ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, 2014, том 41, № 3, с. 258-268
КАЧЕСТВО И ОХРАНА ВОД, ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
УДК 551.312(282.247.151)
РЕТРОСПЕКТИВНАЯ ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИИ
ВЫГОЗЕРСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА1
© 2014 г. Н. А. Белкина
Институт водных проблем Севера КарНЦ РАН 185030 Петрозаводск, просп. А. Невского, 50 E-mail: bel110863@mail.ru Поступила в редакцию 01.11.2012 г.
Представлены многолетние наблюдения за химическим составом донных отложений Выгозерского водохранилища. Выявлены основные закономерности изменения состава, свойств осадков, современного состояния донных отложений. Показано, что изменение экологической ситуации на Вы-гозере повлияло на процессы седиментогенеза в водоеме.
Ключевые слова: донные отложения, химический состав, водохранилище, загрязнение сточными водами целлюлозно-бумажной промышленности.
DOI: 10.7868/S032105961403002X
Донные отложения (ДО) занимают особое положение в цепи круговорота вещества и энергии в водоеме, являясь одновременно накопителем и внутренним источником химических веществ. В них отражены любые изменения физико-географических и лимнологических условий в различные периоды существования озера, поэтому они могут рассматриваться в качестве индикатора его экологического состояния. Методы оценки состояния экосистемы водоема под воздействием антропогенных факторов, основанные на изучении ДО, разрабатывались многими учеными [7, 8, 10, 19, 24-26, 29, 34-37]. Изучение ДО водохранилищ — составная часть лимнологических исследований по выявлению экологических последствий создания искусственных водоемов. В монографиях [4, 9, 15, 14, 20] подробно описаны седиментационные процессы в водохранилищах, созданных во второй половине XX в. на реках России.
Выгозеро — крупное озеро на северо-западе России, оно существовало в естественном состоянии до 1931 г. В течение XX в. оно подверглось двум крупным антропогенным трансформациям: в 1933 г. оно было превращено в Выгозерское водохранилище и стало частью трассы Беломорско-Балтийского канала, в 1954 г. в связи со строительством гидроэлектростанций на р. Нижний
1 Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ
(проект РФФИ-Север №08-05-988811).
Выг водоем вошел в состав Выгозерско-Ондского водохранилища. Северный район Выгозера испытывает влияние сточных вод Сегежского целлюлозно-бумажного комбината (ЦБК), действующего с 1938 г. В соответствии с этим исследование ДО этого водоема представляется особенно актуальным.
Цель данной работы — обобщение результатов многолетних исследований химического состава ДО Выгозерского водохранилища.
ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Выгозерское водохранилище принадлежит к бассейну Белого моря. Площадь его водосбора — 16800 км2. Высота над уровнем моря — 89.3 м БС. Котловина — тектонического генезиса. На водоеме имеется 529 островов общей площадью 126 км2. В него впадают реки Сегежа, Верхний Выг, Вожма, Шоба, Викша, и др., вытекает р. Нижний Выг. Площадь зеркала Выгозерского водохранилища — 1140 км2, длина береговой линии — 658 км, объем воды в озере — 6.46 км2, средняя глубина — 6.2 м, наибольшая глубина — 22 м, период условного водообмена — 1.14 года [13].
В соответствии с морфологией озерной котловины и динамикой вод Выгозерское водохранилище делится на части: южную (озерно-речные системы, вошедшие в состав водохранилища в период затопления, — станции 210, 312), юго-во-
Северная часть
ЦБК
Центральная часть
Южная часть
р. Нижний Выг
5
Надвоицкая губа Майгуба ц 46
52
.38 Сенная губа С г^Ж^-8 ®69
г. Сегежа
220
р. Сегежа ^ 30 о. Шоста
р. Урокса
Л*
л
0 201
о. Сиговец
С 307
и
10
км
_
20
- 52
Лейгуба 38
Мозоггуба 8
ЦБК
р. Унежма Лайкоручей
р. Сегежа 30 о. Белая гора
о. Юхгуба (о. Шоста)
ВЕ ^^
р.Шигеренджа
209 оз. Боброво
213 214 1 V р. Вожма
210 У ^ ?
.ТИП г— р. Верхний Выг \ ' Е ф
312 туз?. - \
Юго-
восточная часть
Рис. 1. Карта-схема расположения станций отбора проб ДО Выгозерского водохранилища (числа на карте — номера станций).
сточную (место впадения рек Верхний Выг, Во-жма, Тянукса, оз. Боброво — станции 209, 213, 214), центральную (станции 201, 220) и северное Выгозеро, в свою очередь делящееся на районы — восточный (Сенная губа, Надвоицкий зал. — станции 5, 46, 69) и западный, испытывающий влияние сточных вод Сегежского ЦБК (станции 8, 30, 38, 52) (рис. 1). По гидрохимическим характеристикам южная и юго-восточная части водохранилища относятся к мезополигумусным слабо-щелочностным слабокислым мезотрофным водоемам (юго-восточная — к эвтрофным), остальные участки — к мезогумусным среднещелочностным слабокислым нейтральным мезотрофным водоемам [16, 27, 28].
