Гидроэкологическая характеристика Черекского водохранилища

Г идроэкологическая характеристика Черекского водохранилища

Д.К. Кожаева, к.б.н, С.Ч. Казанчев, д.с.-х.н, профессор, Л.А. Казанчева, к.б.н., А.А. Мирзоева, к.х.н, КабардиноБалкарская ГСХА

Внутренние водоёмы (водохранилища, озёра, пруды, реки) Северного Кавказа таят в себе большие резервы увеличения производства аквакультурной продукции. В основу статьи положены многолетние комплексные исследования, проведённые авторами на Черекском водохранилище Кабардино-Балкарской Республики.

Черекское водохранилище расположено на северных склонах Центрального Кавказского хребта на высоте 2000 м над уровнем моря. Введено в строй в 2004 г., имеет статус первой рыбохозяйственной зоны, отличающейся специфическими гидроэкологическими и био-гидрологическими условиями. Водохранилище построено в Черекском ущелье для решения энергетических проблем республики и для хозяйственных нужд, питается в основном реками Балкарский Черек и Безенгийский Черек.

Комплексные исследования Черекского водохранилища в Кабардино-Балкарской Республике не проводились, материалов о его пригодности для выращивания аквапродукции нет.

Для восполнения этого пробела были проведены экспедиционные и полевые эксперименты по изучению природных условий и обоснованию наиболее рациональных способов использования вод энергетических объектов для развития аквакультуры в республике. Цель наших исследований — изучение морфометрии и гидроэкологических особенностей водоёма.

На основе однофакторного и многофакторного анализов нами исследован гидроэкологический режим водного баланса водохранилища: поступление и расходование воды за год, изменение площади водного зеркала при различном наполнении, водообмен. При расчёте водного баланса общей гидрологической характеристики были использованы существующие методы [1, 2, 3], а также данные гидрометеорологической службы Кабардино-Балкарского гипроводхоза.

Температуру воды измеряли на разных глубинах специальным водным термометром (три раза в сутки — в 7, 13 и 19 час. по 3—5 мин.), вмонтированным в металлическую оправу с чашечкой, имеющей отверстия для втекания воды. Прозрачность определяли при помощи цветного диска [4], цветность — сравнением пробы воды с эталонами (раствором бихромата калия и сульфата кобальта в единицах — градусах, платиново-кобальтовой шкале), запах — методом

нагревания проб до 60 °С. Химические анализы воды проводили по общепринятым в гидроэкологической практике методикам [5].

На общий химический анализ воду отбирали два раза в месяц; один раз в неделю определяли гидрохимические показатели — содержание растворённого в воде кислорода, водородный показатель среды (рН); содержание в воде растворённых органических веществ и биогенов — один раз в две недели. Для определения первичной продукции два раза в месяц отбирали пробы бактериопланктона, как правило, в первой половине дня, поскольку данные отбора проб в это время отвечали среднесуточным [6]. Отбор проб и обработку бактериопланктона осуществляли на ультрамембранных фильтрах марки «НИFS» фирмы ^еторої [7].

Черекское водохранилище перегорожено плотиной реки Черек (Безенгийский и Балкарский) и многочисленными притоками, используется для получения электроэнергии и хозяйственных поливов (табл. 1).

1. Притоки реки Черек-Безенгийский

Название притока Расстояние от устья, км Длина реки, км Площадь водосбора, км2

р. Мижирги 44,7 2,4 48,0

р. Наратлы 41,5 2,8 4,3

р. Гарасу 38,7 4,2 6,4

р. Думала 33,0 14,0 78,0

р. Карасу 13,0 20,0 84,0

р. Тушхаркол 7,5 13,0 37,8

В притоках река Черек-головной, Черек-Безенгийский на всём протяжении принимает 88 притоков общей протяженностью 230 км, из которых только три имеют длину более 10 км (табл. 1), коэффициент густоты речной сети 0,4—0,6 км2 [8].

