р. Юрюзани) и переработка леса. В водоем поступало большое количество отходов деревообработки и затопленной древесины. Кроме того, этот водный объект — крупный рекреационный узел.
Качество воды в Павловском водохранилище постоянно контролируется ФГУ по мониторингу водных объектов бассейнов рек Белой и Урала, которым ежеквартально выпускается бюллетень о состоянии поверхностных водных объектов Республики Башкортостан. Согласно этому бюллетеню, вода в Павловском водохранилище относится к классу III — умеренно-загрязненная.
Водосборная площадь находится в зоне темно-хвойно-широколиственных лесов с елью сибирской (Picea obovata L.), липой сердцелистной (Tilia cordata Mill.) и дубом черешчатым (Quercus robur L.) на серых лесных и дерново-карбонатных почвах. В настоящее время коренные леса, в той или иной степени нарушенные, сохранились в водозащитных зонах. На остальной территории преоблада-
83
6*
Караидель ) о -п — Байки \ 1 X Г <г
>"?Магинск ^Абдуллино Караяр
Чебыково (-iv-.-.-.-
¡Красный Урюш %1 %
«з Хорошаево
\ ' * 0Седяш ' q Атамановка \ 4
Павловка
5 ДЛ
Рис. 1. Карта-схема Павловского водохранилища. Исследуемые створы: 1 — пос. Караидель, 2 — пос. Магинск, 3 — устье р. Юрюзани, 4 — с. Атамановка, 5 — Верхний бьеф.
ют вторичные березовые, осиновые и липовые насаждения. Флора смешанная, бореально-немо-ральная, обогащенная реликтовыми сибирскими видами.
Цель настоящей работы — анализ и обобщение данных многолетних исследований химического состава воды, фитопланктона, антропогенной нагрузки на водную экосистему и оценка экологического состояния Павловского водохранилища.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Мониторинговые исследования в бассейне Павловского водохранилища проводятся авторами с 1986 г. [1]. В ходе экспедиционных исследований отбирались пробы воды, донных отложений из водохранилища и рек бассейна на физико-химический, микроэлементный, гидробиологический и альгологический анализы. Аналитическое исследование выполнялось в аттестованных гидрохимических лабораториях ПГО "Башкиргеология", "Башгидромет", Республиканской СЭС, в лаборатории Аналитического центра ФГУ по мониторингу водных объектов бассейнов рек Белой и Урала.
При проведении экспериментов по выяснению влияния затопленной древесины на качество воды авторы придерживались общепринятых методик [7, 10]. Для экспериментов были взяты образцы древесины пород деревьев, непосредственно произрастающих на территории, прилегающей к водохранилищу (сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.), дуб черешчатый (Quercus robur L.), липа мелколистная (Tilia cordata Mill.), береза повислая (Betula pendula Roth.)). В естественных условиях экстракция органических и биогенных веществ из затопленных деревьев и кустарников происходит, в основном, через кору погруженной в воду древесины, поэтому спилы образцов были герметизированы полиэтиленовой пленкой, для того чтобы диффузия экстрагируемых элементов в опытах происходила только через кору, как и в естественных условиях.
В экспериментах использовались полиэтиленовые мешки объемом от 35 до 50 л в зависимости от размера образца. Соотношение объемов древесины и воды составляло 1 : 200. При этом исходили из того, что в замкнутом сосуде изменения химического состава воды под влиянием древесины должны происходить с той же скоростью, что и в водоеме, где практически отсутствует перемешивание слоев. Заполненные емкости с помощью капроновой веревки погружали в водоем на глубину ~10м (в 5—6 раз превышающую прозрачность по диску Секки), где исключена возможность продуцирования кислорода. Пробы отбирались через 2, 4, 7, 9, 11, 16, 23, 36 сут от начала эксперимента. В течение всего периода исследований по общепринятым методикам определяли
содержание О2, СО2, рН среды, NH+, N O-,
бпк5, хпк.
Материалом для оценки экологического состояния водохранилища послужили пробы фитопланктона, отобранные в 2003, 2008 и 2009 гг. в разных створах по всей акватории водохранилища (рис. 1). Методика сбора и обработки материала соответствовала общепринятым подходам при изучении водорослей [6].
Отбор проб осуществляли батометром Руттне-ра на глубине 1.0 м. Пробы объемом 0.5 л фиксировали 40%-ным раствором формальдегида и концентрировали общепринятым осадочным способом с последующим отцеживанием до 50 мл [6]. Количественные пробы просчитывали в камере Нажотта объемом 0.01 см3 с использованием светового микроскопа (МБИ-3).
