Введение к работе
Актуальность, фундаментальные м прикладные с«огеохиыческие
исследования в настоящее время касается, в пернув очередь,,
оценки антропогенного воздействия на ирт^д»"» системы. - ' '
Человек изменяет не только внеивий облик И ТИП ЯТЯХ систем, во и "внутренние процессы" круговорота веществ и трансформации энергии. Степень изменения этих процессов можно характеризовать скоростью накопительных процессов в этих системах , что и определяет степень разомкнутости круговорота веществ.
Все современные природные системы по степени антропогенного воздействия делят на группы ландшафтов с практически не- каменной природной структурой и группы с различной степенью изменения этой структуры. В этой классификации речные водохра- * нилища относятся к группе систем с максимальный изменением структуры природной среды.
В настоянеє время большинство рек на значительном протяжении оказались зарегулированными каскадом водохранилищ. Образовались системы река-водохранилиие - со специфическим комплексом бногеохимических внутриводремных процессов формирования состава и свойств речных вод. Отличительной особенностью этого комплекса процессов является накопление в этих системах органических веществ, в том числе и токсичных. На начальной стадии существования водохранилищ трансформация веществ в них приво- ' лила к тому, что концентрация веиеств в воде на выходе из этой системы была ниже, чем на входе, т.е. имело место так называемое "самоочищение воды". Однако в последуоием накопительные процессы, которые в начале приводили к "самоочищение", превратились в своп противоположность - военикли процессы "вторичного загрязнения" воды.
Для любого водохранилища существует не только конечный срок его существования, определяемый массой накопленных в нем взвешенных веществ, но и срок, после которого накопительные процессы становятся определяющими в формировании состава и
свойств речных вод. Этот состав ш свойства уже не удоалиі ют качественным хдрактервхявкаы, іфеділт>и<нааі к вода, н гуемой яла тех вша иных целей, іфоасхрдят необратимые «eel нмя в фуиківжипфоваяии екосистем водотраячви/і, а, в не ко случаях ыоявт наступить апологическая катастрофа.
Практика охраны природы и рационального исоольво водных ресурсов требует реиения актуальной научной проб имеющей важное народнохозяйственное значение: оценить рол копительных процессов и их влияние на формирование соста свойств речных рек в системе река-водохранилище. Состояние изученности проблемы, научением круговорота' и в ления веществ в водоемах ааяимаотся в равных областях ав лимнологии, океанологии, геохимии, гидробиологии, микроб гни, почвоведения, биогеохимии и других. Несмотря на р характер реиения задач, проведены исследования, близкие о тодологическому подходу, а их результаты дополняют друг д Виогеохимия выполняет интегрирушую роль в проблеме круто; та веществ и трансформации энергии в различных системах.
Е И. Вернадский заложил основы биогеохимии и дал ее і деление - как "отрасли геохимии, изучающей влияние жизі геохимические процессы, связывая по новому науки о жизни < ологией и с науками об атомах".
Огромную роль в эту .область, знания внесли А. Е Вяногра Е Е БЬлынов, Е Р. Вильяме. Под влиянием Е К. Вернадского бш химические исследования стали проводиться в других стрі Среди этих работ следует отметить работы Д. Хаткивсова, И(
Необходимо подчеркнуть, что в процессах образования иых отложений в водоемах и почвообразования имеется мвоп щэго. особенно в прибрежной еоне водоемов. В настоящее 1 этой проблемой занимаются многие научные коллективы. объе> тореферата не позволяет дать перечень этих коллективов и вых. Следует отметить работы О. А.Алекина, ЕА.Айбулао Е И. Вззнлевич, И. Е Баранова, СЕБруевича, ИЕБутої ЕЕ Васильева, Е. Е Васильевой, Е Р. Вэлобуева, ЛЕГераси» М. А. Глазовской, К. Д. Глинки, Е К. Дебольского, А.и1дзсС Е Е Добровольского, Г. Е добровольного, С. Ы.Лрачвва. H.A.J
- З -вовоя, ЕС. Знаменской, Е А. Звамевсмого, ЕА.Ковды, Г. С, Коновалова, М. Е Кононова, С. А. Кузнецова, ЕЕКурджва, ЕЕУанвхква, М. Е Ыкваидрояпева. Д. С. Орлова, А. Е Остепени, ЕЕОэлякова, Д. Я. Ратковнча, Е К. Романенко, Е М. Российского, Е&Снииввко, ПИ. Сорокина. Е А. Стравинской. Е А. Трифоновой, II И. Червова, Е С. Игейыаяа и др. Среди зарубежных исследователей веобходвю отметить работы К. F. Steel, I.EHew, V. EDuru», I.HafTt. I. Q. Partner, D.S.Svan и др. Указанным* авторами волучев значительный материал как при исследовании ваиления водохранилищ, так и при изучении процессов вакоплевия органических Вбцэств. Одваясквовросам комплексного изучения вакоплевия органических и неорганических веществ и их влиянию ва формирование состава и свойства речных вод с позиции биогеохимии не уделялось достаточного внимания.
