ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ТРАНСПИРАЦИИ ЗАГРЯЗНЕННЫХ ВЕЩЕСТВ В ВОДОСБОРЕ БАССЕЙНА ТРАНСГРАНИЧНОЙ РЕКИ ИЛЕ

НАУЧНЫЕ СТАТЬИ

Гидрометеорология и экология № 1 2019

УДК 502.504:627.83

Доктор техн. наук Ж.С. Мустафаев 1

Доктор техн. наук А.Т. Козыкеева 1

Л.Б. Рыскулбекова 1

ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ТРАНСПИРАЦИИ ЗАГРЯЗНЕННЫХ ВЕЩЕСТВ В ВОДОСБОРЕ БАССЕЙНА ТРАНСГРАНИЧНОЙ РЕКИ ИЛЕ

Ключевые слова: анализ, оценка, система, систематизация, вода, вещество, экология, состояние, воздействие, природа, методика, трансформация.

На основе системного анализа многолетних информационно-аналитических материалов РГП «Казгидромет» по загрязнению воды в бассейне трансграничной реки Иле и с использованием индекса Шеннона и коэффициента предельной загрязненности В.В. Шабанова, произведена оценка качества воды по гидрохимическим показателям в пространственно-временном масштабе в условиях антропогенной деятельности.

Актуальность. Потенциал самоочищения природной среды водосбора речных бассейнов можно рассматривать как интегральную экологическую оценку техногенных процессов, которые возникают при загрязнении в условиях антропогенной деятельности. При этом именно через определение потенциала самоочищения водной экологической системы появляется возможность определить степень влияния антропогенной деятельности в формировании эколого-водохозяйственного состояния водосборов речных бассейнов. Потенциал самоочищения природной среды водосборов речных бассейнов определяет его геоэкологическую устойчивость к техногенным воздействиям.

Любое техногенное вмешательство в структуру миграционных процессов в водосборах речных бассейнов влечет за собой прямую или обратную цепную реакцию, которые приводят к экологическому нарушению в водной среде и особенно проявляется в их трансаккумулятивной

1 КазНАУ, Алматы, Казахстан

зоне, что требует необходимости проведения эколого -водохозяйственной оценки с учетом уровня изменения внешних факторов, в условиях антропогенной деятельности.

Объект исследования. Река Иле является основной водной артерией бассейна озера Балкаш. Она берет начало на ледниках Музарт в Центральном Таниртау истоком реки Текес на горный хребет в Кыргызстане и частично Казахстане, затем течет по территории КНР, где сливается с реками Кунес и Каш, затем снова входит в пределы Республики Казахстан и на 1001-м км впадает в озеро Балкаш. Общая длина реки составляет 1439 км, а в пределах Республики Казахстан - 815 км. Площадь бассейна реки Иле на территории Казахстана составляет 77400 км2, тогда как общая площадь равна 140 тыс. км2 (примерно 75 % водосборной площади озера Балкаш [1]. Стокоформирующая часть бассейна расположена в Китае (густота сети - от 0,6 до 3 км/км2) [1].

Цель исследования. Провести оценку эколого-водохозяйственного состояния водосбора бассейна реки Иле в Казахстанской части, на основе многолетних наблюдений с помощью гидрохимических показателей.

Материалы и методы исследования. На основе информационной базы, для оценки качества воды и экологического состояния водных объектов в бассейне реки Иле, были использованы материалы сборников «Ежегодные данные о качестве поверхностных вод» Республики Казахстан» РГП «Казгидромет» МОСВР РК и многолетние фондовые и литературные источники по гидрохимическим показателям [1], включающих азот аммонийный (ЫИ4), азот нитритный (N02), азот нитратный (N03), хлориды (С1), сульфаты (£04), медь (Си ), цинк (Хп ), железо общее (Ев) и нефтепродукты (табл. 1).

