Выявление связей между характеристиками озер и значениями морфометрических показателей озер (на примере Курганской области)

тельствуют о значительных масштабах этого явления как для ранних стадий развития рыб, так и для взрослых особей. Наиболее велика доля скатившихся рыб от объема промысловых уловов у судака и налима. Наименее подвержены скату взрослые особи леща. Общий ущерб в стоимостном выражении от ската рыб из Новосибирского водохранилища в нижний бьеф в 2003 г составил более 180 млн руб. Следует отметить, что количественная оценка ущерба рыбным запасам от ската рыб из водохранилища имеет ориентировочный характер. В дальнейшем необходимо проведение более углубленных исследований этого явления с учетом расширения наблюдений во временном масштабе (круглогодично) и усовершенствования методики сбора первичных материалов.

Список литературы

1. Абрамович Д.И., Самочкин В.М. Гидрологический режим водохранилища Новосибирской ГЭС// Тр.биол. института.-Вып. 7.-Новоси-бирск, 1961. -С. 7-21.

2. Исмуханов Х.К., Сецко Р.И. Проблемы рыбохозяйственного освоения крупных водохранилищ Обь-Иртышского бассейна // Биологические основы рыбного хозяйства Западной Сибири. -Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние, 1983. -С. 104-106.

3. Конобеева В.К., Изюмов Ю.Г. Эколого-функциональный подход к методике оценки влияния гидротехнических сооружений на численность популяции рыб в водохранилищах// Энергетическое строительство.- 1993. -№4. -С. 21-29.

4. Констандиниди К.И., Сецко Р.И. Рыбное хозяйство Верхней и Средней Оби в условиях зарегулированного стока // Проблемы Новосибирского водохозяйственного комплекса и пути повышения его народнохозяйственной эффективности. -Новосибирск, 1975. -С. 5052.

5. Павлов Д. С., Лупандин А. И., Костин В. В. Покатная миграция рыб через плотины ГЭС. -М.: Наука, 1999. -256 с.

6. Павлов Д.С., Лупандин А.И., Костин В.В. Явление покатной миграции рыб из водохранилищ: закономерности и механизмы // Актуальные проблемы водохранилищ: Тезисы докладов. -Ярославль, 2002. -С. 227-228.

7. Подлипский Ю.И. К вопросу организации и некоторые итоги комплексных исследований Новосибирского водохранилища // Тр. ЗапСиб-НИИГоскомгидромета. -Вып. 70. -М.: Гидрометеоиздат, 1985. -С. 316.

8. Сецко Р.И. Характеристика скоплений рыб на приплотинном участке нижнего бьефа плотины Новосибирской ГЭС // Биологический режим и рыбохозяйственное использование Новосибирского водохранилища. -Новосибирск, 1976. -С. 134-140.

9. Широков В.М. Общие сведения о водоеме // Формирование береговой зоны Новосибирского водохранилища. -Новосибирск, Наука. Сиб. отд-ние, 1968. -С. 5-7.

А.Е. Пшеничников

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова,

кафедра картографии и геоинформатики; infarkh@mail.ru

ВЫЯВЛЕНИЕ СВЯЗЕЙ МЕЖДУ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ ОЗЕР И ЗНАЧЕНИЯМИ МОРФОМЕТРИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ОЗЕР

During studying lakes of Kurgan area with the help of morphometrical analysis the following results have been received: the size of a specific reservoir and the area of lake influence a mineralization of lake; for different genetic types of lakes the certain ranges of values morphometrical parameters; the certain orientation of the lake hollows located in genetically various downturn of a relief is inherent in lakes of east part of Kurgan area. The revealed laws allow to use space pictures of lake areas semi-arid regions of Western Siberia for remote definition of genesis and a mineralization of numerous small lakes with the purpose of a rough estimation of water and mineral resources.

