Формирование гидрохимического стока рек полярных регионов на примере р. Лены и р. Северной Двины
|
Введение
1. Физико-географическое описание объектов исследования…………………………..6
1.1 Выбор объекта исследования и его географическое положение……………………..6
1.2 Рельеф и геологические условия рассматриваемой территории……………………..8
1.3 Климатическая характеристика рассматриваемой территории……………………..10
1.4 Почвы и растительность
1.5 Гидрографическая сеть
2. Гидрологический и гидрохимический режим объектов исследования……………..15
2.1. Гидрологический и термический режим объектов исследования…………………..15
2.2 Гидрохимический режим объектов исследования…………………………………...17
3. Методы отбора и обработки проб воды, анализа результатов………………………19
3.1 Обзор литературных источников и опубликованных материалов………………….19
3.2 Методы гидрологических работ и отбора проб воды………………………………...21
3.3 Методы определения гидрохимических параметров воды…………………………..23
4. Гидрохимическая характеристика водных объектов дельты реки Лены на основе результатов экспедиции Лена-2016
4.1. Формирование химического состава поверхностных вод рассматриваемой территории
4.2. Результаты гидрологических работ в дельте р. Лены в 2016 году……………….....27
4.3. Результаты обработки проб экспедиции Лена-2016…………………………………28
5. Оценка связи расхода и минерализации для различных групп рек арктической зоны
6. Оценка доли подземного питания и расчет общего гидрохимического стока р. Лены
6.1. Описание метода
6.2. Результаты расчета подземного притока методом расчленения гидрографа………39
6.3 Оценка доли подземного питания рассматриваемых рек на основе внутригодовой изменчивости гидрохимических показателей
6.4. Результаты оценки по различным рядам данных…………………………………....41
6.5. Расчет гидрохимического стока р. Лены
Выводы
Список литературы
Приложения
1. Физико-географическое описание объектов исследования…………………………..6
1.1 Выбор объекта исследования и его географическое положение……………………..6
1.2 Рельеф и геологические условия рассматриваемой территории……………………..8
1.3 Климатическая характеристика рассматриваемой территории……………………..10
1.4 Почвы и растительность
1.5 Гидрографическая сеть
2. Гидрологический и гидрохимический режим объектов исследования……………..15
2.1. Гидрологический и термический режим объектов исследования…………………..15
2.2 Гидрохимический режим объектов исследования…………………………………...17
3. Методы отбора и обработки проб воды, анализа результатов………………………19
3.1 Обзор литературных источников и опубликованных материалов………………….19
3.2 Методы гидрологических работ и отбора проб воды………………………………...21
3.3 Методы определения гидрохимических параметров воды…………………………..23
4. Гидрохимическая характеристика водных объектов дельты реки Лены на основе результатов экспедиции Лена-2016
4.1. Формирование химического состава поверхностных вод рассматриваемой территории
4.2. Результаты гидрологических работ в дельте р. Лены в 2016 году……………….....27
4.3. Результаты обработки проб экспедиции Лена-2016…………………………………28
5. Оценка связи расхода и минерализации для различных групп рек арктической зоны
6. Оценка доли подземного питания и расчет общего гидрохимического стока р. Лены
6.1. Описание метода
6.2. Результаты расчета подземного притока методом расчленения гидрографа………39
6.3 Оценка доли подземного питания рассматриваемых рек на основе внутригодовой изменчивости гидрохимических показателей
6.4. Результаты оценки по различным рядам данных…………………………………....41
6.5. Расчет гидрохимического стока р. Лены
Выводы
Список литературы
Приложения
Речной сток и его химический состав – важные индикаторы климатических изменений. Поэтому актуальность изучения геохимического стока в арктических областях обеспечивается, прежде всего, получением информации о других природных процессах, таких как: изменение состава морских вод, повышение температуры многолетнемерзлых пород, взаимодействие поверхностных и подземных вод в криолитозоне, трансформация элементов в геохимических циклах и т.д. В частности, необходимость изучения геохимического стока была обоснована межправительственной группой экспертов по изменению климата (МГЭИК). Среди проблем, связанных с геохимическим стоком рек, МГЭИК выделила увеличение кислотности и уменьшение общей солености океанических вод в высоких широтах. В региональных докладах Межправительственной Комиссии также указано, что недостаток данных по стоку рек северной Азии и северной Европы не позволяет обосновать достоверность вышеуказанных трендов (http://www.ipcc.ch). Изучение природных вод арктической зоны также обусловлено увеличением стока северных рек, которое может быть вызвано как глобальным потеплением климата, так и другими антропогенными или естественными причинами. Многолетнее изменение стока рек Лена и Сев. Двина особенно заметно при анализе рядов минимального стока (Приложение А).
