Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Научно-методические подходы к изучению хемотрансшормации геосистем 11
Глава 2. Пространственно-временной анализ гидрохимической структуры бассейнов 31
2.1. Природные факторы формирования гидрохимического фона территории 31
2.2. Гидрохимические особенности речных бассейнов как отражение природных условий региона 49
2.3. Тенденции изменения природного гидрохимического фона бассейнов 75
2.4. Особенности режима компонентов солевого состава речных вод 112
2.5. Характер зависимости содержаний макрокомпонентов от водности рек 128
Глава 3. Отражение хемотрансформации геосистем в химическом составе поверхностных вод 159
3.1. Макрокомпонентный состав поверхностных вод как показатель антропогенного воздействия на водосборы 160
3.2. Гидрохимическая индикация хемотрансформации водосборов 191
Заключение 206
Литература 211
- Научно-методические подходы к изучению хемотрансшормации геосистем
- Гидрохимические особенности речных бассейнов как отражение природных условий региона
- Характер зависимости содержаний макрокомпонентов от водности рек
- Гидрохимическая индикация хемотрансформации водосборов
Введение к работе
Актуальность темы. Развитие современного общества сопровождается прогрессивным увеличением масштабов антропогенного воздействия на компоненты ландшафта. Вторгаясь в природные процессы, человек нередко нарушает закономерности их протекания, вызывая своей деятельностью изменения окружающей среды, различные по характеру и площади проявления. В нашей стране рачительное, бережное отношение к природе стало всенародным делом, обрело силу конституционных положений, закреплено в ряде законодательных актов, получило конкретную и ясную трактовку в директивных документах партии и правительства (Об охране окружающей среды, 1981). В качестве одной из важнейших задач Советского государства на І98І-І985 гг. и на период до 1090.г. ОТІ съездом КПСС названа задача по обеспечению "рационального использования и воспроизводства природных ресурсов, повышения эффективности мероприятий в области охраны окружающей среды" (Материалы ХХУІ съезда КПСС, 1981).
Оптимизация природной среды, понимаемая как "комплекс мер по рациональному использованию естественных ресурсов, охране, оздоровлению и обогащению природного окружения человечества" (Исаченко, 1980, с.5) Принадлежит к числу актуальнейших проблем современности. Решение этой проблемы, осуществляемое в условиях роста масштабов и темпов эксплуатации природных ресурсов, невозможно без анализа и оценки трансформирующего влияния хозяйственной деятельности человека на природную среду, отсутствие которых может привести к истощению ее природных ресурсов и к значительным материальным потерям. В этой связи возникла необходимость в создании специальной системы наблюдений и контроля за состоянием биосферы (мониторинга), которая позволила бы объективно оценить сложные изменения, происходящие в биосфере, опасность последствий ее загрязнения и дегра-
_ 4 -дации (Ананшев, 1975; Герасимов, 1976; Израэль, 1976, 1980; Лу-кашев, Лукашев, 1980 и др.). Осуществление программы экологического мониторинга предполагает использование широкого круга показателей, с помощью которых регистрируются пространственно-временные изменения пефаметров окружающей среды, обусловленные как влиянием природных факторов, так и антропогенньм воздействием. В ряду таких индикаторов состояния и изменения ландшафтных компонентов важное место занимают геохимические характеристики природных вод.
Многогранная хозяйственная деятельность человека вносит свои коррективы в характер естественных колебаний и изменений общего солевого состава поверхностных вод, тем самым предопределяя возможность использования его в качестве одного из показателей степени антропогенного воздействия на водный компонент ландшафтов (Пе-лешенко, 1975; Заславская, Сороковиков и др., 1978, 1980; Леонов, 1979; Захаре|нков, Силина и др., 1979; Скакальский, Фертман, 1980 и др.). Изучение ионного состава как параметра качества воды обусловливается їй тем, что для него накоплена наибольшая информация," отражающая Пространственно-временные закономерности формирования химизма вод,! Наличие многолетних гидрохимических данных, охватывающих периоды, характеризуемые различным уровнем хозяйственного освоения водосборных пространств, дает возможность проследить трансформацию природного гидрохимического фона, выявить тенденции количественных изменений компонентов минерализации речных вод. Тот факт, Що концентрации макрокомпонентов определяются сравнительно быстрыми и доступными методами, а вопросы их генезиса хорошо разработаны, позволяет провести оценку влияния деятельности человека на водную среду в бассейнах рек, где отсутствуют стационарные наблюдения.
