ГИДРОХИМИЧЕСКИЙ РЕЖИМ И ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ВОД ВЕРХОВЫХ БОЛОТ ТОМСКОЙ ОБЛАСТИ
|
Введение 6
1. Природные условия бассейна северо-восточной части Васюганского болота 9
1.1. Геологическое строение и рельеф 9
1.2. Климат 11
1.3. Поверхностные и подземные воды 12
1.4. Почвы 13
1.5. Растительный покров 14
2. Методика проведения исследования 17
2.1. Отбор проб природных вод 19
2.2. Порядок отбора проб атмосферных осадков 20
2.3. Методика определения химического состава болотных вод 21
2.4. Приборы и оборудование мониторинговых систем для определения условий
формирования химического состава болотных вод 38
2.5. Статистические методы 41
3. Изученность проблемы 47
4. Обзор точек исследования 55
Заключение 58
Список использованных источников и литературы 60
1. Природные условия бассейна северо-восточной части Васюганского болота 9
1.1. Геологическое строение и рельеф 9
1.2. Климат 11
1.3. Поверхностные и подземные воды 12
1.4. Почвы 13
1.5. Растительный покров 14
2. Методика проведения исследования 17
2.1. Отбор проб природных вод 19
2.2. Порядок отбора проб атмосферных осадков 20
2.3. Методика определения химического состава болотных вод 21
2.4. Приборы и оборудование мониторинговых систем для определения условий
формирования химического состава болотных вод 38
2.5. Статистические методы 41
3. Изученность проблемы 47
4. Обзор точек исследования 55
Заключение 58
Список использованных источников и литературы 60
В последнее время изучению болот уделяется огромное внимание. Это обусловлено рядом причин. Одна из них, это взаимосвязь болота, климата и человека. Однозначности в этом вопросе нет. Из всех точек зрения следует полагать, что болота резко реагируют на изменения климата и антропогенное вмешательство человека в систему «атмосфера- гидросфера-биосфера». Чтобы понять данную связь, в современном мире изучение болот становиться с каждым годом всё актуальнее.
Интересным направлением этого изучения являются исследования, посвященные гидрохимическому режиму и химическому составу болот. Повышенное внимание к данной тематике можно объяснить несколькими фактами: формирование тех или иных химических элементов в атмосфере влияет на гидрохимический режим и химический состав болот, что в свою очередь определяется внедрением нового поставщика химических элементов не характерных естественной среде, в виде антропогенного вмешательства.
Многие страны стали уделять этому направлению большой интерес. В настоящее время изученность этого вопроса достаточна велика. Но точки зрения весьма разнообразны. Именно поэтому целью данной работы является комплексное исследование гидрохимического режима северо-восточной части Васюганского болота, а также оценка диапазона сезонных колебаний концентраций основных компонентов химического состава болотных вод.
В соответствии с поставленной целью, необходимо решить следующие задачи:
1. Проанализировать природную условия исследуемой территории;
2. Провести полевые гидрохимические исследования;
3. Исследовать содержания химических элементов в болотных водах;
4. Рассмотреть анализ исходных данных в выявлении отличительных черт и общих закономерностей формирования химического состава и гидрохимического режима болотных вод;
5. Изучить временную динамику концентраций химических элементов и основных показателей;
6. Выявить взаимосвязи температурного и гидрохимического режимов.
Объекты исследования: ключевые болотные микроландшафты в пределах северо-восточной части Васюганского болота.
Предмет исследования: химический состав и гидрохимический режим вод верховых болот исследуемой территории.
Методы исследования: метод ключевых участков, методы полевых исследований, методы отбора образцов природных вод, методы определения химического состава, статистические методы, пакет программ Statistica, Exel, SASPlanet, ArcGis.