Теоретический и методологический подход основывается на современных представлениях в географической науке о системно-формирующей роли речного стока, структуре и функциях водосборов, определяющих условия жизни людей и функционирование экологических систем.

Концентрации загрязняющих веществ в речной воде в водосборе бассейна реки Иле в пространственно-временном масштабе

Показатель Средние концентрации веществ за период, год загрязняющих

1990 1995 2000 2005 2010

Река Иле - в створе гидропоста пристань Добын

Расход воды (Q), м/с 435,0 409,0 370,0 480,0 595,0

Взвешенные вещества, - 751,6 123,3 49,2 -

мг/л

Азот аммонийный (NN 4), - 0,10 0,11 0,06 -

мг/л

Азот нитритный (N0 2), - 0,01 0,03 0,06 -

мг/л

Азот нитратный (N03), - 1,00 0,87 0,72 -

мг/л

Нефтепродукты, мг/л - 0,06 0,07 0,03 0,025

Хлориды (С1), мг/л - 8,87 6,55 12,86 -

Сульфаты (¿04), мг/л - 76,70 77,06 62,38 -

Железо общее (Ев), мг/л - 0,18 0,30 0,34 0,233

Медь (Си ), мг/л - 3,33 14,52 7,10 8,568

Цинк (2п), мг/л - 5,00 22,46 4,00 2,005

Река Иле - в створе гидропоста 164 км выше ГЭС

Расход воды (Q), м/с 493,0 454,0 433,0 521,0 750,0

Взвешенные вещества, - - 120,6 69,0

мг/л

Азот аммонийный (NN 4), - - 0,07 0,11 0,027

мг/л

Азот нитритный (N0 2), - - 0,03 0,02 0,020

мг/л

Азот нитратный (N03), - - 0,94 0,89 0,599

мг/л

Нефтепродукты, мг/л - - 0,05 0,03 0,011

Хлориды (С1), мг/л - - 7,31 11,80 -

Сульфаты (¿04), мг/л - - 80,91 79,43 -

Железо общее (Ев), мг/л - - 0,14 0,14 0,074

Медь (Си ), мг/л - - 6,32 8,08 10,78

Цинк (2п), мг/л - - 13,95 1,95 1,763

Река Иле - в створе гидропоста Капчагай 26 км ниже ГЭС

Показатель Средние концентрации веществ за период, год загрязняющих

1990 1995 2000 2005 2010

Расход воды (Q ), м3/с 454,0 451,0 526,0 533,0 718,0

Взвешенные вещества, 29,4 20,6 40,0 14,2 -

мг/л

Азот аммонийный (ЫИ 4), 0,03 0,05 0,08 0,09 0,009

мг/л

Азот нитритный (N0 2), 0,01 0,01 0,01 0,01 0,005

мг/л

Азот нитратный (N03), 0,66 0,56 0,81 2,14 0,573

мг/л

Нефтепродукты, мг/л 0,15 0,15 0,05 0,02 0,009

Хлориды (С1), мг/л 18,69 35,03 5,65 70,31 -

Сульфаты (£04), мг/л 61,59 98,34 78,0 70,28 -

Железо общее (Ев), мг/л 0,06 0,11 0,05 0,13 0,065

Медь (Си ), мг/л 0,93 1,75 4,36 5,03 6,028

Цинк (Хп ), мг/л 2,44 3,63 8,11 3,19 2,468

Река Иле - в створе гидропоста село Ушжарма

Расход воды (Q ), м/с 447,0 451,0 552,0 539,0 -

Взвешенные вещества, 46,4 40,4 34,9 33,0 -

мг/л

Азот аммонийный (ИИ 4), 0,01 0,03 0,05 0,06 -

мг/л

Азот нитритный (N0 2), 0,00 0,02 0,01 0,01 -

мг/л

Азот нитратный (N03), 0,61 0,46 0,85 0,67 -

мг/л

Нефтепродукты, мг/л 0,18 0,17 0,07 0,02 0,007

Хлориды (С1), мг/л 27,20 30,28 8,26 12,21 -

Сульфаты (£04), мг/л 86,40 88,84 78,02 82,13 -

Железо общее (Ев), мг/л 0,06 0,09 0,05 0,05 0,068

Медь (Си ), мг/л 0,13 1,00 3,96 7,26 10,52

Цинк (Хп ), мг/л 2,36 6,67 14,15 1,95 1,933

Для оценки качества водных ресурсов и экологического состояния водных экосистем в практике водного хозяйства широко используются методы, основанные на использовании комплексных показателей, то есть определения пределов допустимых изменений