Вместе с тем диапазон применения традиционных характеристик общего солевого состава речных вод может быть расширен за счёт
использования их для диагностики характера антропогенного воздействия на геосистемы, оценки геохимического состояния и тенденций изменений водосборных пространств. В пределах освоенных в "хозяйственном отношении водосборов трансформируются условия протекания процессов миграции, концентрации и рассеяния вещества, т.е. получает развитие так называемый процесс хемошрансформаций, который находит свое отражение в неоднозначном, зависящем от природной специфики водосбора и характера его освоения, изменении ингредиентов ионного стока и гидрохимического режима рек.
Являясь одной из важнейших геохимических характеристик ландшафтов водосборов, характеризующей их химическую денудацию, общий солевой состав дает возможность получить количественную оценку антропогенных преобразований в пределах геосистем бассейнового типа.
Таким Образом изучение индикационного значения геохимических параметров речных вод представляется интересным и перспективным не только с точки зрения качественной оценки поверхностных источников,, но и при исследовании антропогенных изменений ландшафтов (Ш^хрвицкая, Кадацкая, 1980; Аношко, Брезгунов, 1980; Козлова, Комиссарова, 1982; Хомич, Кадацкая, 1982).
Цель и задачи исследования. Кратко перечисленные выше положения явились исходными при выборе темы настоящего исследования, цель которого заключается в изучении основных закономерностей , трансформации солевого состава поверхностных вод в условиях антропогенных нагрузок на водосборные пространства, в обосновании возможности применения гидрохимической информации для индикации хе-мотрансформации геосистем бассейнового типа.
Согласно поставленной цели перед автором стояли следующие задачи: I) выполнить анализ многолетних^гидрохимических данных с учетом различных уровней хозяйственного воздействия на водосбо-
ры рек Белоруссии; 2) выявить тенденции изменения природного гидрохимического фона территории в условиях техногенеза; 3) провести анализ пространственно-временной неоднородности гидрохимических полей, выяснить их зависимость от колебаний речного стока (расходов воды) в природных и техногенных условиях; 4) на примере ключевых водосборов установить характер влияния отдельных техногенных факторов на формирование солевого состава вод местного стока; 5) дать оценку направленности хемотрансформации геосистем бассейнового типа.
Фактический материал и методика исследования. В основу диссертации положены собранные и обработанные автором многолетние данные по общему солевому составу речных вод, опубликованные в Гидрологических ежегодниках за 1948-1975 гг., а также результаты собственных; гидрохимических наблюдений автора на 34 малых и средних реках региона, выполненных на протяжении I976-I98I гг.
Многолетние гидрохимические данные по 24 рекам Белоруссии, с рядами наблюдений от б до 25 лет ( ^ 20000 данных по содержанию главных ионов), сгруппированные по основным фазам водного режима и отнесенные к двум полупериодам с различньм уровнем хозяйственного освоения водосборов, обрабатывались методами математической статистики, применяемыми для анализа временных рядов и корреляционного анализа. Все вычисления проводились на ЭВМ EC-I020 по программам использующим алгоритм Г.И.Сачка и А.П.Косило (1975, 1976).