Как видно из таблицы 1, более крупными притоками являются реки Карасу, Думала и Тушхаркол, наиболее многоводными — реки Думала, Карасу и Мижирги.

Река Черек-Безенгийский имеет общую протяжённость 46 км, площадь водосбора — 627 км2, скорость течения — 0,3—0,4 м/с. Из-за большой скорости течения она не способна накапливать загрязняющие вещества.

По характеру водного питания Черекское водохранилище, имеющее приток и сток, входит в горно-речную группу водоёмов. По характеру использования речного стока водохранилище относится к водоёмам с годичным регулированием. Наполняется за счёт аккумуляции части

весеннего половодья, задерживает весь сток, незначительно снижает уровень в летне-осенние месяцы и довольно резко — зимой. Однако к началу весны в водохранилище остаётся резервная призма воды, часто значительная по объёму, необходимая (в интересах энергетики и полива) для гарантированного наполнения водохранилища на следующий год в случае меньшего по величине паводка.

Интенсивное наполнение до наивысшего проектного уровня (НПУ) в Черекском водохранилище после зимней сработки начинается в конце марта — начале апреля, продолжается в среднем 20 дней и идёт очень бурно, со скоростью 0,4— 1,5 м/сутки. Продолжительность стояния уровня на отметке НПУ — 48% летне-осеннего времени. С момента установления ледового покрова начинается зимняя сработка, которая продолжается до конца марта. Максимальная величина сработки уровня водохранилища — 4,65 м, средняя — 3,80 м. Основной по объёму сброс воды происходит в мае (0,42—0,23 м/сутки).

Сезонные изменения запасов воды в Черек-ском водохранилище определяют три характерных периода колебаний уровня — весенний, летне-осенний и зимний, но продолжительность их зависит от климатических условий года.

Важнейшим физическим свойством воды, во многом определяющим термику водоёмов, является её плотность. Наиболее важные явления в жизни Черекского водохранилища связаны с колебаниями плотности воды (табл. 2).

2. Изменение плотности воды в Черекском водохранилище

Температура, °С Плотность, °А

0 0,999867

4 1,000000

8 0,999876

12 0,999525

14 0,999271

16 0,998970

18 0,998622

20 0,998230

Данные таблицы 2 свидетельствуют о том, что осенью по мере охлаждения плотность воды возрастает, пока температура не упадет до +4°, а при дальнейшем охлаждении плотность начинает уменьшаться, пока вода не покроется льдом.

Температурный режим Черекского водохранилища определяется его географическим положением, глубиной, особенностями циркуляции водных масс. Поскольку интенсивность всех гидробиологических процессов зависит от температуры окружающей среды и изменяется примерно 2,5 раза в ту или другую сторону в зависимости от повышения или понижения температуры воды на 10°, то чрезвычайно важно иметь ясное представление о распределении

температуры как одного из основных экологических факторов.

Годовой цикл изменений температуры водохранилища схематически представлен на рисунке 1.

Температурный режим каждого из плёсов Черекского водохранилища имеет свои особенности. Вскрытие водоёма происходит не одновременно. В средней части водохранилище вскрывается на 5—10 дней позднее, чем в верхней, последним освобождается ото льда приплотин-ный участок. В начальный период весеннего прогрева самые тёплые воды присутствуют в верхнем участке водоёма, наиболее холодные — в глубоководном, наименее — в проточном нижнем Черекском плёсе.

С уменьшением проточности в конце весны особенности термики вод отдельных плёсов проявляются более чётко. В глубоком Черекском плёсе наблюдается температурное расслоение вод по вертикали. Разности между поверхностными и придонными температурами достигают 5—8°. До максимального значения (18—22°) вода нагревается в конце июня — начале августа.

Наибольшим колебаниям в летний период подвержена температура воды Черекского плёса, где водохранилище переходит в реку, а плавные её изменения наблюдаются в эстуариях рек.

