ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, 2014, том 41, № 2, с. 206-215
КАЧЕСТВО И ОХРАНА ВОД, ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
УДК 550.46:556
СТОК РАСТВОРЕННОГО ЖЕЛЕЗА В РЕКАХ БАССЕЙНА АМУРА
В КОНЦЕ XX ВЕКА1
© 2014 г. В. В. Шамов*, Т. Ониши**, В. В. Кулаков***
*Тихоокеанский институт географии ДВО РАН 690041 Владивосток, ул. Радио, 7 E-mail: vlshamov@yandex.ru **Университет Гифу Япония, 501-1193, Гифу, Янагидо, 1-1 ***Институт водных и экологических проблем ДВО РАН 680000Хабаровск, ул. Ким-Ю-Чена, 65 Поступила в редакцию 23.01.2012 г.
Проанализированы причины резкого всплеска выноса железа водами р. Амур и его притоков во второй половине 1990-х гг. Обоснован вывод о вероятной климатической причине этого явления.
Ключевые слова: Амур, железо, сток, многолетняя мерзлота, климатические изменения, температура воздуха, температура почвы, атмосферные осадки.
Б01: 10.7868/80321059614020126
Содержание различных форм железа в природных водах — предмет исследований в различных его аспектах. С точки зрения водоснабжения, значительные концентрации этого широко распространенного биогенного элемента ухудшают качество воды (например — подземные воды Тунгусского месторождения у г. Хабаровска) и требуют специальных технологий водоподготовки. В биотическом круговороте железо является одним из ключевых агентов: больший объем его поступления с речными водами обеспечивает большую продуктивность морских экосистем [17].
К настоящему времени выявлено, что доля растворенной формы железа в общем его содержании в водах Нижнего Амура колеблется в пределах 40—70%, притоков Амура — 30—80%, при этом реки с высокой долей равнинных заболоченных участков их долин характеризуются преобладанием растворенной формы железа [5, 22].
ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Многолетний мониторинг качества поверхностных вод, проводимый Дальневосточным управле-
1 Работа выполнена при финансовой поддержке Института исследований человечества и природы (Киото, Япония) и РФФИ (проект 11-05-00526-а).
нием гидрометеорологической службы (УГМС), выявил резкое возрастание и последующее снижение концентрации и стока растворенного железа в Амуре и его притоках во второй половине 1990-х гг. (рис. 1, 2). Причины такой "железной аномалии" до сих пор не выявлены, а разрабатываемая гидролого-геохимическая модель Амура [19] пока не учитывает все аспекты данной проблемы и оставляет поле для научных дискуссий.
Имеющиеся к настоящему времени сведения о формах и динамике железа в бассейне Амура позволяют проанализировать источники и пути его поступления на нижний участок этой реки, простирающийся от г. Хабаровска до устья.
Отбор проб воды на химический анализ проводился на постах сети Росгидромета не реже 1 раза в месяц с одновременным измерением расхода воды. Растворенное железо определялось колориметрическим методом с 1,10-фенантролином после фильтрования проб воды через фильтры Whatman GF/F и закисления HCl до pH <2. Методика определения железа общего и растворенного, принятая в системе Росгидромета, изложена в[11].
2008 Годы
Рис. 1. Многолетняя динамика содержания растворенного железа в воде р. Амур у г. Хабаровска в 1960—2006 гг.
£ о
1800
1600
О 1400
ч о
^ 1200 и
о
£ 1000 ы
я ¡^
о £
о
=к
о
<ч
о д
о
1-1
о
Я
д
© &
С
800 600 400 200
0
1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
Годы
Рис. 2. Многолетняя динамика среднегодового суточного стока растворенного железа у г. Хабаровска в 1961—2007 гг.
АНАЛИЗ ДАННЫХ И ОБСУЖДЕНИЕ
Ландшафтно-геохимическая характеристика бассейна Амура
Для рельефа бассейна Амура характерны горы и межгорные впадины. По долинам рек развиты пойменные и надпойменные аккумулятивные террасы. Климат в районе — континентальный с влиянием муссонов в летнее время. В горно-складчатом обрамлении межгорных впадин получили распространение терригенно-осадочные породы,
вулканогенные и интрузивные образования различного возраста — от архея до кайнозоя. Чехол впадин сформирован мезозойскими и кайнозойскими слаболитифицированными и рыхлыми терригенными и угленосными породами озерно-аллювиального генезиса.
Территория бассейна Амура в силу своей обширной площади (2.05 млн км2) охватывает различные ландшафтно-геохимических области, дренируемые системами подземных и речных потоков, различа-
ющихся, в частности, по концентрации железа. Основные источники железа в подземных и поверхностных водах Амурского бассейна — железосодержащие минералы почв и горных пород таежных территорий [14]. Высокая подвижность железа в водах бассейна Амура обусловлена формированием кислого (фульватного) гумуса в горно-таежных почвах и торфообразованием, а выщелачивание железа из минералов и миграция этого элемента происходит с тонкодисперсными фракциями почв и осадочных пород и в виде суспензий [4, 5]. Наибольшую долю растворенного железа в водах притоков Амура в пределах пойменных расширений составляет "органическое" железо (органоминеральные комплексы) [22].