Для выяснения пространственной выраженности процесса трансформации солевого состава речных вод привлекались материалы гидрохимических исследований, проведенных автором в бассейнах рек Зап.Двины, Йемана, Днепра и Припяти. Детальное изучение гидрохимии местного стока с учетом площадных и точечных факторов антропогенного воздействия проводилось на г : ключевых водосборах в
_ 7 -бассейне Зап.Двины. МакрокомпоиентныЙ состав определялся общепринятыми методами (Алекин,Семенов и др., 1973) в лаборатории региональной геохимии Института геохимии и геофизики АН БССР. Результаты, полученные в ходе изучения природно-техногенных закономерностей! изменения гидрохимического режима рек в условиях тех-ногенеза исйользовались для индикации хемотрансформации геосистем. Б этой связи химический состав речных вод и расходы воды рек рассматривались как интегральные показатели состояния и функционирования такой природной системы как водосбор. Реализация подобного методического приема, как будет показано в главе I, стала возможной благодаря союзу географо-гидрологического подхода к изучению гидрологических процессов и явлений и системных концепций в географии (Корытный, 1974; Борсук, 1975; Сергин, 1980; Антипов, Ко-рытный, 1981 и др.). С их позиций речной бассейн рассматривается как функционально-целостная система, главным цистемообразующим началом которой являются потоки гравитационной влаги, а интегральными показателями функционирования выступают объемы водного стока и его химический состав. Любое антропогенное воздействие на структуру.бассейна, в силу мобильности и восприимчивости потоков влаги, сказывается на интегральных показателях геосистемы.
Научнаія новизна. Установлена и обоснована информативность и индикационное значение химического состава речных вод как интегрального показателя современного природно-техногенного состояния геосистем. С географо-гидрологических позиций интерпретированы полученные автором данные, характеризующие гидрохимическую обстановку Белорусского региона в условиях техногенеза. Выявлены тенденции изменения солевого состава речных вод и причины их обусловившие. Раскрыт механизм формирования химического состава вод местного стіока в зависимости от хозяйственного использования водосборов.
Практическая значимость и реализация работы. Химический состав речных вод, характеризуя один из самых мобильных и восприимчивых компонентов ландшафта - природные воды, является диагностическим показателем техногенного влияния на процессы функционирования геосистем. Предложенные геохимические показатели — характеристики макрокомпонентного состава речных вод — позволяют установить наиболее ранние стадии перехода природных геосистем в ранг природно-техногенных. Эти показатели являются чувствительными ин-дикаторами агрохозяйственного и мелиоративного воздействия в регионах с гуМидным климатом и могут использоваться для целей геосистемного мониторинга.
Результаты, полученные по оценке изменения гидрохимического режима рек в условиях техногенеза,могут быть использованы при проведении работ по характеристике состояния и прогнозирования качества поверхностных источников питьевых вод, при нормировании сброса сточных вод для проектируемых и действующих предприятий, для обоснования возможных изъятий стока рек на различные хозяйственные нужды. Полученные результаты необходимо учитывать при определении антропогенных нагрузок на водные экосистемы и при планировании мероприятий по охране окружающей среды.
Основные результаты исследования и полученные на их основе рекомендаций переданы для внедрения Государственному комитету по охране природы БССР, Республиканскому совету Белорусского общества охраны природы. Материалы исследования использованы при разработке "Указаний по изучению и определению выноса минеральных, органических веществ и ядохимикатов дренажными и грунтовыми водами с мелиорируемых земель", расчетный экономический эффект от внедрения "^казаний" составил 54 тыс. руб.
Материалы диссертационной работы экспонировались на ВДНХ СССР и отмечены бронзовой медалью выставки за 1982 г.