Таким образом, зимой и ранней весной температурные условия Черекского водохранилища приближаются к речным, тогда как летом с установлением температурной стратификации и осенью при выхолаживании они близки к озёрным.

Мутность воды зависит от наличия взвешенных частиц. Они образуют основную массу иловых отложений, которые можно разделить на две группы: осаждающиеся и трудно осаждающиеся. Быстрота осаждения частиц зависит от характера их удельной массы, формы, а также от плотности воды и ряда других причин. Процентное содержание различных частиц в водохранилище представлено в таблице 3.

Мутность воды в водохранилище очень сильно меняется по интенсивности и по своим свойствам как в течение сезона, так и по вертикали, в связи с резким увеличением плотности воды в зоне металимниона.

Как видно из таблицы 3, время осаждения частиц зависит от их удельного веса. Частички с удельным весом меньше 1 или взвеси с чрезвычайно мелкими частицами (илом, глиной) затрачивают времени на осаждение в сотни и тысячи раз больше по сравнению с мелкими. Время осаждения последних очень велико и поэтому их можно отнести к трудно осаждающимся. Это говорит о наличии в этих частицах планктонных организмов, например, Gloetrichia, часто встречающихся в период цветения водоёмов.

ХП I

Закрашенный участок - слой с повышенной заилённостью воды (в циркуляции не участвуют) Рис. 1 - Годовой цикл температуры в меромиктической части водохранилища

3. Характеристика и содержание частиц в Черекском водохранилище

Виды частиц Диаметр, мм Время осаждения на 1 м Содержание, %

Гравий 12,5 1,5 сек. 21

Крупный песок 1,6 10,2 сек. 30

Мелкий песок 0,57 125 сек. 31

Ил 0,15 130 мин 10

Глина 0,001 69 дней 8

Глубина проникновения солнечного света в водную массу в основном зависит от степени прозрачности воды, которая в первую очередь определяется мутностью. В таблице 4 представлены данные за три года по сезонам. Они позволяют утверждать, что прозрачность воды в водохранилище достигает наибольшей величины перед паводком: в декабре — феврале.

Мы считаем, что круглогодичные средние данные о прозрачности воды в водохранилище можно принять за основу при разведении аквакультуры и других гидробионтов.

Солевой состав воды характеризуют органические и неорганические соединения. Он зависит от стока рек, количество и качество которых меняется под воздействием климатических условий года, географической зоны расположения водоёма. В связи с этим по классификации [9] Черекское водохранилище можно отнести к II фации (зоне лесного пояса с преобладанием

гидрокарбонатно-кальциевых гидрохимических фаций).

Характерной особенностью Черекского водохранилища является своеобразный состав воды. Водохранилище расположено в зоне избыточного увлажнения, принимает воду из нескольких горных рек, довольно чётко выделяется по химическому составу (табл. 5), наибольшей минерализации достигает в весенний период — от 189 до 190 мг/л. Природная вода минерализуется, приходя в соприкосновение с горными породами. Отсюда ясно, что от характера горных пород и почвы зависит степень минерализации рек. На гидрокарбонаты приходится в среднем 60% общего количества солей, а на хлористые — 10%. В солевой состав воды входят такие биогенные вещества и микроэлементы, значение которых в жизненных процессах, несмотря на малое содержание в природных водах, велико (табл. 6). Основные биогенные вещества — азот и фосфор.

Общее содержание азота в водохранилище резко колеблется — от десятых долей до 2—3 мг/л. Во многих случаях повышение содержания общего азота связано с наличием в воде азотной кислоты (нитратов) минерального происхождения. При содержании в воде азота нитратов до 0,5—1 мг/л хорошо развиваются зелёные, в частности, протококковые водоросли, наиболее желательные для Черекского водохранилища.

4. Изменение прозрачности воды (в м), 2004—2006 гг.