Также состав природных вод – важнейший критерий при водохозяйственном планировании территории. Определение таких показателей как минерализация, ионный состав, кислотность, количество растворенных газов и микроэлементов является необходимым при поставке питьевой воды населению, обеспечении коммунально-бытовых нужд и рыбных хозяйств. Нерациональное размещение зависимых от состава водных ресурсов предприятий может повлечь значительное увеличение затрат на водоподготовку. Например, в монографии Н.П. Анисимовой (Анисимова Н.П, 1971) указано, что «Несмотря на развитую гидрографическую сеть и наличие мощных рек, в Восточной Сибири ощущается большой недостаток в воде, особенно зимой, так как многие реки в этот период перемерзают. Развитие промышленности, расширение золотодобычи и создание новых элементов инфраструктуры часто встречает большие трудности при решении вопросов водоснабжения». Кроме того, остается актуальным проблема развития гидроэнергетики в северных регионах. На текущий момент на притоках р. Лена реализованы только два проекта ГЭС (Вилюйский каскад, Мамаканская ГЭС), большая же часть энергетических ресурсов р. Лена и р. Сев. Двина остаются не задействованы. Однако, стоит отметить, что снижение темпов развития промышленности и отток населения из полярных регионов в постсоветский период делает этот аспект работы наименее актуальным.
Цель работы: Выявить особенности формирования гидрохимического стока арктических рек: Лены и Северной Двины.
Задачи:
1) Создать базу гидрологических и гидрохимических данных на основе архивных данных УГМС и современных экспедиционных данных.
2) Принять участие в весеннем и/или летнем этапе экспедиции лена-2016, обработать полученные материалы.
3) Сделать обзор литературы по проблеме изучения геохимического стока арктических рек.
4) Определить характерные значения и пределы изменчивости гидрохимических показателей в водоемах и водотоках рассматриваемой области.
5) Установить функциональную зависимость между содержанием растворенных веществ и расходами воды.
6) Рассчитать доли подземного питания рек рассматриваемого региона.
Также состав природных вод – важнейший критерий при водохозяйственном планировании территории. Определение таких показателей как минерализация, ионный состав, кислотность, количество растворенных газов и микроэлементов является необходимым при поставке питьевой воды населению, обеспечении коммунально-бытовых нужд и рыбных хозяйств. Нерациональное размещение зависимых от состава водных ресурсов предприятий может повлечь значительное увеличение затрат на водоподготовку. Например, в монографии Н.П. Анисимовой (Анисимова Н.П, 1971) указано, что «Несмотря на развитую гидрографическую сеть и наличие мощных рек, в Восточной Сибири ощущается большой недостаток в воде, особенно зимой, так как многие реки в этот период перемерзают. Развитие промышленности, расширение золотодобычи и создание новых элементов инфраструктуры часто встречает большие трудности при решении вопросов водоснабжения». Кроме того, остается актуальным проблема развития гидроэнергетики в северных регионах. На текущий момент на притоках р. Лена реализованы только два проекта ГЭС (Вилюйский каскад, Мамаканская ГЭС), большая же часть энергетических ресурсов р. Лена и р. Сев. Двина остаются не задействованы. Однако, стоит отметить, что снижение темпов развития промышленности и отток населения из полярных регионов в постсоветский период делает этот аспект работы наименее актуальным.
Цель работы: Выявить особенности формирования гидрохимического стока арктических рек: Лены и Северной Двины.
Задачи:
1) Создать базу гидрологических и гидрохимических данных на основе архивных данных УГМС и современных экспедиционных данных.
2) Принять участие в весеннем и/или летнем этапе экспедиции лена-2016, обработать полученные материалы.
3) Сделать обзор литературы по проблеме изучения геохимического стока арктических рек.
4) Определить характерные значения и пределы изменчивости гидрохимических показателей в водоемах и водотоках рассматриваемой области.
5) Установить функциональную зависимость между содержанием растворенных веществ и расходами воды.
6) Рассчитать доли подземного питания рек рассматриваемого региона.
На основе анализа литературных источников и обобщения кадастровых и экспедиционных данных Определен ряд факторов, формирующих химический состав природных вод территории: неравномерное увлажнение, наличие многолетнемерзлых пород (низкая дренируемость почво-грунтов, наличие дифференцированных по положению в мерзлоте подземных вод, перемерзание первого от поверхности водоносного горизонта), консервация части зимнего стока в виде наледей на водосборе.