Целью работы было решение проблемы накопления и трансформации органических и неорганических венеств в системе река-водохранилище и исследование роли этих процессов в формировании химико-биологического состава вытекающей из водохранилища речной воды. Целью было такав разработка методологии оценок антропогенного воздействия ва ландшафты и оценок эффективности природоохранных мероприятий с позиции биогеохимии.
Достижение этой цели потребовало решения следующих задач: разработка методологических основ и методов исследования процессов формирования состава и свойств речных вод с учетом круговорота и накопления веществ; организация и проведение периодических, режимных и разовых наблюдений в полевых условиях за переменными состояния: :, которые адэкватным образом отражает процессы круговорота и накопления веществ; обработка и анализ экспериментальных данных и ва их основе осуществление теоретического обобщения по накопительным процессам; оценка влияния последних ва состав и свойства речных вод. Научная новизна. Восемь защищаемых положений диссертации, вытекающих соответственно из 8 глав работы, можно квалифицировать как решение крупной научной проблемы, имеющей важное ва-родвоховяйствеввое значение, название которой вынесено в заглавие диссертацик "Внутриводоемптм "иакопитедъине пронесем в
сяствш река-водохравяяввэ в вх влияние ва состав в свойства речвых вод". Эта ппвивппию положения состоят в следующем.
-
Рредложея вовый методологжчаскяи подход к оввшю аят- ; рооогеяяого вовдействия ва системи: река-водохрввялаве, в ' освову которого ііолояена* величина скоростя вакоаятедьвых процессов в них. Эта скорость накопительных процессов следует ва ' балансовых соотношений, в том числе из отношения между скоростью продукции и деструкции органического вещества.
-
Разработаны я внедрены методы исследования круговорота и накопления вещества в системе река-водохранилище, которые позволяют оценивать антропогенное воздействие в эффективность природоохранных мероприятий в системе река-водохранилвяэ.
-
Показано, что для оценки антропогенного воздействия ва системы и оценки природоохранных мероприятий целесообразно исходить из эталонных характеристик. В качестве такого эталонного объекта принята экосистема Верхняя Вахта, которая практически мало изменялась по наблюдениям с 1902г. Однако выявлены и аномальные содержания некоторых элементов, в частности, ру- " бидия и калия, в установлено, «по причина увеличения концентрации этих элементов связана с применением калиевых удобрений в этом районе.
-
Установлено, что за время существования иваньковского водохранилища (с 1937г.) антропогенное воздействие на протекание береговых и внутрнводоемных процессов в бассейне Верхней Взлги привело к увеличению концентрации главных компонентов в речных водах почти в 4 раза, такая тенденция отмечена я ва других Волжских водохранилищах. За время проведения исследований сезонные характеристики состава и свойств речных вод на выходе на Иваньковского водохранилище, существенно не менялись, "' несмотря на значительные изменения этих характеристик ва входе '
в него, что указывает ва решающую роль внутрнводоемных процессов в формировании состава и свойств этих вод.
5. Установлено, что по накоплению тяжелых металлов в вх
распределению по глубине донных отложений можно судять об
истории протекания береговых и внутряводоемных процессов. По- -
казано также, что накопленные в донных отложениях тяжелые ые-
-б-'
шві входят в состав комплексных соединения.
0. Впервые для Иваяыяддсого'водохряяяятп составлен баше органического вещества, ояогеяяых элементов, а такяе тя-лых металлов, яв этого баланса следует, что отнояенне сто- " ютя деструкция к сіюростя продукцкя органического вещества в ільяинстве случаев лежит в пределах 1/2. Однако наблюдались ргаичные значения этого соотвояения, когда эти значения были хжьшв 1.