Морфометрическое изучение озер имеет длительную историю. Обычно основные морфометрические показатели рассчитывались на основании данных полевых исследований либо по картам в камеральных условиях. Проведение таких расчетов занимало много времени. Кроме того, изображение озер на картах не всегда точно соответствовало действительности вследствие генерализации изображения. В связи с этим значения морфомет-рических показателей могли быть определены неправильно.

Применение материалов космической съемки позволило сделать значительный шаг в изучении озер. На космических снимках озера отображаются довольно четко, поэтому снимки успешно используются в целях картографирования озер. На картах состояние объектов и явлений отображено на период создания карты. Например, карта масштаба 1:500000 на территорию Курганской области была составлена в 1995 году. Снимок по сравнению с картой дает более современную и достоверную информацию (в нашем случае, о состоянии озера (рис.1)), позволяет точнее рассчитать показатели, отображающие морфометрические характеристики озера.

Среди основных направлений изучения озер по космическим снимкам можно назвать применение снимков в целях определения свойств озерных вод (мутность, распространение взвесей), характера зарастания [6,8,12]. С помощью космических снимков проводится также изучение ледовой обстановки на озерах, определение размеров озер, расчет морфометрических показателей (например, озерность территории, коэффициенты формы, изрезанность береговой линии озер). Кроме этого, поре-зультатам исследований обновляют старые и создают новые лимнологические карты. Однако работ с приме-мере Курганской области.

Л „ 1

Рис.1. Очертание озера Кабанье накарте и снимке: 1 - граница озера по карте масштаба 1:500000 1994 г.,

2 - площадь озера снимку ASTER

Изучение озерных котловин Курганской области имеет большое практическое значение. На востоке области испытывается дефицит питьевой воды и воды для хозяйственных целей. Особенно актуальна эта проблема в засушливые годы. Кроме того, изучение озер Курганской области имеет научное значение: типизация озер необходима для выяснения происхождения рельефа, что особенно важно, если учесть дискуссионность вопроса о генезисе некоторых его форм (гривно-лощинный рельеф на В-Ю-В области). В качестве нового направления решения этих вопросов можно предложить определение возможных региональных связей между значениями морфометрических показателей озер и их характеристиками (тип озерной котловины, тип озерных вод, общая минерализация).

Курганская область граничит с Челябинской и Оренбургской областями и находится в одних и тех же природных зонах. Для озер этих областей, по результатам исследований [5], прослеживается связь между величиной удельного водосбора и минерализацией озера. Следовательно, можно предположить существование такой

связи между величиной удельного водосбора и минерализацией озера и на территории Курганской области. Это предположение проверено в наших исследованиях. Было решено также выявить наличие и иных возможных связей: между генетическим типом озера и значениями показателей, описывающих форму озерной котловины; между ориентировкой озерной котловины и ее типом, а также минерализацией озера.

Исследование проводилось по материалам космической съемки территории Курганской области. Для выполнения морфометрического анализа использовались космические снимки, полученные системой ASTER со спутника EOS AM1 (Terra) с разрешением 15 м в период с января 2000 г по август 2003 г На большинство озер имеются снимки, отображающие состояние озера в разные сезоны года, что позволяет точнее определить контур озера. Выбор этих снимков связан с тем, что по сравнению с другими имеющимися в наличии источниками информации (космические снимки МСУ-Э и МСУ-СК со спутника Ресурс-0-1 с разрешением 45 и 180 м соответственно) данные снимки представляют более детальные материалы.

Связь минерализации озер и величины удельного водосбора

Как отмечалось, для озер Южного Урала, расположенных в однородных ландшафтных условиях, характерно наличие связи между минерализацией озерных вод и величиной удельного водосбора озера [5]. В лесных ландшафтах связь слабая, имеет вид слабо выраженной тенденции увеличения минерализации вод озер с возрастанием величин их удельных водосборов. В лесостепных и степных ландшафтах эта связь имеет гиперболический вид: с ростом величины удельного водосбора наблюдается уменьшение общей минерализации озерных вод. Физическая причина такой связи минерализации и удельного водосбора в структуре водного баланса [14].