2) По результатам анализа информационной базы Якутского УГМС за весь период наблюдений построены кривые зависимостей расхода от минерализации Q(M). По выявленным зависимостям и известным значениям среднемноголетнего и минимального среднемесячного расходов воды, установлены соответствующие характерные значения средней минерализации. На основе рассчитанных значений минерализации установлены показатели ионного стока по замыкающим створам исследуемых рек. Показатель модуля ионного стока Северной Двины варьирует в интервале - 22,9, реки Лены - 54,8.
3) На основе анализа кривых обеспеченностей и обобщения гидрохимических данных произведена оценка доли подземного питания исследуемых рек и произведен расчет грунтовой составляющей в гидрохимическом стоке. 6. Установлены ориентировочные значения общего ионного стока и гидрохимического стока подземного происхождения. Для р. Лена эти показатели составили и 5,2 (23%) тонн/км2 в год. Объем ионного стока по этим оценкам составит порядка 55,6 млн тонн. Для р. Сев. Двины удельный гидрохимический сток и доля подземного стока в нем оказались выше и составили и 23,9 (44%)тонн/км2 в год соответственно.
4) Установлены ориентировочные значения модулей подземного стока исследуемых рек различными методами:
а) Модули установленные по методу смешения дают правдоподобные результаты только для створов в верховье р. Лены (2,7 – 3,2 л/км2*с), для всех остальных данные получаются сильно завышенными.
б) Наиболее достоверные данные получены по методу расчленения гидрографа (по 50%-ным расходам). Для створов в верховье р. Лены значения варьируют от 2,4 до 4,2 л/км2*с, для створов в среднем течении р. Лены – от 0,9 до 1,5 л/км2*с, на р. Алдан значения несколько ниже литературных - от 0,4 до 1,2 л/км2*с. Расчет по 95%-ным расходам дает сильно заниженные результаты для всех исследуемых створов.
5) На основе проведенных современных экспедиционных исследований 2004-2016 на Оленекской, Туматской, Бык и трофим определены основные гидрологические х-ки (расход воды, расход наносов) и гидрохимические х-ки (минерализация, ионный состав, биогенные элементы, растворенный кислород, перманганатная окисляемость.) в период зимней межени и на спаде половодья. Полученные данные по расходам, которые варьировали в зимний период (), а в летний период (), а также по содержанию растворенного кислорода() существенно дополнили имеющиеся сведения о гидрохимическом состоянии устьевой зоны р. Лены.
2) По результатам анализа информационной базы Якутского УГМС за весь период наблюдений построены кривые зависимостей расхода от минерализации Q(M). По выявленным зависимостям и известным значениям среднемноголетнего и минимального среднемесячного расходов воды, установлены соответствующие характерные значения средней минерализации. На основе рассчитанных значений минерализации установлены показатели ионного стока по замыкающим створам исследуемых рек. Показатель модуля ионного стока Северной Двины варьирует в интервале - 22,9, реки Лены - 54,8.
3) На основе анализа кривых обеспеченностей и обобщения гидрохимических данных произведена оценка доли подземного питания исследуемых рек и произведен расчет грунтовой составляющей в гидрохимическом стоке. 6. Установлены ориентировочные значения общего ионного стока и гидрохимического стока подземного происхождения. Для р. Лена эти показатели составили и 5,2 (23%) тонн/км2 в год. Объем ионного стока по этим оценкам составит порядка 55,6 млн тонн. Для р. Сев. Двины удельный гидрохимический сток и доля подземного стока в нем оказались выше и составили и 23,9 (44%)тонн/км2 в год соответственно.
4) Установлены ориентировочные значения модулей подземного стока исследуемых рек различными методами:
а) Модули установленные по методу смешения дают правдоподобные результаты только для створов в верховье р. Лены (2,7 – 3,2 л/км2*с), для всех остальных данные получаются сильно завышенными.
б) Наиболее достоверные данные получены по методу расчленения гидрографа (по 50%-ным расходам). Для створов в верховье р. Лены значения варьируют от 2,4 до 4,2 л/км2*с, для створов в среднем течении р. Лены – от 0,9 до 1,5 л/км2*с, на р. Алдан значения несколько ниже литературных - от 0,4 до 1,2 л/км2*с. Расчет по 95%-ным расходам дает сильно заниженные результаты для всех исследуемых створов.
5) На основе проведенных современных экспедиционных исследований 2004-2016 на Оленекской, Туматской, Бык и трофим определены основные гидрологические х-ки (расход воды, расход наносов) и гидрохимические х-ки (минерализация, ионный состав, биогенные элементы, растворенный кислород, перманганатная окисляемость.) в период зимней межени и на спаде половодья. Полученные данные по расходам, которые варьировали в зимний период (), а в летний период (), а также по содержанию растворенного кислорода() существенно дополнили имеющиеся сведения о гидрохимическом состоянии устьевой зоны р. Лены.