7. В диссертации получено соотнояение для изменения от-
кительной мутности потока О, которая зависит от скорости по-
>ка V, гидравлической крупности т, глубины водоема Н. знерге-
іческого спектра ветрового волнения A"(w) ( распределение
гергии ветрового волнения по их частотам A (w) (см /сек) ;
- частота-сек- ), которое имеет вид :
\~j
1 р 3 Ak1 (W) w с* "-
F + (—рг——
єна L v \1«н
[е Л - коэффициент, зависящий от степени насыщения потока іносами (в среднем jS - 0,1 ), г - ускорение силы тяжести і/сек" .
8. В среднем для Волжских водохранилищ скорость вакопле-
я органического и неорганического.. - ведества составляет
і г/см сек. Кнастеяиему времени в этих водохранилищ* на
йдено около 1,2 млрд. тонн веществ, из которых около 25 про-
нтов приходится на органическое вещество.
актическая ценность работы. Решение проблемы накопительных
оцессов позволяет более обоснованно предпринимать меры по
ране природных вод и рациональному использованию водных
сурсов.
В настоящее время многие такие системы река-водохранилище вдаются в подобных мероприятиях.
По предварительным расчетам ликвидация негативных следствий накопительных процессов только на Волжском каскаде дохранилид оценивается в 10 млрд. рублей. Следует подчерк-
- в - . .:"'.!. '. І
нуть. что отнесение срока робот, связанных с лкквядацнек вег тнвных последствий накопительных процессов ва 2000 год. пряв дет к необратимым нашненшш в функционировании Волжск экосистем, и любые ватраты уже не смогут восставоватъ Волею экосистемы.
Установленные биогеохимические закономерности круговорот и накопления веществ имеют не только теоретическое, во її пра» тическое значение, поскольку позволили и позволяют предвидет общие изменения в водных системах, а так» прогнозировать ка чество речных вод на существующих и проектируемых водохранили щах. Результаты работ нашли применение: . '
-
При прогнозе возможных каменевий качества воды ивань ковского водохранилища на перспективу до 1990г. в результат* развития отраслей народного хозяйства в бассейне водохранилищ и осуществления мероприятий по пополнению его водных ресурсов, а также рекомендаций по предотвращению зарастания водохранилища и ухудшения качества воды в нем. Работа выполнялась т Постановлении Совета министров СССР от 6.12.74г. N935, Распоряжению Президиума АН СССР N10103-76 от 15.01.75г.;
-
Гидропроектом при разработке мероприятий по улучвеню качества воды Иваньковского водохранилища;
-
министерством мелиорации и водного хозяйства СССР * другими организациями ари разработке мероприятий по улучшении качества воды других Волжских водохранили».
Апробация работы. Отдельные материалы работы, послужившие основой диссертации, доложены на: Веесоювном совещании по гидротехнике (Ленинград. 1972), Всесоюзной конференции по проблеме комплексного использования и охраны водных ресурсов бассейна Волги (Пермь.1975). YI Всесоюзном симпозиуме по современным проблемаи самоочищения водоемов и регулирования качества воды (Таллинн, 1979), Всесоюзной конференции "Оценка и классификация качества поверхностях вод для водріюльзования'Ч Харьков, 1979), IY съезде ВГВО (Еиев, 1981), Y Всесоюзном лимнологическом совещании "Круговорот вещества и энергии в водоемах" (Иркутск, 1981).
і І
-'7 «-.;''"? '
' ПуОДкаадоь, Основные положення диссертация изложены в 22 работах. ' "" : "
. Структура g содержание работы. Диожртациа состоит из введе-вві, восыш глав в выводов, изложенных.на 424 ««^шницат ыввл-вопнсныА текст составляет 272 страницы. Диссертация содержит 41 рисунок, 112 таблиц, список использованной литературы включает 337 наименования, из которых 44 - зарубежные.
КРАТКОЕ СОДЕРЖАНКЕ РАБОТЫ ~"
Во введении изложена сущность проблема накопительных процессов в водоемах и ее актуальность, цели и задачи исследования. Даны основные научные положения,"" птіщищи'мп в ' работе, практическая значимость работы.