В качестве типичного примера лесных озерных групп выбрана группа озер Исетско-Пышминского междуречья. Данные по химическому составу воды и гидрометрическим характеристикам имеются по одиннадцати озерам. Значения их удельных водосборов колеблются от 2,0 до 24,6, минерализация озерных вод - от 189 до 557 мг/л. График соотношения этих показателей (рис.2а) свидетельствует, что связь минерализации озерных вод и значений удельных водосборов в лесной зоне отсутствует.

Данные по озерам, расположенным в пределах лесостепной зоны Курганской области (рис. 2б), указывают на отчетливую связь минерализации озер с величиной их удельных водосборов. Так, при значениях удельного водосбора 7,6-13,3 минерализация озерных вод составляет 12900-53000 мг/л, а при удельном водосборе 17,426,8 минерализация равна 544-730 мг/л.

О Ч-1-1-, " п1 1

(ВДВ 1000 здоо вдоо "да: аде

тт _ ^ Уделъныйв одосбор

УдепьныиЕодо.с Ьор

* 1 Ф

Ли?тая треща

Рис.2. Связ минерализации озер с величиной удельного водосбора в разнвх природных зонах на территории Курганской области а - лесная зона; б - лесостепная(1) и степная (2) зоны

Значения удельных водосборов озер степной зоны колеблются от 3,4 до 21,3, минерализации - от 1360 до 85900 мг/л. Однако связь хорошо заметна (рис. 2б) - при удельном водосборе 3,4-8,5 минерализация составляет 21100-85900 мг/л, а при удельном водосборе 9,8-21,3 минерализация равна 1360-9420 мг/л. Высокие значения минерализации объясняются тем, что при малых значениях удельных водосборов значительное испарение с поверхности озер и незначительное количество осадков не компенсируются приходом вод с водосбора. Связь минерализации озер и площади озера Среди множества факторов, формирующих химический состав воды озер и ее минерализацию, немаловажное значение также имеют такие морфометрические параметры озер, как площадь водного зеркала и площадь водосбора. Особенно характерна такая зависимость для бессточных озер.

Размер площади зеркала воды бессточного озера сильно влияет на его минерализацию. В зоне избыточного увлажнения, например, увеличение площади водоема ведет к уменьшению минерализации, что связано с увеличением поступающих в озеро слабоминерализиро-ванных атмосферных осадков. Восток и юг Курганской области находятся в зоне недостаточного увлажнения. Здесь главную роль в водном и солевом балансе играет испарение, а не атмосферные осадки, соответственно размер акватории способствует накоплению солей ввиду преобладания процесса испарительного концентрирования [13]. Чтобы подтвердить наличие этой зависимости, была рассчитана степень тесноты связи между площадью озера и минерализацией. Полученное значение коэффициента корреляции г=0,634 с вероятностью 99% свидетельствует о наличии достаточно тесной связи между площадью озера и минерализацией.

Связь генетических типов озер и значений мор-фометрических коэффициентов

Определение генетического типа озера - довольно сложная задача, требующая комплексного решения. В этом плане интересным представляется выявление возможной связи между генетическим типом озера и значениями морфометрических коэффициентов, описывающих форму озерной котловины. Для того чтобы выявить, существует ли такая связь, для 182 озер Курганской области автором рассчитаны значения следующих морфометрических показателей: коэффициент компактности, коэффициент формы, степень сопоставления с кругом и степень расчлененности контуров объектов. После этого в ходе анализа полученных данных были определены интервалы значений коэффициентов для разных генетических типов (табл. 1).