[3], гидрохимического индекса загрязнения (ГЗВ) [3], а также методологического обеспечения Н.Г. Булгакова [4],В.П. Емельяновой [5], Т.Н. Мои-сеенко [6], М.Ж. Бурлибаева [7] и В.В. Шабанова [8].

При этом, для оценки качества воды и экологического состояния водных объектов, в водосборе бассейна реки Иле, применена методика В.В. Шабанова, с использованием коэффициента предельной загрязненности (Кпз) [8]:

1 N С.

Кпз = — 2--1,

П3 N г=1 ПДК

где I - номер загрязняющего воду вещества; N - количество учитываемых веществ; ПДК - предельно-допустимая концентрация учитываемых веществ; СI - фактическая концентрация учитываемых веществ; Кпз - коэффициент предельной загрязненности, характеризующий качество воды, состояние водного объекта рек и его водохозяйственное значение, которое оценивается в соответствии классификации, приведенной в табл. 2.

Таблица 2

Классификация качества воды по показателю коэффициента предельной загрязненности (Кпз) [8] и трофического статуса Е.С.Шеннона (Н ) [9]

Коэффициент предельной загрязненности

Очень Чистая Умеренно Загрязненная Грязная Очень

чистая чистая грязная

<-0.80 -0.80-0.0 0.0-1.0 1.0-3.0 3.0-5.0 >5.0

Торфического статуса Е.С.Шеннона

3,06-2,30 2,30-1,89 1,89-1,52 1,52-1,32 1,32-1,25 1,25-1,11

Олиго- а -мезо- /3 -мезо- Эвтрофные Поли- Гипер-

трофные трофные трофные трофные трофные

Между коэффициентом предельной загрязненности (Кпз) В.В. Шабанова и трофического статуса Е.С.Шеннона (Н ) имеется определенная зависимость, которая имеет следующий вид [8]:

Н = 3,06- ехр[- 0,23(Кп3 + 2)].

Результаты исследования. Оценка качества воды и экологического состояния водных объектов в водосборе бассейна реки Иле проводилась в пространственно-временном масштабе, с интервалом пять лет, для выявления направленности и интенсивности гидрохимического процесса в

водных экосистемах, как среды обитания человека (таблица 3) [10; 11; 12].

Оценка загрязненности воды в низовьях реки Иле в пространственно-временном масштабе по коэффициенту предельной загрязненности