Апробация работы. Основные положения диссертации вошли в качестве самостоятельных разделов в отчеты лаборатории рационального природопользования и лаборатории геохимии ландшафтов за 1975-80 гг.: Материалы диссертации докладывались на 2-ой конференции молодых ученых ИГиГ АН БССР (Минск, 1976), координационном совещании Белорусско-Прибалтийского межведомственного совета (Минск, 1979), Всесоюзной конференции по мелиорации, использованию и охране почв Нечерноземной зоны (Москва, 1980), рабочем совещании по-современным проблемам геохимии ландшафтов (Минск, 1983). научной конференции "Конструктивные задачи географических исследований в Белорусской ССР" (Минск, 1984), семинаре "Геохимическое картографирование техногенных изменений окружающей среды" (Вильнюс, 1984), включены в материалы 1-го Всесоюзного совещания по геохимии ландшафтов при поисках полезных ископаемых и охране окружающей ср;еды (Новороссийск, 1982), 28-ого Всесоюзного гидрохимического совещания (Ростов-на-ДонуJ 1984), республиканской научно-технической конференции по малым рекам Белорусской ССР, их использованию и охране (Гомель, 1984), приняты для публикации в материалах 3-гоіМеждународного съезда по экологии.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 научных статей, общим объемом 4,0 п.л. и 4 находятся в печати.
Объем [и структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения, содержит 129 страниц машинописного текста, 41 таблицу, 21 рисунок, общий объем работы 228 страниц . Список использованной литературы включает 194 названия отечественных и зарубежных авторов.
Диссертация выполнена в лаборатории рационального природопользования; Института геохимии и геофизики АН БССР под руководством кандидата географических наук А.А.Хомича.
Большая консультативная помощь оказана автору академиком АН БССР К.И.Лукашевшм. При окончательном оформлении рукописи учтены замечания, сделанные при ее предварительном обсуждении доктором геолого-минералогических наук В.А.Кузнецовым, доктором геолого-минералогических, наук А.В.Матвеевым, кандидатами геолого-минералогических наук А.Л.Жуховицкой, Г.И.Сачком, кандидатом географических наук В.А.Прокопеней и кандидатом сельскохозяйственных наук А.М.Максимовичем. При сборе материалов диссертации, в ее оформлении и в выполнении аналитических работ автор пользовался помощью старшего инженера Е.П.Красуцкой, инженера С.Л.Романова, старшего техника М.З.Жук. Всем названньм товарищам автор выражает свою глубокую признательность.
- II -
Научно-методические подходы к изучению хемотрансшормации геосистем
Согласно классическим представлениям, поведение химических элементов в ландшафтной сфере определяется свойствами самих элементов и условиями протекания процессов массо- и энергообмена. Эти условия, создаваемые и контролируемые взаимодействием ландшафтных компонентов, определяют различия в направленности, интенсивности природных процессов миграции, концентрации и рассеяния вещества в геосистемах. Таким образом, физико-географические условия геосистем в сочетании с химической спецификой элементов образуют геохимическую (литогеохимическую, педогеохимическую, биогеохимическую, гидрохимическую) подсистему ландшафта. Параметры этой подсистемы, ее структура и функционирование выступают в качестве объективной характеристики геосистем, отражают ее состояние и тенденции изменения, недоступные визуальному наблюдению. При этом изменение параметров геохимической подсистемы ландшафта в условиях хозяйственной деятельности (антропогенная хемотранс-формация геосистемы) наиболее существенно проявляется в изменении ее гидрохимических показателей. Участвуя в перераспределении вещества и энергии в ландшафтной сфере, водные факторы отражают взаимодействие всех составляющих геосистемы, чутко реагируют на изменения в ландшафтной обстановке. Речные воды, как наиболее активная часть гидросферы, являются "самыми тонкими индикаторами природных условий бассейнов" (Мильков, 1981, с.13). Химический состав вод, его пространственно-временная структура (территориальное проявление сезонного и многолетнего режимов химического стока) являются носителями информации о растворяющей и миграционной способности вод местного стока, с которыми связаны природные и антропогенные потоки вещества в геосистемах. При стабильности свойств химических элементов трансформация гидрохимических показателей местного стока отражает изменение ландшафтных условий формирования гидрохимической структуры геосистем. Тем самым подтверждается правомерность использования гидрохимических показателей речных вод для выявления причинно-следственных связей процессов хемотрансформации геосистем.
