УДК 556.545(282.256.342.5)
Сток ионов в дельте р. Селенга в условиях малой водности
И. В. Томберг*, Л. М. Сороковикова*, В. Н. Синюкович*, Т. В. Погодаева*
На основе натурных данных, полученных в период 2001—2003 гг., характеризуются особенности ионного состава вод р. Селенга и основных проток ее дельты. Оценено распределение стока ионов по протокам. Установлено, что в условиях низкой водности концентрации ионов в селенгинской воде увеличились на 10—15%, а вынос растворенных веществ в озеро снизился до 30% относительно средних многолетних значений из-за уменьшения стока реки.
Река Селенга — крупнейший приток Байкала, который несет в озеро до 50% водного и более половины химического стока. Площадь ее водосборного бассейна 447 тыс. км2, что составляет 82% площади бассейна Байкала. В своем нижнем течении р. Селенга разделяется на многочисленные протоки, образуя обширную дельту (рис. 1) площадью 1120 км2 [4]. Наиболее интенсивная бифуркация русла отмечается ниже с. Мурзино, откуда начинается нижняя дельта, занимающая около 600 км2, большая часть из которых (85%) — периодически затапливаемая суша [9].
Основные протоки дельты обычно разделяют на три группы (сектора) — южную, среднюю и северную [11]. Через южный сектор дельты протекают протоки Левобережная, Шаманка и Харауз, а через средний — Галутай, Колпинная, Средняя и Северная. Северную группу представляют протоки Дологан и Лобановская. Внешний край дельты, протяженностью около 70 км, обеспечивает рассредоточенный выпуск речных вод в озеро.
Во второй половине ХХ века выполнены достаточно многочисленные исследования химического состава воды р. Селенга и выноса его компонентов в оз. Байкал [3, 5, 8, 12, 15], однако приведенные в них данные характеризуют водные массы реки при входе их в дельту (с. Мурзино). В настоящей работе представлены сезонная и межгодовая динамика концентраций главных ионов как в воде р. Селенга, так и в протоках ее дельты, а также закономерности распределения и выноса главных ионов через основные протоки.
Материалы и методы
Анализируются результаты комплексных гидрологических и гидрохимических исследований, выполненных Лимнологическим институтом в
* Лимнологический институт Сибирского отделения Российской академии наук.
Рис. 1. Схема дельты р. Селенга с расположением станций отбора проб воды.
р. Селенга: 1 — Кабанск, 2 — Мурзино; протоки: 3 — Левобережная, 4 — Шаманка, 5, 6 — Харауз, 7, 8 — Галутай, 9 — Средняя, 10 — Колпинная, 11 — Северная, 12 — Лобановская.
2001—2003 гг. в дельте р. Селенга. Пробы воды отбирали при разных условиях водности с поверхности (см. рис. 1) на следующих станциях:
— на русловом (верхнем придельтовом) участке р. Селенга у с. Кабанск (гидроствор Кабанской устьевой станции Росгидромета) и у с. Мурзино (с 1993 г. станция мониторинга Лимнологического института СО РАН);
— в центральной части дельты (протока Харауз — о. Семеновский, средняя часть протоки Галутай);
— на устьевых участках основных проток (Левобережная, Шаманка, Харауз, Галутай, Средняя, Колпинная, Северная, Лобановская).
В пробах определяли анионы (НСО3, ЗО4~, СГ) и катионы (Ш+, К+,
Са2+, Мg2+) солевого состава. Отобрано и проанализировано более 250 проб воды.
Химический анализ выполнен общепринятыми в гидрохимии пресных вод методами [1, 2, 10, 14, 16]. Определение катионов выполняли атомно-абсорбционным и пламенно-эмиссионным методами (относительная погрешность 2—3%). Анионы определяли методом ВЭЖХ с относительной погрешностью 5—10%. Перед анализом пробы воды фильтровали от взвешенного вещества через мембранные фильтры с диаметром пор 0,45 мкм.
Сток воды по протокам на день отбора проб определялся расчетным путем по зависимости от расхода воды выше дельты — в замыкающем створе Росгидромета у с. Кабанск. Используемая зависимость получена [11] по
Распределение стока воды (%) по протокам в зависимости от водности реки выше дельты
Протока Расход воды р. Селенга у с Кабанск, м3/с
800 1000 | 1200 1500 1700 2000 2500 3000 I 3500 4000
Основное русло (Харауз) 30,5 29,7 28,6 27,4 26,8 26,1 25,2 24,2 23,5 22,8
Левобережная 26,8 26,4 26,0 25,3 25,1 24,5 23,6 23,0 22,4 21,9
Галутай 7,3 7,1 7,1 7,4 7,6 8,1 9,0 9,8 10,5 11,1
Лобановская 27,3 28,7 29,9 30,9 31,0 31,1 31,2 31,1 31,1 31,1
Дологан 5,1 5,1 5,4 6,0 6,5 7,2 8,0 8,9 9,5 10,1
Колпинная и Средняя 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0
данным параллельных измерений расходов воды в протоках и основной реке и приведена в таблице.
Оценка относительной водности рассматриваемого трехлетнего периода осуществлялась с помощью кривой обеспеченности годовых расходов р. Селенга у разъезда Мостовой за период 1934—2003 гг. (оценки годового стока Селенги по Мостовому и Кабанску совпадают [11], однако в Кабан-ске ряд наблюдений на 36 лет короче).