В данной работе мы рассмотрим вопросы, посвященные раскрытию факторов и условий, влияющих на формирование химического состава болотных вод, их современное состояние, а также рассмотрим гидрохимический режим. Теоретической основой исследования послужили научные труды ученых-географов, ботаников, гидрологов, ландшафтоведов, геологов посвященные изучению болотных геосистем и факторам образования болот, исследованию внутриболотного стока и гидрологического режима болот, а также растительного покрова болот, и химического состава природных вод такие ученые как А. И. Перельмана, В. В. Добровольского, В. П. Черняева, С. Н. Тюремнова, А. А. Земцова, Н. С. Евсеевой, Л.И. Инишевой, Е. Д. Лапшиной, О. А. Алекина, С. Л. Шварцева, И. Л. Калюжного, Ю. А. Харанжевской, а также материалы исследований Сибирского научно-исследовательского института сельского хозяйства и торфа. Работа состоит из введения 6 глав, заключения, списка использованных источников и двух приложений, проиллюстрирована 67 рисунками и 9 таблицами. Общий объем работы 122 страницы. Главы посвящены раскрытию определенных тем:
1. Природные условия северо-восточной части Васюганского болота. Глава содержит разделы по геологическому строению и рельефу, климату, поверхностным и подземным водам, почвам, растительному покрову территории.
2. Методика проведения исследования. Глава посвящена последовательной схеме проведенных работ по изучению химического состава и гидрохимического режима болотных вод, а также использованию методов в ходе работ.
3. Обзор основных точек исследования. В данном разделе описываются природные особенности каждой точки.
4. Факторы формирования химического состава болотных вод. Глава описывает основные закономерности между образованием основных элементов и происходящими процессами в окружающей среде.
5. Гидрохимический режим. Глава раскрывает динамику изменения концентраций элементов во времени в зависимости от гидрометеорологических характеристик теплого и холодного периода.
Научная новизна диссертационной работы заключается в том, что были применены новые методы и комплексный подход для исследования химического состава и гидрологического режима вод верховых болот северо-восточной части Васюганского болота, которые позволили проследить и выявить основные закономерности и особенности болотных вод исследуемого объекта. В ходе изучения, были получены с помощью статистического анализа результаты, которые подтвердили наличие фонового загрязнения территории.
Практическая значимость исследовательской работы заключается в том, что результаты исследования могут быть использованы в качестве основы для экологического мониторинга загрязнения поверхностных водных объектов. В дальнейшем с помощью разработанного анализа условий формирования химического состава болотных вод, можно прогнозировать, как изменяется химический состав болотных вод под воздействием изменения климата и как следствие к чему приводит перестройка химического состава болотных вод затем речных вод и как итог изменение химического состава океанических вод
Интересным направлением этого изучения являются исследования, посвященные гидрохимическому режиму и химическому составу болот. Повышенное внимание к данной тематике можно объяснить несколькими фактами: формирование тех или иных химических элементов в атмосфере влияет на гидрохимический режим и химический состав болот, что в свою очередь определяется внедрением нового поставщика химических элементов не характерных естественной среде, в виде антропогенного вмешательства.
Многие страны стали уделять этому направлению большой интерес. В настоящее время изученность этого вопроса достаточна велика. Но точки зрения весьма разнообразны. Именно поэтому целью данной работы является комплексное исследование гидрохимического режима северо-восточной части Васюганского болота, а также оценка диапазона сезонных колебаний концентраций основных компонентов химического состава болотных вод.
В соответствии с поставленной целью, необходимо решить следующие задачи:
1. Проанализировать природную условия исследуемой территории;
2. Провести полевые гидрохимические исследования;
3. Исследовать содержания химических элементов в болотных водах;
4. Рассмотреть анализ исходных данных в выявлении отличительных черт и общих закономерностей формирования химического состава и гидрохимического режима болотных вод;
5. Изучить временную динамику концентраций химических элементов и основных показателей;
6. Выявить взаимосвязи температурного и гидрохимического режимов.
Объекты исследования: ключевые болотные микроландшафты в пределах северо-восточной части Васюганского болота.
Предмет исследования: химический состав и гидрохимический режим вод верховых болот исследуемой территории.
Методы исследования: метод ключевых участков, методы полевых исследований, методы отбора образцов природных вод, методы определения химического состава, статистические методы, пакет программ Statistica, Exel, SASPlanet, ArcGis.