Возможность использования химического состава речных вод в качестве показателя естественно-техногенного состояния водосборов базируется прежде всего на концепции взаимосвязи и взаимообусловленности природных компонентов. В основе реализации данного положения лежит докучаевская идея о единстве земной поверхности. В современной интерпретации она выступает как идея о существовании прямых и обратных связей между горными породами, почвами, водами и живым веществом, формирующими сложную природную систему - ландшафт. Особое значение имеют также и воззрения В.В. Докучаева на почвенный покров как естественно-историческое тело и на почву как зеркало ландшафта.
Исходной теоретической базой, проведенного нами исследования, явились представления отечественной географо-гидрологической школы об активном.- участии ландшафтных компонентов в формировании речного стока.
В.В.Докучаев был первым ученым, установившим тесную взаимосвязь между почвой и водой, рассматривая их в аспекте проблем гидрологии и водообеспеченности водосборных пространств. О почве как естественном факторе формирования режима рек пишет и А.И.Воейков в своих известных работах "Наши реки" и "Воздействие человека на природу", указывая, что изменение почвенного покрова под влиянием намеренного или ненамеренного действия человека не может не повлиять на реки. Вслед за В.В.Докучаевым и А.И.Воейковым, А.А. Измаильский (1949) и П.А.Костычев (1951) проводили в жизнь мысль, что не изменение климата местности, а изменение характера почвеннорастительного покрова послужили основной причиной изменений водного режима ландшафтов и дренирующих, их рек.
Результаты, важные для понимания генезиса явлений, связанные с почвенным звеном круговорота воды, были получены Г.Н.Высоцким, А.Ф.Лебедевым; К.К.Гедройцем. Исследования Г.Н.Высоцкого, в частности, позволили выявить генетические связи между режимом влажности, передвижением растворенных веществ и всеми элементами ландшафта: климатом, рельефом, геологическим строением и растительностью (Высоцкий, 1962).
Идеи В.В.Докучаева и его сторонников положили начало ландшафтному (почвенному) направлению в изучении гидрологических процессов и явлений, получившего впоследствии названия географо-гид-рологического.
Исследование гидрологических и гидрохимических процессов в тесной связи с другими природными процессами и явлениями составляет сущность географо-гидрологического метода (Глушков, 1961; Поляков, 1939; Давыдов, 1947; Кузник, 1962; Субботин, ІЗмиева.. и др., 1973 и др.). Последовательно развивая положение о ланд-шафтно-гидрологических связях В.Г.Глушков неоднократно отмечал, что не только количество, но и качество вод определяется особенностями того ландшафта, в пределах которого располагается данный речной бассейн. С позиций ландшафтно-индикационной роли природных вод интересны частные выводы В.Г.Глушкова о том, что степень водопроницаемости почвенного покрова обусловливает возможность той или иной формы стекания атмосферных осадков (поверхностным или подземным путем) и, что передвижение растворов солей в почвах, зависящее от действия двух основных факторов; испарения и периодического увлажнения - совместно с микрорельефом и почвообразовательным процессом, создает различные условия засоленности водосборов.
Гидрохимические особенности речных бассейнов как отражение природных условий региона
Представление о гидрохимических особенностях поверхностных вод белорусского региона базируется на материалах, полученных в системе гидрометслужбы (Ресурсы поверхностных вод, т.5, 1966, 1974), на результатах исследований, выполненных и опубликовандах О.А.Алекиным І948а, 19486), Т.Н.Сивко (1956), Ф.М.Сакевич (1958), М.Т.Булавко (1965), Я.А.Андриановой, И.П.Вяжевич с соавторами (1965), А.Л.Іуховицкой (1963, 1966), Е.Н.Нахшиной (1965), В.И.Найденовой (1971), И.К.Вадковской (1971) и др., а также собственных наблюдений автора, проведенных в бассейнах рек Зап.Дви-ны и Немана.