Регулярное избыточное увлажнение почв в межгорных впадинах бассейна Амура создает условия для образования подвижных соединений железа. Сочетание переувлажнения с инфильтрацией атмосферных осадков обусловливает миграцию этих соединений по профилю почв в более глубоко водоносные горизонты, преимущественно в поровых растворах слабопроницаемых глинистых пород. Бесспорно, скорость такого просачивания на порядки ниже скорости фильтрации в подстилающих породах горных ландшафтов. В пределах артезианских бассейнов на юге Дальнего Востока выявлено значительное увеличение вниз по рельефу содержания двухвалентного (за-кисного) железа в грунтовых и напорно-грунто-вых водах [14]. Содержание двухвалентного железа в почвенно-грунтовых водах под торфяной залежью изменяется в пределах 20—60 мг/дм3, а интенсивность заболачивания территории определяет в целом темпы накопления закисного железа в подземных водах [1]. При этом в пределах заболоченных равнин разгрузка обогащенных железом аллювиальных вод в русло Амура происходит в незначительном объеме, что неоднократно наблюдалось авторами в конце зимней межени.
Роль болотных и подземных вод
Богатые гуминовыми кислотами торфяно-бо-лотные воды обеспечивают лишь небольшую долю содержания железа в водах транзитных рек, что обусловлено их незначительной ролью в формировании речного стока Амура и его основных притоков в теплое время года. В частности, по оценкам И.Г. Мещенина [7], среднемноголетний (в 1950-1980-х гг.) слой стока с обширных болотных массивов Среднеамурской низменности, занимающих ~13 тыс. км2, составлял 228 мм/год, или 94 м3/с. Таким образом, доля этого стока в годовом стоке Амура у г. Комсомольска-на-Амуре
(северо-восточный край Среднеамурской низменности) составляет <1%. Поскольку болота Приамурья часто иссушаются в теплое время года, можно заключить, что болота формируют сток весной в условиях сезонной мерзлоты и при наличии достаточных снегозапасов, а также при выпадении летне-осенних муссонных дождей, способствующих быстрому переувлажнению торфяных отложений преимущественно малой мощности (редко превышающей 1 м). Необходимо также учитывать, что преобладающая часть естественных болот расположена в пределах долины Амура ниже Хабаровска, тогда как расположенные выше болота (равнина Санцзян (КНР), Ханкайская низменность, южная часть ЕАО и Амурской области) в основном освоены под сельское хозяйство и к настоящему времени практически утеряли естественный запас гумуса и подвижного железа [15].
Незначительная роль болот как источников железа в Амуре отчасти подтвердилась российско-японскими экспедиционными исследованиями в августе 2006 г. (установлено повышение притока растворенного железа в Амур в горных сужениях в 2-2.5 раза по сравнению с пойменными расширениями долины) [18]. Фактически в пойменных расширениях Амура приток железа обеспечивается небольшим числом изобилующих растворенным железом малых рек, водосборы которых расположены целиком или большей частью в пределах заболоченных аккумулятивных равнин [22].
Учитывая, что значительную долю стока притоков Амура составляют подземные воды, разгрузка которых происходит в верхних частях бассейнов этих рек [12], можно заключить, что в качестве основных источников железа в воде Амура в нижнем течении следует рассматривать почвы и породы горно-таежных ландшафтов. Болота амурских равнин поставляют двухвалентное железо преимущественно в нижележащие грунтовые и напорно-грунтовые воды, разгрузка которых в Амур в его нижнем течении и в его крупные притоки осуществляется в весьма малом объеме.
Роль Зейского водохранилища
Зарегулирование р. Зеи в 1975 г. привело к уменьшению амплитуды колебаний концентрации железа в воде реки (0.12-0.47 мг/дм3 в 1988 г. [8]). При этом повышенные его концентрации (1988 г. - 0.52-1.86, 1994 г. - до 1.15 мг/дм3) наблюдались в придонных слоях водохранилища у плотины, что, согласно [8], связано с восстановительной безкислородной средой в этой наиболее глубокой части водоема. В целом в [8] отмечается
Среднегодовое содержание растворенного железа, мг/дм3, в водах некоторых рек северного Приамурья в 1995— 2000 гг. (прочерк — отсутствие данных)
Река—пункт 1995 г. 1996 г. 1997 г. 1998 г. 1999 г. 2000 г.
Амур—г. Благовещенск
1 км выше города 0.20 1.39 1.11 0.53 0.56 0.49
5 км ниже впадения р. Зеи 0.28 2.35 2.25 1.80 0.91 0.70
Зея—г. Благовещенск
1 км выше города 0.43 1.17 0.90 0.41 0.83 0.77
Тында—г. Тында
1 км выше города 0.27 0.51 1.17 0.55 0.83 0.35
Большая Пера—г. Шимановск
0.5 км выше города 0.66 2.47 2.65 1.29 1.36 1.24
Томь—г. Белогорск
1 км выше города 1.13 1.49 1.31 0.96 1.14 1.15
Бурея—пгт Новобурейск
1 км выше поселка 0.67 0.91 1.16 0.79 0.73 0.79
Селемджа—выше устья 0.54 0.34 1.30 0.81 - -
снижение и стабилизация концентраций железа в Зейском водохранилище с 1978 по 1994 г. Это подтверждается данными наблюдений на постах Росгидромета. В частности, до начала 1980-х гг. при снижении уровня воды концентрация железа в водохранилище у г. Зеи иногда превышала 1 мг/дм3, а после 1982 г. таких случаев не наблюдалось.
После ввода в действие Зейского ги
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.