В данной работе мы рассмотрим вопросы, посвященные раскрытию факторов и условий, влияющих на формирование химического состава болотных вод, их современное состояние, а также рассмотрим гидрохимический режим. Теоретической основой исследования послужили научные труды ученых-географов, ботаников, гидрологов, ландшафтоведов, геологов посвященные изучению болотных геосистем и факторам образования болот, исследованию внутриболотного стока и гидрологического режима болот, а также растительного покрова болот, и химического состава природных вод такие ученые как А. И. Перельмана, В. В. Добровольского, В. П. Черняева, С. Н. Тюремнова, А. А. Земцова, Н. С. Евсеевой, Л.И. Инишевой, Е. Д. Лапшиной, О. А. Алекина, С. Л. Шварцева, И. Л. Калюжного, Ю. А. Харанжевской, а также материалы исследований Сибирского научно-исследовательского института сельского хозяйства и торфа. Работа состоит из введения 6 глав, заключения, списка использованных источников и двух приложений, проиллюстрирована 67 рисунками и 9 таблицами. Общий объем работы 122 страницы. Главы посвящены раскрытию определенных тем:
1. Природные условия северо-восточной части Васюганского болота. Глава содержит разделы по геологическому строению и рельефу, климату, поверхностным и подземным водам, почвам, растительному покрову территории.
2. Методика проведения исследования. Глава посвящена последовательной схеме проведенных работ по изучению химического состава и гидрохимического режима болотных вод, а также использованию методов в ходе работ.
3. Обзор основных точек исследования. В данном разделе описываются природные особенности каждой точки.
4. Факторы формирования химического состава болотных вод. Глава описывает основные закономерности между образованием основных элементов и происходящими процессами в окружающей среде.
5. Гидрохимический режим. Глава раскрывает динамику изменения концентраций элементов во времени в зависимости от гидрометеорологических характеристик теплого и холодного периода.
Научная новизна диссертационной работы заключается в том, что были применены новые методы и комплексный подход для исследования химического состава и гидрологического режима вод верховых болот северо-восточной части Васюганского болота, которые позволили проследить и выявить основные закономерности и особенности болотных вод исследуемого объекта. В ходе изучения, были получены с помощью статистического анализа результаты, которые подтвердили наличие фонового загрязнения территории.
Практическая значимость исследовательской работы заключается в том, что результаты исследования могут быть использованы в качестве основы для экологического мониторинга загрязнения поверхностных водных объектов. В дальнейшем с помощью разработанного анализа условий формирования химического состава болотных вод, можно прогнозировать, как изменяется химический состав болотных вод под воздействием изменения климата и как следствие к чему приводит перестройка химического состава болотных вод затем речных вод и как итог изменение химического состава океанических вод
В результате исследований была описана характеристика природных условий северо-восточной части Васюганского болота, проведен анализ условий формирования химического состава болотных вод и гидрохимического режима, который показал, что температурный и водный режим играет огромную роль в геохимической обстановке территории.
Детальное изучение гидрохимического режима позволило установить, что за период с 2012-2018 год, произошли серьезные изменения в химическом составе болотных вод, в частности:
В холодный период мы наблюдали закономерность, связанную с увеличением глубины промерзания, идет увеличение общей минерализации (точка 1), на остальных точках изменение значений общей минерализации связано с резкими оттепелями в январе и ноябре. В целом изучение сезонной волны показало, что наибольшие концентрации ионов Oa2+, Mg2+, HCO3-наблюдаются в зимние период. Увеличение общей минерализации в осенне-зимний период объясняется вытеснением ионов из солевого раствора при промерзании торфяной залежи.
В весенний период слой талых снеговых вод, разбавляет солевой состав талых слабоминерализованных болотных вод, и их минерализация в мае понижается. Болотные воды с высокой минерализацией, которые образовались в зимний период, сохраняются в талой зоне ниже нижней границы промерзания, тем самым мы наблюдаем в марте наибольшие концентрации элементов.
В теплую часть года, химический состав болотных вод во многом определяется биогеохимическими процессами. Так динамика изучаемых концентраций ионов и общей минерализации показала, что в период с 2012-2015 наблюдается максимальные значения концентрации ионов, в дальнейшем вплоть до 2018 года идет уменьшение концентраций данных элементов, но при этом идёт значительный рост органических веществ в болотных водах.
Статистический анализ подтвердил взаимосвязь концентрации основных ионов и общей минерализации от температуры, уровня и количества атмосферных осадков по сезонам года. Прослеживается закономерность что сумма температур за длительный период выше 10°C влияет на увеличение концентрации тяжелых металлов в жаркий период (Cu, Zn).
Огромное влияние на химически состав оказывает количество выпавших атмосферных осадков. Прослеживалась тенденция увеличения сульфат ионов, нитрат ионов, тяжелых металлов болотных водах под влиянием увеличения количества выпавших осадков. Что ещё раз подтверждает, что атмосферный перенос является главным источником поступления веществ в болотные воды.