Бассейн Западной Двины расположен в северной части республики, в области молодого конечно-моренного рельефа. Моренные возвышенности чередуются здесь с плоскими низинами, выстланными донной мореной и озерно-ледниковыми отложения ми. В пределах БССР находится 39$ водосбора реки. Сложен он девонскими отложениями (известняками, доломитами, мергелями, песчаниками, перекрытыми четвертичными породами (валунными суглинками, глинами, частично водноледниковыми и озерными песками). Почвенный покров состоит из суглинистых и песчаных разностей, встречаются тяжелые суглинки и глины. Развиты торфяно-болотные и торфяные почвы.
Бассейн Западной Двины характеризуется весьма неравномерным размещением лесов. Лесные массивы сосредоточены главным образом в правобережной части бассейна, в Полоцкой низине. Залесенность водосборов рек (Дрисса, Свольна, Нища, Полота и др.), дренирующих здесь низину, достигает 50-70$, уменьшаясь для всей водосборной территории до 41$.
Заболоченность водосбора составляет 13$, болота в основном олиготрофные и представлены сфагновыми торфяниками. Наибольший процент заболоченности приходится на водосборы правобережных притоков Западной Двины (Сосница - 30$, Полота - 28$, Усвяча - 25$, Оболь - 25$), где широко распространены и низинные болота.
Характерной особенностью бассейна является обилие озер. Большинство озер располагается группами на водоразделах в исто-ках рек. Большая часть территории бассейна (64$) представлена ландшафтами элювиального типа. На долю суиераквальных ландшафтов приходится 24$ площади водосбора. Мозаичные сочетания мелкоконтурных супераквальных с преобладанием элювиальных ландшафтов занимают 12$ водосбора.
Реки бассейна Зап.Двины принадлежат к типу равнинных с преобладанием снегового питания. Большая часть годового стока (в среднем 50$) приходится на период весеннего половодья. По мере продвижения на Запад и особенно на юго-запад участие талых снеговых вод в питании рек уменьшается. В том же направлении возрастает доля грунтового питания, составляющая 25-30$ общего стока. Участие дождевых вод в питании рек бассейна ограничено (около 20$) несмотря на то, что в теплый период выпадает в 2-3 раза больше осадков, чем зимой. Водный режим рек бассейна характеризуется наличием ясно выраженного весеннего половодья, довольно устойчивых летней и зимней межени, а также летне-осенних паводков. Со сменой фаз водного режима в течение года, а также с различием водности отдельных лет связаны сезонные и многолетние изменения минерализации и химического состава поверхностных вод. Изменчивость гидрохимических характеристик в пространстве является следствием ландшафтно-геохимических особенностей водосбора.
Характер зависимости содержаний макрокомпонентов от водности рек
Выявленные особенности вариации содержаний макрокомпонентов во времени определяются, главным образом, природными процессами. Влияние антропогенных факторов на изменчивость компонентов солевого состава проявляется неоднозначно и в свою очередь, как было показано, зависит от специфики естественных флуктуации каждого элемента.
При рассмотрении причин природной подвижности элементов химического стока рек важное место занимает водный режим рек. Исследования связи между составом воды и водностью реки представляют большой интерес, так как водность реки (ее расход в каждый конкретный момент) является интегральной характеристикой наиболее динамичной гидроклиматической обстановки и несет в себе черты ландшафтных особенностей территории. Непостоянство водного режима, изменчивость которого во времени, как было установлено, выше, чем гидрохимического, вызывает варьирование химических ингредиентов. Однако остается неясным, является ли данное положение безусловным для всех компонентов, однозначно ли оно проявляется по отношению к календарным (годовым) и многолетним (сезонным) вариациям солевого стока. Изменение концентраций во времени обусловливается, наряду с водным, всем комплексом факторов, определяющих условия формирования как гидрологического, так и гидрохимического режимов рек, поэтому необходимо знать, всегда ли водный фактор имеет решающее значение в формировании последнего. До сих пор не выяснено насколько сопряженно идет изменение водности и химического состава в естественных и природно-техногенных условиях, сказывается ли трансформация химического состава на характере связи рассматриваемых признаков, в каких случаях следует элимнировать колебания водности, а в каких можно ее не учитывать. Ответы на поставленные вопросы имеют практическое значение для прогнозирования поведения элементов при возрастающем воздействии на водосборные пространства, позволяют предвидеть их режим в условиях сокращения водности наших рек.