Таблица 1

Интервалы значений морфометрических коэффициентов

озерных котловин разных типов

Тип озера Коэффи- Коэффи- Степень Степень рас-

циент циент сопостав- члененности

компак- формы ления с контура объ-

тности кругом екта

Суффозионно- 0,15-0,36 12,83-14,48 1,02-1,15 0,91-2,13

просадочныи

Эолово- 0,36-0,79 23,55-88,07 1,80-7,01 0,45-0,91

дефляционный

Древнедолинный 0,79-1,37 14,48-23,55 1,15-1,80 0,23-0,45

Выявленная связь позволяет сделать вывод, что значения морфометрических коэффициентов, характеризующих форму озера, могут использоваться в качестве одного из критериев при определении генетического типа озер Курганской области.

Следует отметить, что значения морфометрических показателей некоторых озер свойственны двум генети-

ческим типам (например, значения коэффициента компактности и степени расчленения озера Вишнякколь характерны для озер эолово-дефляционного типа, а коэффициента формы и степени сопоставления с кругом - суф-фозионно-просадочного типа). Скорее всего котловины таких озер формировались в результате взаимодействия нескольких процессов, а не в результате действия одного решающего фактора.

Связь минерализации озера и ориентировки озерной котловины

В ходе исследования озер восточной части Курганской области были рассмотрены показатели 99 озер. Свыше 60 % озер являются озерами субмеридионального направления (рис.За).

Такие озера приурочены преимущественно к древним долинам рек, а озера субширотного направления - к межгривным понижениям. Связь между ориентировкой озерной котловины и ее типом объясняется субмеридиональным направлением ложбин древнего стока, в переуглубленных участках которых и образовались озера древнедолинного [1] типа.

а- 5

-—- ¡Я

Ш 87%

Рис.3. Распределение 92 озер восточной части Курганской области а)по ориентации (азимуту) продольной оси озерной котловины: 1 - озера субширотного направления и2 - озера субмеридионального направления; б) распределение 52 озер субмеридиального направления по солености водной массы: 1 - соленые; 2 - пресные

Помимо этого, 52 озера субмеридионального направления или 86,7% от всего количества обследованных озер этого направления относятся к солоноватым, соленым и рассольным (общая минерализация более 1 г/л), в то время как большинство озер субширотного направления -пресные (общая минерализация менее 1 г/л) (рис. 36).

Для анализа связи между ориентацией озерной котловины и минерализацией озера линейный коэффициент корреляции не подходит, так как он достаточно точно оценивает степень тесноты связи лишь в случае линейной зависимости между признаками. При наличии же криволинейной зависимости, как в нашем примере, линейный коэффициент корреляции недооценивает степень тесноты связи и даже может быть равен нулю, а потому в таких случаях целесообразнее использовать в качестве показателя степени тесноты эмпирическое корреляционное отношение, которое рассчитывается по формуле [10]:

где 52 - межгрупповая дисперсия;

о

0О - общая дисперсия результативного признака.

Для проведения расчетов рассматриваемые озера восточной части Курганской области разбиты натри группы, которые различаются по ориентации озерной котловины (табл.2). Величина корреляционного отношения будет равна нулю, когда нет изменчивости в величине средних по выделенным группам.

Таблица 2

Гоуппы озер по ориентации озерной котловины

Ориентация (азимут) оси Кол-во Средняя минерализация

озерной котловины, град. озер озер в группе, г/л

С-ССВ 16 20.82

ССВ - ююв 40 4.61

ЮЮВ-Ю 18 13.62

В тех случаях, когда практически вся вариация результативного признака (минерализации) обусловлена действием факторах (ориентацией котловины), величина корреляционного отношения близка к 1. В нашем примере значение корреляционного отношения для всех исследуемых озер равно 0,374. Полученная величина позволяет судить о связи между минерализацией озера и ориентацией озерной котловины. Значимость рассчитанного корреляционного отношения оценивается с помощью дисперсионного отношения Ррасч. по формуле [10]:

Г = 1

расч •

где 81 межгрупповая дисперсия,

$2 - внутригрупповая дисперсия.