Кислотно-щелочные особенности вод характеризуются тем, что в большинстве случаев в связи с ростом pH повышается концентрация основных ионов, возрастает минерализация.
Биохимический фактор, связан с процессами разложения органической массы в торфяной залежи и поступлением ионов в водный раствор. Этот фактор является косвенным, и вытекает из температурного. А также активизация вегетационных процессов.
Водный режим, падение уровня болотных вод приводит к увеличению минерализации, такая тенденция прослеживалась и в сезонной динамики и в годовой.
Все формирующие факторы нашли своё отражение в гидрохимическом режиме. Мы детально проработали режим холодного и теплого периода, выявили основные процессы и черты. В многолетней динамики, также есть свои особенности, в частности падение количества концентраций минеральных веществ, рост органических компонентов и тяжелых металлов. Учащаются минимальные значения водородного показателя в теплый период, что обуславливает наличием кислой среды, следовательно, опять идет уменьшение минеральных компонентов, падение питательных веществ, что в дальнейшем приведет к обеднению речных вод. Возрастает роль атмосферных выпадений в формировании химического состава болотных вод, что подтверждается полученными результатами и опубликованными.
Детальное изучение гидрохимического режима позволило установить, что за период с 2012-2018 год, произошли серьезные изменения в химическом составе болотных вод, в частности:
В холодный период мы наблюдали закономерность, связанную с увеличением глубины промерзания, идет увеличение общей минерализации (точка 1), на остальных точках изменение значений общей минерализации связано с резкими оттепелями в январе и ноябре. В целом изучение сезонной волны показало, что наибольшие концентрации ионов Oa2+, Mg2+, HCO3-наблюдаются в зимние период. Увеличение общей минерализации в осенне-зимний период объясняется вытеснением ионов из солевого раствора при промерзании торфяной залежи.
В весенний период слой талых снеговых вод, разбавляет солевой состав талых слабоминерализованных болотных вод, и их минерализация в мае понижается. Болотные воды с высокой минерализацией, которые образовались в зимний период, сохраняются в талой зоне ниже нижней границы промерзания, тем самым мы наблюдаем в марте наибольшие концентрации элементов.
В теплую часть года, химический состав болотных вод во многом определяется биогеохимическими процессами. Так динамика изучаемых концентраций ионов и общей минерализации показала, что в период с 2012-2015 наблюдается максимальные значения концентрации ионов, в дальнейшем вплоть до 2018 года идет уменьшение концентраций данных элементов, но при этом идёт значительный рост органических веществ в болотных водах.
Статистический анализ подтвердил взаимосвязь концентрации основных ионов и общей минерализации от температуры, уровня и количества атмосферных осадков по сезонам года. Прослеживается закономерность что сумма температур за длительный период выше 10°C влияет на увеличение концентрации тяжелых металлов в жаркий период (Cu, Zn).
Огромное влияние на химически состав оказывает количество выпавших атмосферных осадков. Прослеживалась тенденция увеличения сульфат ионов, нитрат ионов, тяжелых металлов болотных водах под влиянием увеличения количества выпавших осадков. Что ещё раз подтверждает, что атмосферный перенос является главным источником поступления веществ в болотные воды.
Кислотно-щелочные особенности вод характеризуются тем, что в большинстве случаев в связи с ростом pH повышается концентрация основных ионов, возрастает минерализация.
Биохимический фактор, связан с процессами разложения органической массы в торфяной залежи и поступлением ионов в водный раствор. Этот фактор является косвенным, и вытекает из температурного. А также активизация вегетационных процессов.
Водный режим, падение уровня болотных вод приводит к увеличению минерализации, такая тенденция прослеживалась и в сезонной динамики и в годовой.
Все формирующие факторы нашли своё отражение в гидрохимическом режиме. Мы детально проработали режим холодного и теплого периода, выявили основные процессы и черты. В многолетней динамики, также есть свои особенности, в частности падение количества концентраций минеральных веществ, рост органических компонентов и тяжелых металлов. Учащаются минимальные значения водородного показателя в теплый период, что обуславливает наличием кислой среды, следовательно, опять идет уменьшение минеральных компонентов, падение питательных веществ, что в дальнейшем приведет к обеднению речных вод. Возрастает роль атмосферных выпадений в формировании химического состава болотных вод, что подтверждается полученными результатами и опубликованными.