Годы Месяцы

VI VII VIII IX X XI XII I II III IV V

2004 2005 2006 Средняя 2,2 1,9 1,5 1,86± 0,17 1,9 1,8 1,3 1,66± 0,21 2.4 2.5 2,0 2,3± 0,12 3,0 2,8 2,4 2,7± 0,71 3,1 3,0 2,8 2,96± 0,51 3.4 3.5 3,2 3,36± 0,27 4,5 4,7 4,1 4,43± 0,61 6,1 7,2 6,6 6,63± 0,31 6,7 8,0 7,1 7,26± 0,81 3.2 3.3 2,9 3,1± 0,2 3,0 2,9 2,5 2,8± 0,54 2,3 2,1 2,0 2,1± 0,15

5. Средняя концентрация ионов за несколько лет, мг/л

Ионы Весна Лето Осень Средняя

Са++ 190 160 189 179,6

Mg++ 163 149 153 155,0

Na+ 147 130 150 142,3

K+ 150 134 157 147,0

HCO3- 150 140 155 148,3

S<Of - 532 384 576 197,3

Cl- 217 170 251 212,7

Сумма ионов 1549 1267 1631 1482,3

6. Среднее содержание минерального фосфора и органического вещества, мг/л

Показатели Весна Лето Осень Средняя

Аммонийный 0,2 0,68 0,26 0,38

азот

Нитраты 0,62 1,35 1,1 1,02

Нитриты 0,004 0,01 0,011 0,008

Фосфаты 0,25 0,37 0,23 0,28

7. Газовый режим водохранилища

Показатели Весна Лето Осень Средняя

О2 11,6 8,9 10,9 10,5

СО2 3,0 2,9 8,2 4,7

СО32- 17,1 - 16,2 16,7

В воде фосфор содержится в виде солей фосфорной кислоты и органических соединений. Основным источником пополнения фосфора является сток воды с горных пастбищ (табл. 6). Для интенсивного развития зелёных, в частности протококковых, водорослей достаточно 0,2 мг Р2О5.

Концентрация органических веществ и минерального фосфора в водохранилище носит сезонный характер. Отмечено увеличение концентрации органических веществ и минерального фосфора от весны к осени.

Газовый режим водохранилища, хотя и изменяется по сезонам, но в целом благоприятен для жизнедеятельности гидробионтов (табл. 7).

Таким образом, гидрохимический состав водохранилища, на основные экологические параметры которого оказывает влияние технология водоснабжения, вполне благоприятный для выращивания биологической продукции, производства аквакультуры (карпа и растительноядных рыб).

Литература

1. Рутковский В.И., Кудрина Т.Н. Краткий справочник по геохимии. М.: Высшая школа, 1977. С. 57—60.

2. Кузнецов С.И. Биологический метод оценки богатства водоема биологическими элементами // Микробиология. Т. 14 (4). С. 248-253.

3. Буторина П.В. Общая гидрохимия. Л.: Наука, 1969. С. 20-30.

4. Баранов С.А. Химизм воды. М., 1979. С. 45-47.

5. Бессонов Н.М., Привезенцев Ю.А. Рыбохозяйственная гидрохимия. М.: Агропромиздат, 1987. С. 155-159.

6. Харитонова Н.Н. Методические рекомендации по совершенствованию метода комплексной идентификации прудового рыбоводства УССР. Киев, 1975. С. 13-23.

7. Разумов А.С. Микробиология водной экосистемы. М.: Наука, 1974.

8. Газаев М.И., Жанжикова Л.З. и др. Физико-химические исследования состояния рек и их притоков на территории Кабардино-Балкарского заповедника // Тезисы VI международного форума. Турция, 2004. С. 1-3.

9. Казанчев С.Ч. Эколого-гидрохимическая характеристика рыбохозяйственных водоёмов КБР. Нальчик: КБГСХА, 2003. С. 150.