ХАРАКТЕРИСТИКА ГИДРОХИМИЧЕСКОГО РЕЖИМА РЕК СЕВЕРНОГО СКЛОНА ИЛЕ АЛАТАУ В 2010 ГОДУ СООБЩЕНИЕ 2. ОРГАНИЧЕСКИЕ И БИОГЕННЫЕ ВЕЩЕСТВА В ВОДЕ

НА УЧНЫЕ СТА ТЬИ

Гидрометеорология и экология № 3 2011

УДК 556. 114

ХАРАКТЕРИСТИКА ГИДРОХИМИЧЕСКОГО РЕЖИМА РЕК СЕВЕРНОГО СКЛОНА ИЛЕ АЛАТАУ В 2010 ГОДУ

Сообщение 2. Органические и биогенные вещества в воде

Доктор геогр. наук С.М. Романова

Приведены материалы собственных исследований по изучению режима органических веществ, биогенных элементов в воде рек Северного склона Иле Алатау за 2009... 2010 гг.

Поступление органических и взаимосвязанных с ними биогенных веществ в водоток происходит, прежде всего, из почв и донных отложений, при береговой эрозии, разложении древесной и кустарниковой растительности, высшей водной растительности, наземных растений водосборного бассейна, фитопланктона, а также с атмосферными осадками. Оценить влияние этих процессов на гидрохимический режим и качество воды весьма затруднительно, но крайне необходимо не только для познания и развития процессов, но и для их моделирования и прогнозирования указанных компонентов в проектируемых и действующих водотоках. Для условий Северного склона Иле (Заилийского) Алатау (ССИА) исследования процессов деструкции органических и биогенных веществ, к сожалению, не проводились.

Автором изучена динамика концентрации биогенных и легко окисляющихся органических веществ (по перманганатной окисляемости в кислой среде) в воде рек ССИА, в том числе для отдельных рек по течению за период 2009...2010 гг. (табл. 1-4).

Исходя из среднегодовых значений соединений азота преобладающими (до 74,1. 97,2 %) являются нитраты (рис. 1).

За период наблюдений концентрация нитратного азота в воде нижних участков рек в 1,2 раза больше, чем в верховье. Содержание нитратного азота в реках ручейкового типа достигает 14,5 (р. Теренкара), 16,9 (рр. Мойка, Карасу, Казачка), 19,3 (р. Султанка) и 33,6 мгШл (р. Ащибу-лак) в летне - осенний период. Зимой и ранней весной чаще всего нитраты не обнаруживаются или находятся в пределах ошибки их определения. Летом, когда вода максимально прогревается, происходит более активное разложение органических веществ и переход азота из органических форм в минеральные. Кроме того, источником привноса нитратов в реки явля-

125

ются поступающие в их русло подземные и грунтовые воды, а также хозяйственно-бытовые стоки. Следует отметить, что русло большинства рек (особенно в верховье) естественное, небетонированное. Кроме того, дополнительно нитраты, а также нитриты и ионы аммония, фосфаты могут поступать в реки за счет деструкции растений, листового опада деревьев и другой растительности.

Таблица 1

Предельные значения содержания соединений азота и кремния в воде рек ССИА по течению, 2009...2010 гг., мг/дм3