Вопросы изменчивости показателей качества воды во времени в связи с изменением стока всегда привлекали знимание исследователей. У истоков решения данной проблемы стояли Б.В.Фофанов, В.П. Радищев,. Н.К.Бочков, Л.К.Блинов, Б.Н.Форш и др. Большая роль в изучении зависимости минерализации от расходов принадлежит О.А. Алекину (1950, 1953, 1970). Он установил, что графически эта связь выражается кривой степенной функции близкой к гиперболической. Весьма важен и вывод о том, что форма кривых для различных рек далеко не одинакова и зависит от генетических условий, обусловливающих формирование химического состава речных вод, и гидрографических особенностей последних. Дальнейшее развитие это направление получило в работах А.М.Буркальцевой (1965), Н.А.Усович (1965), А.П.Урываева (1968), Н.Я.Авдеева и В.И.Рогожкина (1968), В.В.Фадеева, М.Н.Тарасова, В.Л.Павелко (1971), М.Б.Кравца (1976), Г.А. Баженовой (1977), Г.И.Погадаева и Н.Н. Погадає вой (1979), Л.Б.Друм-левой (1979) и др. Ряд авторов отмечает, что зависимость гидрохимического режима от гидрологического не всегда четко прослеживается, т.е. является более сложной, особенно в отношении отдельных компонентов. В работах дается количественная оценка зависимости минерализации и химического состава от расходов рек в различных регионах Советского Союза, приводятся уравнения связи, обосновывается возможность использования гидрологических характеристик, в частности расходов, для расчета минерализации и ионного стока рек, не изученных в гидрохимическом отношении.
Из краткого обзора изученности рассматриваемой проблемы и характера наушх исследований в этой области, о которых упоминалось в начале раздела, видно, что перед нами стояли несколько иные задачи. Это лишь свидетельствует о том, что круг вопросов, посвященной изучению взаимосвязи гидрологических и гидрохимических характеристик весьма широк, а подходы к их изучению определяются целевой направленностью работы.
Для рещёния задач, поставленных перед автором, был проведен корреляционной анализ данных по ионному составу и расходам воды 24 рек (табл. I), характеризующий, во-первых, степень сопряженности изменения величин минерализации и концентрации отдельных компонентов с изменением расходов воды в течение года, во-вторых, характер связи химических показателей с расходами воды в многолетнем разрезе по основным фазам водного режима. Коэффициенты корреляции вычислялись как для всего периода наблюдений, так и дифференцированно по двум полупериодам, отличающимся уровнем хозяйственного воздействия на ландшафты водосборов.
Изменения концентрации отдельных ионов и их суммы и соответствующих им расходов воды в годовом цикле рассматривались на примере рек Зап.Двины в пунктах (г.Витебск и г.Полоцк) и Сожа (г.Гомель), для которых имелся достаточный фактический материал, характеризующий их гидрохимический и гидрологический режимы. Были выбраны годы с наиболее представительными и полными данными по изучаемым признакам: для р.Зап.Двина (г.Витебск) - 1951, 1953, 1954, 1955 гг; для р.Зап.Двина (г.Полоцк) - 1965 г. (год представлен двумя рядами данных выше и ниже водомерного поста); для р.Сож -1950, 1952, 1953, 1954, 1955 гг.