В результате расчетов получаем Ррасч.= 5,78. Табличное значение Р-критерия при 5%-м уровне значимости меньше Ррасч., что свидетельствует о значимости связи между ориентацией озерной котловины и минерализацией озера.

Высокую минерализацию субмеридиональных озер можно объяснить тем, что они занимают более низкое гипсометрическое положение по сравнению с водораздельными и межгривными озерами и располагаются в переуглубленных впадинах. В них аккумулируется сток с больших территорий, вынос же солей отсутствует, так как эти переуглубленные участки прорезают первый от поверхности водоносный горизонт среднего олигоцена и врезаются в водоупорные глины нижнего олигоцена -верхнего эоцена [4]. В результате как поверхностный, так и подземный сток из таких озер отсутствует и идет преимущественно только аккумуляция наносов и солей.

Связь минерализации озера и его гипсометрического положения

Дополнительно, без привлечения космических снимков, было проведено исследование по выявлению связи между гипсометрическим положением озера и его минерализацией. В целом гипсометрическое положение озер хоть и опосредованно, но влияет на перераспределение солей, накапливающихся в озерных котловинах. Изменение минерализации в озерах Курганской области в зависимости от абсолютной отметки уреза воды прослеживается довольно четко. Водоем, расположенный выше, при равенстве остальных параметров имеет худшие условия для соленакопления, нежели водоем, расположенный в котловине. Озера, расположенные на наиболее низких отметках, могут являться местным базисом для всех солей, приносимых как поверхностным, так и подземным стоком [13]. Л.А. Земляницына [7] отмечает, что большинство бессточных озер, расположенных на высоких гипсометрических отметках, из-за слабой вре-занности котловин не в состоянии дренировать ни одного водоносного горизонта, поэтому лишены грунтового питания. Благодаря фильтрации такие озера сами являются источниками питания грунтовых вод, вследствие чего

они имеют пресную или слабоминерализованную воду.

В качестве примера влияния гипсометрического положения озера на минерализацию можно привести озера Тобол-Ишимского междуречья, которые сосредоточены в основном в древних долинах рек. Пресные озера данного района занимают наивысшее положение рельефа, а соленые - в основном котловины с более низким гипсометрическим положением. Эту закономерность наглядно иллюстрирует поперечный профиль через древние долины и водораздел (рис. 4).

Таким образом, для озер, расположенных в пределах лесостепной и степной зон Курганской области, характерна связь между величиной удельного водосбора и минерализацией их водной массы: с ростом величины удельного водосбора наблюдается уменьшение минерализации озерных вод. Это обусловлено тем, что при малых значениях удельных водосборов значительное испарение с поверхности озер не компенсируется приходом вод с водосбора, которые могут снизить общую минерализацию. Для озер этих природных зон выявлена также статистически значимая связь между минерализацией и площадью озера.

5.

6

7.

8.

9

12.

Рис.4. Минерализация озер с разным гипсометрическим положением их котловин: 1 - абсолютная отметка уреза воды

Для разных генетических типов озер характерны определенные диапазоны значений морфометрических показателей: коэффициента компактности, коэффициента формы, степени сопоставления с кругом, степени расчлененности контура объекта. Это дает возможность использовать значения морфометрических показателей, характеризующие форму объекта, при косвенном определении генетического типа озер Курганской области.

Озерам восточной части Курганской области (Тобол - Ишимского междуречья) присуща определенная ориентация озерных котловин, расположенных в генетически различных понижениях рельефа: большинство озер с субмеридиональным направлением продольной оси расположены в переуглубленных впадинах древних долин, а озера с субширотным ее направлением приурочены к межгривным понижениям. При этом субширотные озера в основном пресные, а субмеридиональные - солоноватые, соленые и рассольные. Эти закономерности позволяют использовать космические снимки озерных районов семиаридных регионов Западной Сибири для дистанционного определения генезиса и минерализации многочисленных малых озер с целью ориентировочной оценки водных и минеральных ресурсов.