При анализе систематической структуры отдел Cyanophyta (Cyanoprokaryota) рассматривался по
Таблица 1. Химический состав воды Павловского водохранилища в летнюю межень
№ пробы Место отбора Глубина, м рН Сумма ионов, г/дм3 Ингредиенты, мг/дм3, мг-экв/дм3, %-экв
НСО3- S о4 С1- Са2+ МБ2+ + К+
1 с. Муллакаево 3.0 7.75 0.41 220 83.4 7.1 71.7 19.4 9.0
3.6 1.74 0.20 3.58 1.60 0.39
64.8 31.2 3.6 64.3 28.7 7.0
2 с. Караидель 3.0 7.70 0.41 215 86.7 6.9 76.0 15.9 9.7
3.53 1.80 0.19 3.76 1.31 0.42
64.0 32.6 3.4 68.5 23.9 7.6
3 зал. р. Байки 2.0 7.80 0.37 200.8 71.3 7.0 66.3 15.8 9.0
3.29 1.49 0.2 3.31 1.30 0.39
65.8 29.8 4.0 66.2 26.0 7.8
4 зал. р. Юрюзани 3.5 7.65 0.34 203 45.6 7.4 60.1 14.5 6.9
3.32 0.95 2.1 3.0 1.19 0.3
73.8 21.1 4.7 66.8 26.5 6.7
5 с. Хорошаево 5.0 7.65 0.33 176.3 65.3 7.0 64.3 11.0 8.0
2.89 1.36 0.2 3.2 0.9 0.35
64.8 30.5 4.5 72.0 20.2 7.8
6 зал. р. Калтас 6.0 7.70 0.27 145.8 52.8 7.1 50.3 11.0 6.2
2.39 1.10 0.2 2.51 0.9 0.27
64.8 29.8 5.4 68.0 24.4 7.6
7 Створ плотины 0.5 8.25 0.25 141.0 45.1 7.1 43.9 12.1 6.0
2.31 0.94 0.2 2.19 1.0 0.16
66.9 27.3 5.8 63.5 29.0 7.5
[17, 18], отделы Еи§1епорИу;а, Dinophyta, СИгузо-рИу1а — по [5], ВаеШапорИуа — по [19], ХаПко-phyta — по [4, 12], СЫогорИуа — по [6, 15].
Биомассу фитопланктона определяли расчет-но-объемным методом. Для оценки экологического состояния водохранилища рассчитывали индекс сапробности по численности и биомассе [2]. При обработке данных использовались стандартные статистические программы для персонального компьютера.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Химический состав воды Павловского водохранилища в меженный период — однородный сульфатно-гидрокарбонатный (табл. 1).
Температура — важнейший фактор изменения скорости химических и биологических процессов в водоеме. Павловское водохранилище относится к водохранилищам с умеренной и переменной температурой воды. С повышением температуры в водохранилище наблюдается снижение содержания О2 в воде и динамические изменения ХПК (рис. 2). Концентрация растворенного О2 в поверх-
ностных условиях колеблется от 6.66 до 16.3 (средняя 11.97 ± 0.13) мг/дм3, а ХПК — от 7.62 (зимняя межень) до 69 мг/дм3 (летняя межень).
Наблюдается изменение содержания О2 с глубиной. Концентрация его в летнее время уменьшается от 10.71 (на глубине 1 м) до 5.04 мг/дм3 (18 м), а в придонной части она близка к нулю (рис. 3). Со-
ХПК, мг/дм3 30
25 20 15 10 5
Т, °С 02, мг/дм3 13.0
10.0
I II III IV V VI VIIVIII IX X XI XII
Месяцы
Рис. 2. Колебания температуры (Т), ХПК и содержания О2 в поверхностном слое Павловского водохранилища, по многолетним данным.
0
О2, мг/дм3
8 6 4 2
0
2 6 10 14 18 22 26 30 34 38
Н, м
Рис. 3. Зависимость содержания О2 от глубины в Павловском водохранилище.
ответственно происходит снижение величины ЕИ от верхней зоны водохранилища до придонной — от +279 до +7 (—65) мВ соответственно. Прозрачность воды в течение года меняется от 0.9—1.5 (весна—лето) до 3—4 м (осень). Весной прозрачн
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.