Загрязняющие щества

ве-

ПДК,

мг/л

Годы

1990

1995

2000 2005

2010

Река Или- в створе гидропоста пристань Добын

Азот аммонийный 0.39

Азот нитратный 0.02

Азот нитратный 9.0

Нефтепродукты 0.05

Хлориды 300.0

Сульфаты 100.0

Железо общее 0,30

Медь 1,0

Цинк 10,0 К

пз

-0,743 -0,500 -0,888 0,200 -0,970 -0,233 -0,400 2,330 -0,500 -0,223

-0,717 0,500 -0,903 0,400 -0,978 -0,229 0,000 13,520 1,246 1,610

-0,846 2,000 -0,920 -0,400 -0,957 -0,366 0,133 6,10 -0,600 0,480

Река Или - в створе гидропоста 164 км выше ГЭС

Азот аммонийный 0.39 -

Азот нитратный 0.02 -

Азот нитратный 9.0 -

Нефтепродукты 0.05 -

Хлориды 300.0 -

Сульфаты 100.0 -

Железо общее 0,30 -

Медь 1,0 -

Цинк 10,0 -

Кпз -

Река Или - в створе гидропоста

Азот аммонийный 0.39 -0,923

Азот нитратный 0.02 -0,500

Азот нитратный 9.0 -0,927

Нефтепродукты 0.05 2,000

Хлориды 300.0 -0,938

Сульфаты 100.0 -0,384

Железо общее 0,30 -0,800

Медь 1,0 -0,07

Цинк 10,0 -0,756

Кпз -0,366

-0,821 0,500 -0,896 0,000 -0,976 -0,191 -0,533 5,320 0,395 0,255

-0,717 0,000 -0,901 -0,400 0,960 -0,205 -0,533 7,080 -0,805 0,497

Капчагай -0,871 -0,500 -0,938 2,000 -0,883 -0,017 -0,633 0,750 -0,637 -0,192

26 км ниже ГЭС

-0,794 -0,500 -0,910 0,000 -0,981 -0,220 -0,833 1,360 -0,189 -0,341

-0,769 -0,500 -0,762 -0,600 -0,766 -0,297 -0,567 4,030 -0,681 -0,101

-0,500

-0,223 7,568 -0,800 1,511

-0,930 0,000 -0,933 -0,780

-0,753 9,786 -0,824 0,906

-0,769 -0,750 -0,936 -0,820

Река Или - в створе гидропоста село Ушжарма Азот аммонийный 0.39 - -0,974 -0,923 -0,871 Азот нитратный 0.02 - 0,000 0,000 -0,500

-0,783 5,028 -0,753 0,031

-0,846 -0,500

Загрязняющие ве- ПДК, Годы

щества (мг/л) мг/л 1990 1995 2000 2005 2010

Азот нитратный 9.0 - -0,932 -0,949 -0,907 -0,926

Нефтепродукты 0.05 - 2,600 2,400 0,400 -0,600

Хлориды 300.0 - -0,909 -0,899 -0,972 -0,959

Сульфаты 100.0 - -0,136 -0,112 -0,220 -0,179

Железо общее 0,30 - -0,800 -0,700 -0,833 -0,833

Медь 1,0 - -0,970 0,000 2,960 6,260

Цинк 10,0 - -0,764 -0,333 0,415 -0,805

Кпз - -0,320 -0,068 0,034 0,068

Таким образом, оценка качества воды, в водосборе бассейна реки Иле, проведенная в пространно-временном масштабе, начиная с границы Китайской Народной Республики (гидрологический пост пристань Добын) до устья реки (гидрологический пост село Ушжарма) позволила определить направленность и интенсивность их загрязнения главными ионами ( С1,N0,£04), биогенными элементами (ЛИ4,N02,N03) и тяжелыми металлами (Си, Хп). Как видно из табл. 3 вода в водосборе бассейна реки Иле в основном загрязнена тяжелыми металлами ( Си, Хп ) и нефтепродуктами, что необходимо учитывать при разработке природоохранных мероприятий. При этом следует отметить, что качество воды в створе гидропоста пристань Добын выше Капшагайского водохранилища по показателю коэффициента предельной загрязненности (Кпз) относится к чистой, ниже в створе гидрологического поста село Ушжарма, к умеренно чистой, которые показывают, что во время трансформации водного потока происходит самоочищение в природной среде на территории исследуемого объекта.

В водосборе бассейна реки Иле основными загрязняющими веществами по рыбно-хозяйственным критериям, по которым наблюдались экстремальные значения, являются: азот нитритный, нефтепродукты, сульфаты, медь, цинк, железо общее.

На основе уравнения связи, характеризующая зависимость трофического статуса Шеннона (Н) и коэффициента предельной загрязненности (Кпз) определены их количественные значения по гидрологическим постам, расположенных в водосборе бассейна реки Иле, во временном масштабе (табл. 4).