ДО Выгозерского водохранилища изучаются в Институте водных проблем Севера (ИВПС) КарНЦ РАН с 1969 г. В 1969-1971 гг. было выполнено картирование ДО северной части водоема, исследован их механический и химический состав, стратификация осадков. В 1972-1974 гг. исследования были продолжены в других частях озера [5, 6, 23]. В 1981-1983 гг. в северном Выго-зере изучались обменные процессы на границе вода-дно [17]. В 1992-1994 и 1999 гг. в рамках программы мониторинга водных объектов Карелии проводилось исследование химического состава ДО северного Выгозера [27]. В 2007-2010 гг. были отобраны пробы ДО на 15 станциях Выгозерского водохранилища (рис. 1). Отбор проб ДО осу-
ществлялся дночерпателем Экмана и поршневой трубкой (модифицированный вариант стратометра Алексона [36]). В пробах ДО измерялись величины рН (ПНДФ14.1:3:4.121-97) и ЕЙ [33], толщина окисленного слоя оценивалась визуально. Во влажных образцах определялись: естественная влажность, пористость и удельная масса [1], потребление кислорода илом (ПК) (экспозиция в течение суток, скляночный метод, ПНДФ 14.1:2:3:4.123-97), аммонийный азот (РД 52.24383-2005), после экстракции в кислой среде — железо общее ^еобщ) (ПНДФ 14.1:2.2-95), марганец (Мп) и фосфор минеральный (Рмин) (РД 52,24,387-2006), после экстракции в ацетоне — растительные пигменты (хлорофилл (Хл) "а, Ь, с") и феопигменты (фео-фитин), после экстракции в СС14 — нефтяные углеводороды (НУ) (ПНДФ 16.1:2.2.22-98). В образцах воздушно-сухого грунта — потери при прокаливании (ППП), азот органический ^орг) (метод Кьельдаля) и фосфор общий (Робщ), органический углерод (С0рг) [1, 33].
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Последствия превращения оз. Выгозера в водохранилище очень сильно сказались на формировании ДО. При подъеме уровня произошло затопление берегов, в результате чего в водоем поступила огромная масса растительных остатков и минерального материала. По данным исследований, проведенных в 1970-х гг., наиболее часто встречающиеся грунты Выгозера — мелкоалевритовые илы бурого, коричневого или темно-зеленого цвета (преобладающая фракция — 0.05—0.01 мм, составляющая 24—46% массы сухого осадка). Они занимают центральную часть озера с глубины 9— 10 м. Небольшими участками встречаются тонко-структуированные глинистые илы коричневого цвета (сумма пелитовых фракций достигает 56%).
Прибрежную зону выстилают галечно-песча-ные отложения (пески крупно- и среднезернистых фракций, ~1—0.25 мм). На границе песка и ила залегают илисто-песчаные грунты, в которых преобладает мелкий песок с фракцией 0.25—0.05 мм (40%).
По условиям осадкообразования и стратификации ДО Выгозерское водохранилище делится на три района (рис. 1). Первый район — глубоководная центральная часть — дно старого оз. Выгозера. Максимальная мощность илового монолита — 1.15 м, в основании колонки ДО — глина (иногда песок), сверху — ил (бурый — 20—30 см, зеленый — 20—40 см, серый ~50 см). Граница между слоями
четко выражена. Второй район — участки дна, затопленные при создании водохранилища и покрытые сверху слоем жидкого коричневого ила толщиной до 30 см, в основании — торф. Третий район — мелководная прибрежная зона, где на песке залегает бурый ил с растительными остатками мощностью до 20 см [23]. Чередование разных типов отложений характерно для искусственных водоемов, это результат изменения условий осадкообразования. В отличие от водохранилищ, созданных на крупных реках (например, водохранилища Волжского каскада, где взвеси разносятся, прежде всего, постоянно действующим стоковым течением [7]), Выгозерское водохранилище имеет невысокую среднюю скорость водообмена. Поэтому седиментационный режим этого водоема в основном соответствует озерному типу.
Необходимо отметить, что наибольшее количество взвешенного материала поступает с водосбора в северную часть Выгозера с водами р. Сеге-жи, сток которой составляет 50% общего стока в водохранилище. Воды этой реки играют основную роль в разбавлении сточных вод ЦБК и в формировании в этом районе транзитного стокового течения в северо-западном направлении. Уникальное сочетание в северном Выгозере гидрологических и морфометрических свойств, максимальной естественной нагрузки (~20 г взвешенных веществ/(м2 год)) и неравномерной антропогенной нагрузки (10—110 г/(м2/год)) [30] — причина отличия этого района по седиментационному режиму от основной акватории водоема, что отражается на химическом составе ДО.
Выгозерское водохранилище относится к водоемам с повышенным содержанием органического вещества (ОВ) в ДО. Его источники: остатки животных и растительных организмов, населяющих водоем, продукты размыва торфянистых сплавин, продукты переработки почвенного слоя и наземной растительности, затопленной при заполнении водоема, ОВ речных наносов, а также сточные воды ЦБК. Учитывая тип загрязнения и историю водоема, можно предположить, что основные отличия и изменения в ДО Выгозерского водохранилища связаны с процессами трансформации и накопления ОВ, особенно в его северной части, где ДО в основном представлены илами (65% площади дна).
До начала работы станции биологической очистки (СБО) в 1976 г. все сточные воды ЦБК поступали в Лайкоручей (вынос взвешенных веществ ~25000 т/год [31, 32]). ДО, загрязненные отходами ЦБК, накапливались в районе устья р. Сегежи и занимали 6 км2 площади дна реки.
После введения СБО характер осадконакопле-ния в северном Выгозере изменился. Основной сток был выв
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.