Река Азот нитритный Азот нитратный Азот аммонийный Кремний

У. Алматы, верховье 0,006. . 0,009 0. .2,091 0,039. 1,167 3,8. .6,3

У. Алматы, низовье 0. 0,055 0,117. . 5,286 следы. 0,311 0,68. .8,4

К. Алматы, верховье 0. 0,023 следы. . 1,011 0,008. 0,155 0,50. .6,2

К. Алматы, низовье 0. .0,456 0. 17,453 0. 0,661 0,68. .8,9

Шамалган, верховье 0. 0,009 0. 3,304 0. 0,233 0,55. .4,8

Шамалган, низовье 0,003. 0,030 следы. .3,382 0,031. 0,545 3,4. 14,2

Аксай, верховье 0. 0,023 0. 2,759 0. 0,428 0,38. .7,2

Аксай, низовье 0,003. 0,052 следы ... 3,32 0. 0,584 3,8. 14,0

Каскелен, верховье 0. 0,009 0,011. . 1,423 0 .1,167 0,39. .4,7

Каскелен, низовье 0. 0,030 0. 4,983 следы. 1,167 0,79. 12,7

Есентай, верховье 0,009. 0,106 1,049. . 1,438 0,039. 1,634 5,2. .7,2

Есентай, низовье 0,015. .0,122 следы. 11,187 0,008. 3,540 0,67. .7,4

Таблица 2

Предельные значения содержания железа, фосфора и органических веществ в воде рек ССИА по течению, 2009.2010 гг., мг/дм3

Река Железо Фосфор Перманганатная окисляемость, мгО/л

У. Алматы, верховье 0. .1,100 0. .0,038 0,92...16,6

У. Алматы, низовье 0,104. 1,781 0. .0,057 0,06...32,59

К. Алматы, верховье 0,094. .2,432 0. .0,057 0,05... 15,31

К. Алматы, низовье 0,006. .3,827 0. .0,094 0,80...17,0

Шамалган, верховье 0,104. .1,513 0. .0,071 0,19...3,02

Шамалган, низовье 0,312. .2,899 0,010. .0,071 0,76...8,51

Аксай, верховье 0,008. .2,718 0. .0,080 0,01 ...3,34

Аксай, низовье 0,288. .8,198 0. .0,075 0,40...13,58

Каскелен, верховье 0. .2,312 0. .0,046 0,19...4,13

Каскелен, низовье 0,071. .2,597 0. .0,076 0,43...16,20

Есентай, верховье 0,400. .1,993 0,008. .0,160 3,42...16,60

Есентай, низовье 0,010. .1,480 0,003. .0,076 0,18...19,60

126

Таблица 3

Предельные значения содержания соединений азота и кремния в воде рек ССИА, 2009.2010 гг., мг/дм3

Река Азот Азот Азот Кремний

нитритный нитратный аммонийный

Талгар, г. Талгар 0. .0,061 0 ..1,750 0. .0,972 0,40. ..6,2

Есик, г. Есик 0. .0,015 0 ..1,438 следы. .0,817 0,67. ..6,3

Бесагаш, с. Ават 0,009. .0,137 0 ..3,498 0. .0,895 2,1. ..9,1

Тургень, с. Таутургень 0. .0,061 следы ..4,550 следы. .0,311 0,92. ..6,3

Лавар, с. Лавар 0,003. .0,006 1,477. ..4,097 0,023. .0,078 0,67. ..6,8

Шарын, каньон 0,005. .0,012 0 ..0,466 0,078. .2,334 5,3. ..5,5

Мойка, роща Баума 0,105. .0,319 следы.. 16,941 0,008. .2,334 0,55. ..8,4

Карасу, ГКБ №4 0,115. .0,419 0.. 16,932 0,016. .4,668 0,58... 10,2

Теренкара, пересеч.

с БАК 0. .0,030 0,187.. 14,540 следы. .0,699 0,77. ..7,2

Ащибулак, пересеч.

с БАК 0,002. .0,030 0,039.. 33,624 0. .0,622 0,67. ..7,3

Султанка,

ул. Федеративная 0,009. .0,155 0,047.. 19,273 0,008. .2,738 0,63. ..9,7

Казачка, вход в зоопарк 0,030. .0,182 следы.. 16,932 0,016. .3,602 0,85. ..7,6

Солоновка,

ул. К. Либкнехта 0,067. .0,410 0.. 10,846 0,039. .3,501 4,0. ..7,9

Таблица 4

Предельные значения содержания железа, фосфора и органических веществ в воде рек ССИА, 2009.2010 гг., мг/дм3