Сравнительная оценка геоэкологического состояния водной экосистемы в водосборе бассейна реки Иле, зависимости от трофического статуса Шеннона

Год Гидрологические посты в водосборе бассейна реки Иле

пристань 164 км выше 26 км ниже Ушжарма

Добын ГЭС Капшагай ГЭС Капшагай

Коэффициент предельной загрязненности

1990 - - -0,366 -

чистая

1995 -0,233 - -0,192 -0,320

чистая чистая чистая

2000 1,610 0,255 -0,341 -0,068

загрязнен- умеренно чис- чистая чистая

ная тая

2005 0,480 0,497 -0,101 0,034

умеренно умеренно чис- чистая умеренно

чистая тая чистая

2010 1,511 0,906 0,031 0,068

загрязнен- умеренно чис- умеренно чис- умеренно

ная тая тая чистая

Трофического статуса Шеннона

1990 - - 2,102 -

- - а -мезо- -

трофные

1995 2,038 - 2,020 2,078

а -мезо- - а -мезо- а -мезо-

трофные трофные трофные

1995 1,334 1,821 2,090 1,961

Эвтрофные 3 -мезо- а -мезо- а -мезо-

трофные трофные трофные

2000 1,729 1,723 1,977 1,916

/3 -мезо- 3 -мезо- а -мезо- а -мезо-

трофные трофные трофные трофные

2005 1,365 1,567 1,916 1,903

Эвтрофные 3 -мезо- а -мезо- а -мезо-

трофные трофные трофные

Следует отметить, что водосбору бассейна реки Иле характерны определенные виды загрязняющих веществ, которые меняются в значи-

117

тельной мере в зависимости от интенсивности поступления загрязнений с верховьях течения рек, в том числе и с трансграничных территорий.

Обсуждение. Система оценки качества и экологического состояния водной экосистемы, в водосборе бассейна реки Иле, с использованием трофического статуса Шеннона (Н ) и коэффициента предельной загрязненности (Кпз) В.В. Шабанова показали, что по качеству воды в створе гидропоста пристань Добын, выше Капшагайского водохранилища, относится к чистой ( а -мезотрофные), ниже гидрологического поста села Ушжарма, к умеренной чистой (/3 -мезотрофные). Полученные данные качества воды требуют необходимости учитывания, при разработке системы мероприятий по охране окружающей среды и предотвращения возможных чрезвычайных ситуаций на основе средообразующей способности природной системы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бурлибаев М.Ж., Амиргалиев Н.А., Шенбергер И.В.,Сокольский В.А., БурлибаеваД.М., Уваров Д.В., Смирнова Д.А., Ефименко А.В., Милюков Д.Ю. Проблемы загрязнения основных трансграничных рек Казахстана- Алматы: Издательство «Канагат», 2014.- том 1.-744 с.

2. Калихман А.Д., Педерсен А.Д., Савенкова Т.П., Сукнев А.Я. Методика «пределов допустимых изменений» на Байкале - участке Всемирного наследия ЮНЕСКО. Иркутск: Оттиск, 1999. - 100 с.

3. Методические указания по организации и функционированию подсистемы мониторинга состояния трансграничных поверхностных вод Казахстана.- Алматы, 2012.- 140 с.

4. Булгаков Н.Г. Экологически допустимые уровни абиотических факторов в водоемах России и сопредельных стран. Зависимость от географических и климатических особенностей // Водные ресурсы, 2004. - №2. - том 31.- С. 193-198.

5. Емельянова В.П., Данилова Г.Н., Родзиллер И.Д. Способ обобщения показателей для оценки качества поверхностных вод // Гидрохимические материалы, 1980. - Т. 77.- С. 88-96.

6. Моисеенко Т.И. Методические подходы к нормированию антропогенных нагрузок на водоемы Субарктики (на примере Кольского севера) // Проблемы химического и биологического мониторинга эко-

логического состояния водных объектов Кольского севера. - Аппа-титы: Кольский научный центр, 1995. - С. 7-23.