Результаты и обсуждение
В период свободного русла основная часть воды р. Селенга поступает в оз. Байкал через протоки южной (около 50%) и северной групп (около 40%), зимой до 95% стока проходит через южные протоки дельты [11]. Через центральные протоки (Колпинная, Средняя и Северная) даже в условиях повышенной водности проходит не более 3—5% общего стока реки. С середины зимы и до весны эти протоки зачастую перемерзают, и сток здесь практически отсутствует. В среднем за год р. Селенга выносит в оз. Байкал около 29 км3 воды, из которых 80% приходится на теплое время года. Расходы воды в летнее время достигают 5—7 тыс. м3/с, уменьшаясь в январе — марте до 70—80 м/с.
Водность р. Селенга в течение 2001—2003 гг. была существенно пониженной. Обеспеченность среднегодовых расходов воды этих лет была не менее 68% при модульных коэффициентах 0,55—0,88. Самым маловодным из них был 2002 г. (обеспеченность 99%), водность в который была минимальной за весь 70-летний период наблюдений. В течение этого года сток реки оставался крайне малым и лишь в мае расход воды Селенги достиг 1800—1900 м/с, на 20—30% превышая среднюю водность, характерную для этого месяца.
При отборе проб в летние месяцы исследуемого периода сток реки в основном составлял 1000—1200 м/с, а в июле 2003 г. он уменьшался до исторически минимальных значений (для лета) — около 700 м/с. Малый сток реки способствовал более интенсивному прогреву воды, уменьшению скорости течения и содержания взвешенных веществ. Скорость течения от Кабанска к верхним участкам основных проток уменьшалась приблизительно в полтора-два раза. Лишь во время прохождения максимальных расходов воды ее максимальные значения могли здесь достигать 1,8—2,0 м/с.
К внешнему краю дельты скорости уменьшались еще больше, особенно в зимнее время. Так, измерения на выходе из некоторых проток в конце февраля — начале марта 2001—2003 гг. показали, что только в устье Харауза скорость течения достигала 0,3 м/с, а в Средней и Колпинной, например, была нулевой.
Исследования, выполненные в период 2001—2003 гг. на участке р. Селенга выше дельты (с. Кабанск), показали, что динамика концентраций главных ионов, как отмечалось и ранее [5, 8, 12, 13], в основном определяется природными факторами и прежде всего водностью реки. От весны к осени в воде наблюдалось постепенное увеличение суммы ионов. Наибольшие ее значения отмечены зимой в подледный период, когда в питании реки максимальна доля грунтовых вод. С началом снеготаяния и поступлением в реку талых вод концентрации ионов в воде уменьшаются. Максимальные и минимальные концентрации ионов в селенгинской воде различаются более чем в 2 раза.
В ионном составе вод реки преобладающими анионами являлись гидрокарбонаты. В период открытого русла их содержание в воде у с. Кабанск изменялось от 61,0 мг/л в мае до 103,7 мг/л в октябре. Концентрация сульфатов колебалась от 6,9 до 11,6 мг/л, хлоридов — от 0,3 до 2,3 мг/л. Среди катионов в составе речных вод основное место занимал кальций. Его концентрация (11,6—27,3 мг/л) в несколько раз превышала концентрацию как магния (3,2—6,5 мг/л), так и щелочных металлов (3,9—7,1 мг/л — и 1,0—1,6 мг/л — К+). Сумма ионов в этот период изменялась от 90 до 154 мг/л с минимальными значениями в мае и максимальными в октябре. Зимой, с переходом реки на грунтовое питание, концентрации ионов в воде достигали своего годового максимума, и сумма ионов изменялась в пределах 171—215 мг/л. Относительный ионный состав воды с мая по октябрь был стабилен. Зимой отмечено небольшое увеличение доли ионов магния и сульфатов (рис. 2), связанное с повышенными концентрациями данных элементов в составе подземных вод Усть-Селенгинской депрессии [6, 7], но это не приводит к изменению класса селенгинских вод.
Уменьшение или увеличение концентрации ионов в речной воде главным образом зависит от водности реки (рис. 3). Максимальные концентрации ионов отмечены с ноября по март, когда месячные объемы стока реки не превышали 1—3% годовой водности. Минимальные значения концентраций ионов характерны для весеннего половодья (май) и летних павод-
Рис. 2. Относительный ионный состав (%-экв.) воды р. Селенга (с. Кабанск) в марте (а) и июле (б).
МЮ111 7 2 "О- 3
II IV VI VIII X XII
Рис. 3. Внутригодовые изменения водного (1) и ионного (2) стоков и суммы ионов (3) р. Селенга (с. Кабанск).
ков. Мало меняющаяся (на 10—15 мг/л) в летние месяцы сумма ионов в воде реки с уменьшением водности в сентябре — октябре увеличивается в 1,5 раза.
Межгодовая динамика концентраций главных ионов в воде Селенги также зависит от динамики водного стока. Вследствие малой водности р. Селенга в исследованные три года, и особенно в летний период 2003 г., в питании реки увеличивается доля подземного стока, обусловливая увеличение содержания химических компонентов. Проведенные исследования показали, что в 2003 г. сумма ионов в воде р. Селенга была больше на 15—30 мг/л по сравнению с суммой ионов в 2002 г. Весенний подъем воды в мае 2002 г. вызвал уменьшение концентраций ионов до минимальных значений. В результате сумма ионов в воде реки уменьшилась до 89,5 мг/л и была в 1,5 раза меньше, чем в тот же период 2003 г.
Особенности формирования химического состава воды проток дельты р. Селенга определяются условиями водообмена и с
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.