Река Железо Фосфор Перманганатная окисляемость, мгО/л

Талгар, г. Талгар следы. .2,800 0.. .0,080 0,32...17,4

Есик, г. Есик 0,036. .2,720 0.. .0,052 0,06...4,3

Бесагаш, с. Ават 0. .2,295 0,002.. .0,237 0,13... 17,4

Тургень, с. Таутургень 0,080. .0,984 0.. .0,066 0,86...17,6

Лавар, с. Лавар 0,104. .0,840 0,015.. .0,038 1,13. ..2,8

Шарын, каньон 0,528. .0,728 0,329.. .0,896 1,58... 11,2

Мойка, роща Баума 0,080. .1,974 0,057.. .1,692 0,09...18,2

Карасу, ГКБ №4 0,064. .2,718 0,038.. .2,444 0,04...18,2

Теренкара, пересеч. с

БАК 0,176. .3,760 0.. .0,048 0,32... 17,5

Ащибулак, пересеч. с

БАК 0,138. .1,662 0.. .0,069 0,06... 15,7

Султанка,

ул. Федеративная 0,116. .1,794 0 ...0,94 0,01 ...5,3

Казачка, вход в зоопарк 0,172. .4,596 0,024.. .0,076 0,18...8,2

Солоновка,

ул. К. Либкнехта 0. .1,745 0,033.. .0,162 1,50... 13,7

Основным процессом, способствующим снижению концентрации нитратных ионов, является потребление их фитопланктоном и денитрифици-

127

рующими бактериями, которые при дефиците растворенного в воде кислорода используют нитратный кислород на окисление органических веществ.

С мгК/дм3

10,0 Г

9,0 -8,0 -7,0 -6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0

Рис. 1. Среднегодовая концентрация азота нитратного в воде рек ССИА.

Из всех форм азота наименее устойчивыми являются нитриты. На их долю приходится 0,3.1,7 % от суммы соединений азота (рис. 2). Максимальная их концентрация (0,319.0,419 мгК/дм3) наблюдается в наиболее загрязненных реках Мойке, Карасу и Солоновке весной и летом. Отсутствие или очень малые концентрации нитритного азота отмечались весьма редко, чаще всего нитриты присутствуют в воде рек в течение годичного цикла. Наличие нитритов свидетельствует о свежем азотном загрязнении водных масс. Их содержание чаще снижается до нуля, либо не превышает 0,01 мгК/дм3. По течению рек содержание нитритного азота возрастает в 1,2 (р. Есентай); 3,3 (рр. Шамалган, Каскелен); 6,1 (р. У. Ал-маты) и 19,8 раз (р. К. Алматы).

Аммонийный азот образуется в результате бактериального разложения азотсодержащих органических веществ. Пределы варьирования концентрации аммонийных ионов составляют 0.4,668 мгК/дм3, причем максимум приходится на осенний период. Как и для нитратов с нитритами, наибольшие концентрации аммонийного азота обнаружены в реках

128

ручейкового типа. Такое увеличение их концентрации можно с уверенностью отнести к антропогенному фактору.

С мгМдм 0,300 Г

0,250 -

0,200 -

Рис. 2. Среднегодовая концентрация нитритного азота в воде рек ССИА.

По течению рек практически постоянно в годичном цикле происходит накопление аммонийных ионов в 1,4...4,3 раза. По течению рек Каскелен и Улькен Алматы чаще всего превышения содержания аммонийных ионов не происходит.

За исследуемый период среднегодовая концентрация аммонийного азота в воде р. Шамалган (низовье) и р. Карасу превышает ПДК, соответственно, в 1,1 и 1,7 раз, в остальных реках он находится на уровне меньше ПДК (рис. 3).

