УДК 556.531.4(282.256.341-12)
Химический состав снеговых и речных вод юго-восточного побережья оз. Байкал
Л. М. Сороковикова*, В. Н. Синюкович*, О. Г. Нецветаева*, И. В. Томберг*, Н. П. Сезько*, И. Н. Лопатина*
На основе гидрохимических данных за период 1996—2010 гг. оценены изменения химического состава снеговых и речных вод юго-восточного побережья оз. Байкал, длительное время испытывавших воздействие атмосферных выбросов Байкальского целлюлозно-бумажного комбината. Выявлены тренды увеличения концентрации отдельных ионов, являющихся трассерами выбросов предприятий целлюлозно-бумажной промышленности и ТЭЦ. Показано, что химический состав снеговых и речных вод зависит от удаленности водосборов рек от источника загрязнения. В последнее десятилетие заметно явное уменьшение устойчивости вод притоков Южного Байкала к закислению.
Ключевые слова: химический состав снеговых и речных вод, юго-восточное побережье оз. Байкал, атмосферные выбросы, устойчивость вод к закислению.
1. Введение
Стабильность химического состава речных вод определяется устойчивостью условий его формирования, представляющих совокупность протекающих на водосборе физических, химических и биологических процессов. Изменения климата и хозяйственная деятельность ведут к нарушению геохимических циклов элементов, изменению потока веществ в системе атмосфера — бассейн — водоток. Роль антропогенных факторов в формировании химического состава поверхностных вод особенно заметна в зоне воздействия крупных источников техногенных выбросов. Одной из таких тер ри то рий до недав не го вре ме ни являл ся учас ток юго-вос точ но го по бе-режья оз. Байкал (рис. 1) в районе расположения Байкальского целлюлозно-бумажного комбината (БЦБК), введенного в эксплуатацию в 1966 г. Максимальные выбросы БЦБК регистрировались в 1970—1980-х годах, достигая 30—40 тыс. т/год, из которых половину составляли оксиды азота и диоксид серы [5]. В начале XXI в. годовой объем выбросов уменьшился до 5—7 тыс. т/год, в числе которых 3—4 тыс. т оксидов азота и ди окси да серы.
Пер вые сведе ния об изме не нии хи ми чес ко го со ста ва ат мос фер ных осадков в зоне влияния выбросов комбината стали появляться после ввода его в эксплуатацию [8, 13], однако их связывали не только с деятельнос-
* Лимнологический институт Сибирского отделения Российской академии наук; e-mail: lara@lin.irk.ru.
тью БЦБК, но и с дальним переносом загрязняющих веществ [8], не позволяя оценить реальную роль пред при я тия в изме не ни ях состава снеговых вод. В период 2008—2010 гг. во время нестабильной работы комбината наблюдалось уменьшение в атмосферных осадках содержания за гряз няю щих ком по нен-тов, характерных для выбросов БЦБК. Характер изменения химического состава осадков в дальнейшем (после закрытия БЦБК) позволит более определенно говорить о роли комбината в загрязнении осадков и речных вод, хотя это затруднено влиянием других источников, таких как Транссибирская железная дорога, автомагистраль и населенные пункты.
Рассматриваемые реки достаточно репрезентативно отражают антропогенные изменения качества вод, связанные с поступлением загрязняющих ве ществ че рез ат мос фер ный ка нал, так как их водос бо ры мало под вер жены влиянию других видов хозяйственной деятельности. Антропогенные нарушения территории и сбросы сточных вод в речную сеть здесь незначительны и не могут повлиять на условия формирования речного стока и химического состава вод [18]. Указанные реки вследствие значительных высот их бассейнов и благоприятного расположения территории по отношению к направлению преобладающего влагопереноса отличаются большой увлажненностью, обеспечивающей быстрый смыв выпадающих из атмосферы веществ. Воды притоков Южного Байкала — маломинерализованные, имеют малую буферную емкость, что даже при небольших изме -нениях концентрации отдельных компонентов может вызывать нарушения относительного состава ионов в речных водах [16—18].
Решение о закрытии комбината и остановка его деятельности в сентябре 2013 г. позволяют надеяться, что загрязнение поверхностных вод в зоне влияния его выбросов станет существенно меньше и качество вод будет улучшаться. Для контроля ситуации и возможности реагирования на нее необходимо ведение регулярного мониторинга химического состава атмосферных выпадений и речных вод на данном участке побережья. При этом показатели качественного состава снеговых и речных вод за период 1996—2010 гг. представляются своеобразным репером, относительно которого следует оценивать будущие изменения состояния поверхностных вод в этом ре ги о не.
2. Материалы и методы
Использованы данные Лимнологического института Сибирского отделения Российской академии наук (ЛИН СО РАН) о химическом составе вод притоков Южного Байкала (реки Утулик, Солзан, Хара-Мурин, Снеж-
Рис. 1. Схема района исследований и расположения пунктов отбора проб речных и снеговых вод.
На врезке роза ветров в районе г. Байкальск.