Гидрохимическая индикация хемотрансформации водосборов
Как показано выше, хозяйственная деятельность человека вносит свои коррективы в естественные колебания и изменения солевого состава поверхностных вод Белоруссии. Б ходе исследования установлены основные; закономерности трансформации гидрохимического режима рек региона, выяснены особенности формирования стока растворенных веществ в условиях разнофакторного хозяйственного использования водосборов и характер их проявления в макрокомпонентном составе вод. Выявленные изменения отражают степень антропогенного воздействия на воды рек и указывают одновременно на преобразование природной обстановки дренируемых территорий. Это последнее свойство гидрохимической информации позволяет использовать ее для диагностики и прогноза изменений, вызванных деятельностью человека в такой природной системе как речной бассейн. Любое антропогенное воздействие на природную структуру бассейна, учитывая мобильность и восприимчивость потоков влаги, сказывается на показателях функционирований геосистемы. Полученные результаты, подтверждая это, свидетельствуют также и о том, что солевой состав речных вод может рассматриваться в качестве одного из индикаторов антропогенной трансформации природной обстановки водосборов.
При наличии длительного ряда гидрохимических наблюдений установленный факт изменения солевого состава речных вод является свидетельством появления нового, антропогенного агента в формировании химического стока рек. Следовательно, в условиях хозяйственного использования водосборных пространств относительно устойчивые и постоянные факторы формирования химизма рек претерпевают динамические изменения: получает развитие так называемый процесс хемотрансформации, который и находит свое отражение в преобразовании гидрохимического режима рек. В пределах водосборов процесс хемотрансформации выражается в изменении характера миграции, концентрации и рассеяния вещества в ландшафтах, который приводит к увеличению химической "эрозии" последних. Для количественной оценки выноса растворимых продуктов техногенеза рассчитывался средний многолетний ионный сток (т/месяц, т/месяц с кЛ для основных фаз водного реж;има (весеннее половодье, летняя и зимняя межень) по двум полупериодам: природному и природно-техногенному. Выделение антропогенной составляющей ионного стока проводилось с использованием методики В.И.Пелешенко (1975). По всем изученным створам рассматривалось изменение стока ионов 5о и С1 (табл.39-41), поскольку именно для этих компонентов установлено преимущественное накопление в поверхностных водах в результате деятельности человека
Согласно данным таблиц 39-41 в условиях хозяйственного использования водосборных пространств отчетливо прослеживается количественное увеличение выноса сульфатов и хлоридов во все гидрологические фазы. При этом вынос растворенных веществ в реки возрастает, не за счет повышения объемов речного стока, а вследствие роста концентраций ингредиентов в речных водах. В пределах исследуемых водосборов ежемесячная величина стока сульфатов в весенний период по отношению к фону (1-й полупериод) возросла в бассейне Зап.Двины на 14-80$, в бассейне Немана - на 31-71$, в бассейне Днепра на 13-107%, в бассейне Припяти - на 62-182% (табл. 39). В суммарном стоке сульфатов (П-й полупериод) все еще существенная роль принадлежит его природной составляющей. Вынос "антропогенных" сульфатов с единицы площади (кмп) уступает по своей величине стоку ингредиента, формирующемуся в результате природных процессов. Иная картина прослеживается для хлоридов ( табл. 39), в суммарном стоке которых преобладающая часть приходится на "антропогенные" хлориды. Возрастание выноса ионов СІ" в % от фона характеризуется следующими величинами: 136-438% (бассейн Зап.Двины), 56-218% (бассейн Немана), 228-481% (бассейн Днепра), 171-556% (бассейн Припяти).
В период летней межени для большинства водосборов наблюдается сильное увеличение долевого участия антропогенной составляющей сульфатов в их суммарном стоке (табл.40). По отношению к фону вынос ионов 0$. за условно-техногенный полупериод вырос на 64-143% (бассейн Зап.Двины), 96-203% (бассейн Немана), 49-95% (бассейн Днепра), 57т292% (бассейн Припяти). Модуль стока "антропогенных" хлоридов практически для всех водосборов значительно выше природного модуля стока ионов С1 .
Антропогенная составляющая стока сульфатов и хлоридов в зим-немеженный период характеризуется величинами в одних случаях, превышающими природный вынос ингредиентов, в других, несколько уступающими ему (табл. 41).