Содержание общего минерального фосфора очень низкое во все сезоны 2009...2010 гг. в воде рек верхних участков (0..0,080 мг/дм3), при среднегодовом колебании 0,015...0,345 мг/дм3 вследствие низкой растворимости его соединений и интенсивного поглощения гидробионтами. По течению рек содержание соединений минерального фосфора увеличивается и достигает 0,057...0,094 мг/дм3. В августе 2009 и 2010 гг. в воде рек Мойка и Карасу зафиксированы максимальные концентрации фосфора, соответственно, 1,692 и 2,444 мг/дм3. Известно, что присутствие ионов ор-тофосфорной кислоты в водных массах рек сильно влияет на развитие водных организмов. Кроме того, повышенные концентрации не только растворимых фосфатов, но и других биогенных элементов приводят к ев-трофированию водных объектов.

129

С мгК/дм3 1,00

0,90

0,80

0,70

0,60

0,50

0,40

0,30

0,20

0,10

0,00

Рис. 3. Среднегодовая концентрация азота аммонийного в воде рек ССИА.

Вода рек содержит относительно высокие концентрации железа, 0.4,596 мг/дм3, особенно речки, протекающие в черте города. Пределы варьирования среднегодовых концентраций железа составляют 0,44.1,79 мг/дм3. Чаще его концентрации превышают ПДК 0,5 мг/дм3. Так, в низовье р. Улькен Алматы в 90 % случаев наблюдается превышение ПДК, а в р.Тургень (с. Таутургень) - лишь в 36 % случаев. Повышенные концентрации железа, как и следовало, ожидать, обнаружены в воде мелких рек. В это время отмечалось и повышенное содержание О2, гумусовых веществ, которые способствовали переходу железа в растворенное состояние преимущественно в виде комплексных соединений.

Из всех изученных биогенных элементов кремний является преобладающим (36,2.68,3 %). На долю нитратов приходится 11,4.55,2 %, железа 6,5.19,4 %, аммония - 0,7.3,7 %, фосфора - 0,2.0,3 %, нитритов - 0,02.1,0 % от суммы всех биогенных элементов. Внутригодовое распределение кремния характеризуется следующими параметрами: 0,38.14,2 мг/дм3. Самые высокие концентрации кремния обнаружены в зимнее время в воде нижних участков рек Шамалган и Аксай.

Содержание легкоокисляющихся органических веществ колеблется в широких пределах 0,01.19,6 мгО/дм3 при среднегодовых колебаниях 1,25.8,38 мгО/дм3. Значения перманганатной окисляемости для воды изученных рек в большинстве случаев не выходят за пределы средних их

130

значений для природных вод аридных зон (5.10 мгО/дм3) и подвержены сезонным и годовым колебаниям.

На содержание органических веществ в природных водах, в том числе в реках ССИА, оказывают влияние многие факторы, главными из которых являются: гидрологический режим, количество взвешенных веществ, значения рН, температура воды, донные отложения и продукты разложения растительности. На все это накладывает отпечаток антропогенез.

Таким образом, вышеприведенный материал свидетельствует об очевидном действии антропогенных факторов на режим органических и биогенных веществ: забор воды рек на технические нужды, приводящий к изменению гидрологических параметров; загрязнение воздушного бассейна и водотоков из-за работы ТЭЦ, автотранспорта, сброс хозяйственно-бытовых стоков, урбанизация территории и др.

КазНУ им. аль-Фараби, Алматы

1ЛЕ АЛАТАУЫНЬЩ СОЛТYСТIК БЕТКЕЙ1НДЕГ1 ЭЗЕНДЕРДЩ 2010 ЖЫЛГЫ ГИДРОХИМИЯЛЬЩ РЕЖИМ1НЩ СИПАТТАМАСЫ

2 Хабарлама. СудаFы органикалык жэне биогецщ заттар

Геогр. гылымд. докторы С.М. Романова

1ле Алатауыныц Солтуст1к беткешндег! взен суларыныц органикалыц заттар, биогенд1 элементтер режимт 2010 жылгы зерттеу материалдары келт^рыген.

131