Список литературы

1. Андреева М.А. Озера Среднего и Южного Урала. -Челябинск, 1973.

2. Берлянт А.М. Карта рассказывает. - М., 1980.

3. Викторов А.С. Математическая морфология ландшафта. - М., 1998.180 с.

4. Егоров В.П., Кривонос Л.А. Почвы Курганской области. - Курган, 1995.

Еремеева М.Н., Черняева Л.Е., Черняев А.М. Гидрохимическая зональность Урала // Водные ресурсы. - 1973. - №1. - С. 43-54. Заволокин Ю.В., Шляхова Л.А., Родзин В.И. и др.Неконтактные методы контроля качества вод// Труды ГГИ.-1981.-Вып. 285. -С. 127-134. Земляницына Л.А. О грунтовом питании озер Северного Казахстана //В кн.: Озера полуаридной зоны. - М. - Л., 1963. -С. 118 - 144. Кондратьев К.А., Брук В.В., Дружинин Г.В. и др. Возможности использования космической информации для изучения процессов загрязнения и эвтрофирования озерных систем // Исследование Земли из космоса. -1988. -№4. -С. 49-57.

Кравцова В.И. Космические методы картографирования / Под ред. Ю.Ф. Книжникова. - М.: Изд-во МГУ, 1995. - 240 с. Миллс Ф. Статистические методы. -М.: Госстатиздат, 1956.- С. 776. Муравейский С.Д. Очерки по теории и методам морфометрии озер //В кн.: Реки и озера. - М., 1960.

Товизи Г. Определение характеристик гидрологических объектов дистанционным методом // Труды ГГИ.- 1981.- Вып. 285.- С. 25-28.

13. Черняева Л.Е. Лимнохимическая зональность. Урал и Приуралье.-Л., 1983.

14. Эдельштейн К.К. Водные массы долинных водохранилищ. - М.: Изд-во МГУ, 1991.

А.П. Садчиков

Московский государственный университет, кафедра гидробиологии; aquaecotox@yandex.ru; О.В. Козлов

Курганский государственный университет, кафедра зоологии и биоэкологии; kozloff@kgsu.ru

ПРИЖИЗНЕННОЕ ВЫДЕЛЕНИЕ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА ФИТОПЛАНКТОНОМ МОЖАЙСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА

Extracellular production of phytoplankton in different depth of the reservoir made 2-84% of the including under photosynthesis С14; in the upper half-meter layer there was given off 2-21%, but on the border transparention - 19-84%.

При изучении продукции фитопланктона прижизненное выделение им органического вещества чаще всего не учитывается, несмотря на то, что его величины порой бывают довольно существенными [1]. А это приводит к заниженным результатам первичной продукции водоемов. В соответствии с изложенным, в нашей работе представлены результаты как внутриклеточной, так и внеклеточной продукции фитопланктона.

Материал и методы исследований. Эксперименты проводились на мезотрофном Можайском водохранилище; работы с радиоактивными веществами выполняли в лаборатории изотопного анализа биологического факультета МГУ Несколько раз в течение лета 1988 г определяли внутри- и внеклеточную продукцию в том же водохранилища. Пробы воды отбирали от поверхности до глубины 1-3 м (в зависимости от прозрачности по диску Сек-ки). Нижним горизонтом отбора проб служила граница видимости диска Секки; между поверхностью и нижним горизонтом отбирали пробы еще на двух точках, составляющих 1/2 и 2/3 прозрачности по диску Секки.

Пробы воды разливали в светлые и темные склянки (в трех повторностях), добавляли NaH14CO3 с таким расчетом, чтобы в I мл воды было около 250 тыс. имп/ мин, и экспонировали in situ в течение 4 часов. После экспозиции водоросли фильтровали через мембранные фильтры (диаметр пор 1,5 мкм) и подсчитывали их радиоактивность на сцинтилляционном счетчике «Rackbeta 1217» (фирма LKB). Фильтрат, освобожденный от бактерий