7. Бурлибаев М.Ж., Амиргалиев Н.А., Шенбергер И.В., Сокальский В.А., Бурлибаева Д.М., Уваров Д.В., Симернова Д.А., Ефимонко А.В., Милюков Д.Ю. Проблемы загрязнения основных трансграничных рек Казахстана. - Алматы: Канагат, 2014. - том 1. - 742 с.

8. Шабанов В.В., Маркин В.Н. Метод оценки качества вод и состояния водных экосистем- М: МГУП, 2009. - 154 с.

9. Shannon, C.E., Warren Weaver. The mathematical theory of communication. Urbana: the University of Illinois Press., 1949.-117 p.

10. Мустафаев Ж.С., Козыкеева А.Т., Арыстанова А.Б., Карпенко Н.П. Эколого-водохозяйственная оценка трансформации концентрации загрязняющих веществ в водах водосбора бассейна реки Жайык // Международный технико-экономический журнал. - 2018. - №6. - С. 123-130.

11. Мустафаев Ж.С., Козыкеева А.Т., Абдывалиева К.С. Геоэкологическая оценка трансформации концентрации загрязняющих веществ в водох низовья реки Сырдаья // Гидрометеорология и экология. - Алматы, 2017. - №1. - С.160-169.

12. Мустафаев Ж.С., Козыкеева А.Т., Маймеков З.К., Абдывалиева К.С. Геоэкологическая оценка трансформации концентрации загрязняющих веществ в воде в низовьях реки Сырдаьи в условиях антропогенной деятельности // Международный технико-экономический журнал. - 2016. - №5.- С.41-47.

ТРАНС ШЕКАРАРАЛЬЩ 1ЛЕ ЭЗЕНШЩ СУ ЖИНАУ АЛАБЫНДАГЫ ЛАСТАУШЫ ЗАТТАРДЬЩ ТАСМАЛДАУЫН ГЕОЭКОЛОГИЯЛЬЩ Т¥РГЫДА БАГАЛАУ

Тушн свздер: талдау, багалау, жYЙе, жYЙелеу, су, заттар, экология, жагдайы, техногендш жYктеме, табигат, эдiстеме, тасмалдау.

Шекара аралыщ 1ле езентщ суыныц ластану туралы «Цазгидромет» РМО-нщ квпжылдъщ ащпараттыщ-талдау мэл1мметерте ЖYйелiк талдау ЖYргiзудiц нег1зтеде жэне Шенноныц белiсi мен В.В. Шабановтыц ластанудыц шектелген

Поступила 18.02.2019

Техн. гылым. докторы Техн. гылым. докторы

Ж.С. Мустафаев Э.Т. Козыкеева Л.Б. Рыск^лбекова

KepœmKiw.iH naüdamna omupun, mexHOseHdiK %bi3Memmiy Ke^icmiK-ya^bim MacwmaôbiHdasbi wasdaübwdasbi sudpoxuMuaxbi^ onmeMdiK KopcemKiwmep öoübiHwa 03eHHi^ cyuHuy canacuHa ôamrny w:Ypsi3mseH.

Zh.S. Mustafayev, A.T. Kozykeyeva, L. B. Ryskulbekova

GEOECOLOGICAL ASSESSMENT OF TRANSPIRATION OF POLLUTED SUBSTANCES IN THE DRAINAGE BASIN OF A TRANS-BOUNDARY RIVER ILE

Keywords: analysis, assessment, system, systematization, water, sustance, ecology, state, anthropogenic, nature, methods, transformation.

Based on the system analysis of long-term information and analytical materials of the RSE « Kazhydromet » on water pollution in the basin of the transboundary Ili River and using the Shannon index and the maximum pollution coefficient V.V. Shabanov made anassessment of water quality by hydrochemical indicators in a space-time scale under conditions of anthropogenic activity.