ная и Переемная) за 1996—2010 гг., полученные в основные гидрологи-чес кие фазы (зим няя межень, ве сен нее поло водье, па вод ки и лет не-осен-няя межень). Также проанализированы более ранние материалы [3, 4] (до начала активного хозяйственного освоения территории), которые могут быть приняты за фоновые характеристики химического состава речных вод и атмосферных осадков. Для оценки поступления загрязняющих веществ из атмосферы исследовали пробы снега, отобранные до начала снеготаяния (конец февраля — начало марта) в долинах рек в устьевой зоне в трех повторностях по всей толще снежного покрова (1997—2010 гг.).
Водность исследуемых рек оценивали на основе режимных наблюдений Росгидромета. Средний многолетний сток рек определяли за расчетный период (1959—2010 гг.), включающий два полных цикла водности. Для корректности сопоставления данных разных лет вместе с исходными концентрациями отдельных компонентов учитывали и соответствующие им расходы воды.
Химические анализы выполнены общепринятыми в гидрохимии пресных вод и атмосферных осадков методами [14, 15], а также методами, разработанными в ЛИН СО РАН [1]. Определение катионов осуществляли атомно-абсорбционным методом, анионов — методом ВЭЖХ, биогенных элементов — фотоколориметрическими методами, рН — потенциометри-ческим методом. Достоверность полученных результатов проверяли расчетом баланса основных анионов и катионов, а также сравнением рассчитанной и измеренной удельной электропроводности.
3. Результаты и обсуждение 3.1. Динамика водного стока
Химический состав речных вод при прочих равных условиях меняется в зависимости от величины водного стока. Оценки увеличения (уменьшения) концентраций отдельных ионов в воде рек невозможны без анализа изменений их стока. Исследуемые водотоки протекают в пределах сравнительно однородной природной территории, отмечается хорошая согласованность колебаний их стока. Коэффициенты корреляции годового стока изучен ных рек за пе ри од гид ромет ри чес ких на блюде ний со став ля ют 0,65—0,90, при этом наименее тесная связь с другими водотоками характерна для р. Утулик, несколько отличающейся условиями формирования стока из-за распространения карста. В динамике стока всех рек с середины XX в. наиболее выделяется глубокое маловодье в период 1976—1981 гг., охватившее всю территорию бассейна оз. Байкал. Оценка межгодовых колебаний стока рек, освещенных гидрометрическими измерениями, показывает, что статистически значимые долговременные тенденции уменьшения (увеличения) их водности отсутствуют — достоверность соответствующих трендов меньше 5%-ного уровня значимости.
В отношении сезонных величин водности проведенный анализ позволяет говорить о некотором уменьшении стока рек в теплое время года и его увеличении в зимние месяцы. При этом указанные тенденции в отношении зимнего стока достаточно неустойчивы и прерываются годами его пониженных значений. Так, увеличение зимой расходов воды р. Снежная
было особенно заметным в 1993—2001 гг., а в 2002—2005 гг. расходы воды, наоборот, были минимальны за все время наблюдений. Только для р. Хара-Мурин сток первого квартала (январь — март) имел тенденцию постоянного увеличения с уровнем значимости больше 1%, что отмечалось и ранее [9]. Увеличение зимнего стока скорее всего является следствием общего смягчения климатических условий в зимний период и увели че ния водо отдачи под зем но го бас сей на в результате уси ле ния се зон но-мерзлотного регулирования стока. Малая водность в отдельные теплые зимы может быть объяснена небольшим стоком рек в предшествующее ему теплое время года, не обеспечивающим ежегодного восполнения бассейновых запасов подземных вод. Разнонаправленность тенденций стока теп ло го и холод но го пе ри одов опреде ляет, как было вид но, от сутствие значимых трендов для его годовых значений, что дает основания оценивать происходящие изменения химического стока большинства рек без поправки на многолетние изменения их водности. В то же время следует отметить, что ранее выполненные оценки химического стока и состава вод рассматриваемых притоков [4] получены для водности приблизительно на 10% меньше среднемноголетних значений.
3.2. Химический состав снежного покрова
Анализ полученных результатов показал, что концентрации ионов и их сумма Еи в снеговой воде на водосборах рек зависят от нахождения рек относительно БЦБК. Вблизи источника загрязнения сумма ионов была в несколько раз больше и в бассейне р. Солзан (рис. 2), где расположен БЦБК, достигала 32,6 мг/дм (по осредненным данным). Наибольшая сумма ионов отмечена в 2007 г., когда выработка товарной целлюлозы комбинатом была максимальной. В 2008 г. при прекращении выпуска основной продукции и в свя зи с реали за ци ей на ком би нате возду хо ох ран ных мероприятий [6] сумма ионов в снеговых водах уменьшилась в шесть раз. Последовавшая затем приостановка работы комбината (2009 г.) обусловила уменьшение общего объема выбросов загрязняющих веществ в атмосферу в четыре раза [6]. В результате этого в 2009 г. сумма ионов в снеге на побережье р. Солз ан (табл. 1) была в пределах величин, характерных для
большей части иссле
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.