Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Состояние изученности водных объектов Норило-Пясинской системы 10
1.1 Современные природные условия водосборного бассейна и антропогенное воздействие на водные объекты 10
1.2 Экспедиционные исследования и стационарные наблюдения 17
1.3 Научные обобщения и методы по оценке водных ресурсов 24
Выводы по главе 1 и постановка задач исследования 29
Глава 2 Комплексная схема исследования и многолетняя изменчивость годового стока воды и его характеристик Норило-Пясинской системы 32
2.1 Комплексная схема исследования 32
2.2 Приведение рядов гидрологических характеристик к многолетнему периоду 34
2.3 Многолетняя изменчивость годового стока воды и его характеристик .40
Выводы по главе 2 46
Глава 3 Анализ качественного состояния водных ресурсов системы в условиях антропогенного воздействия 47
3.1 Используемая гидрохимическая информация 47
3.2 Многолетняя и сезонная изменчивость качества вод 48
3.3 Сток химических веществ Норило-Пясинской водной системы 57
3.4 Оценка качества вод системы по интегральным показателям 62
Выводы по главе 3 74
Глава 4 Использование результатов исследования и предложения по оптимизации сети наблюдений на водных объектах и их водохозяйственного использования 76
4.1 Использование результатов исследования 76
4.2 Предложения по оптимизации сети наблюдений на водных объектах 77
4.3 Предложения по водохозяйственному использованию водных ресурсов системы 80
Выводы по главе 4 85
Заключение 86
Список использованных источников 88
Приложение А 107
Приложение Б 113
Приложение В 114
Приложение Г 115
Приложение Д 116
- Современные природные условия водосборного бассейна и антропогенное воздействие на водные объекты
- Многолетняя изменчивость годового стока воды и его характеристик
- Оценка качества вод системы по интегральным показателям
- Предложения по водохозяйственному использованию водных ресурсов системы
Введение к работе
Актуальность темы. Поверхностные водные объекты обладают исключительной важностью в функционировании природных и техногенных систем. Водные объекты арктической зоны отличаются особенной чувствительностью и уязвимостью к антропогенному воздействию. Принятие эффективных мер по решению проблем водопользования и водопотребления, а также модернизация программы наблюдений государственного мониторинга водных объектов невозможны без подробной оценки их состояния на основе уже имеющихся данных.
Выбор объекта исследования связан с тем, что Норило-Пясинская озерно-речная система, относящаяся к водосборному бассейну р. Пясина, является уникальной водной системой арктической зоны России, характеризующейся высокой озерностью. Наибольшее антропогенное воздействие Норило-Пясинская водная система испытывает от предприятий Норильского горнометаллургического комплекса и г. Норильска. В виду отсутствия крупных населенных пунктов и промышленных объектов собственно на реке Пясина загрязнение Норило-Пясинской водной системы является основным на водосборе реки и распространяется в Карское море.
Особую актуальность исследование приобретает в связи с реализацией Водной стратегии РФ на период до 2020 года. В частности, стратегией предусмотрена разработка нормативов допустимого воздействия на водные объекты, учитывающие региональные особенности и индивидуальные характеристики водных объектов, и развитие системы государственного мониторинга водных объектов.
Следует отметить, что исследование приобретает интерес в связи с малой изученностью количественного и качественного состояния поверхностных вод Норило-Пясинской системы в современных условиях антропогенного воздействия.
Объектом исследования являются поверхностные водные ресурсы Норило-Пясинской озерно-речной системы.
Предмет исследования - пространственные и временные особенности изменения количественных и качественных характеристик водных ресурсов в условиях антропогенного воздействия.
Цель исследования - провести анализ многолетней пространственно-временной изменчивости количественного и качественного состояния поверхностных водных ресурсов Норило-Пясинской системы для разработки предложений по оптимизации ведения государственного мониторинга водных объектов и их водохозяйственному использованию.
Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:
-провести анализ предшествующих исследований и сбор исходной информации;
-разработать схему комплексного исследования количественного и качественного состояния водных ресурсов с учетом разрозненности исходной информации;
-привести ряды гидрологических данных к многолетнему периоду и оценить их надежность;
- выявить многолетние тенденции изменения годового стока воды системы
как количественной характеристики водных ресурсов;
-дать оценку пространственно-временной изменчивости качества вод, в т.ч. по интегральным показателям;
-выявить динамику стока химических веществ из Норило-Пясинской системы в р. Пясина и оценить антропогенную нагрузку на водные объекты системы;
- разработать предложения по водохозяйственному использованию водных
объектов Норило-Пясинской системы и по оптимизации государственной
гидрологической сети наблюдений.
Научная новизна работы.
Впервые дана оценка многолетней изменчивости стока воды и химических веществ из Норило-Пясинской системы в реку Пясина.
Выявлены тенденции многолетней изменчивости количественного состояния водных ресурсов системы, охарактеризованы многоводные и маловодный периоды.
Впервые исследована сезонная динамика параметров качества вод, дана оценка по интегральным показателям. Оценена антропогенная нагрузка на водные объекты системы в современных условиях.
Основные защищаемые положения.
Выявленные закономерности изменения количественного состояния водных ресурсов системы определяют наличие многоводных и маловодного периодов. Значимой тенденции изменения водности системы за период 1938-2005 гг. не обнаружено.
Водные объекты Норило-Пясинской озерно-речной системы по характеру качества вод и антропогенному воздействию разделены на три группы. Характерные интервалы гидрохимических показателей по створам, не подверженным прямому антропогенному воздействию, на озере Лама и на р. Норилка (1 км выше впадения р. Рыбная) являются фоновыми значения, учитывающие региональные особенности водосборного бассейна.
Многолетняя изменчивость годового стока воды и химических веществ из Норило-Пясинской системы в реку Пясина свидетельствует о значительной антропогенной нагрузке на озеро Пясино, как замыкающий и аккумулирующий водоем системы.
Уточнено гидрографическое районирование бассейна р. Пясина, Норило-Пясинская система выделена в отдельный водохозяйственный участок.
Практическая значимость работы заключается в использовании комплексной схемы исследования по оценке многолетней изменчивости водных ресурсов по данным стационарных наблюдений различных водосборов.
Результаты исследований являются составной частью научно-исследовательских работ, выполненных в рамках тем 1.2.1.2 и 1.3.3 Плана НИОКР Росгидромета на 2011 г. в целях реализации целевой научно-технической программы Росгидромета на 2011-2013 гг.
Материалы исследования были применены при планировании, осуществлении и выработке рекомендаций в научно-методической инспекции ААНИИ по гидрологической сети наблюдений Среднесибирского УГМС Росгидромета (г. Норильск - с. Туруханск - г. Красноярск, 2011).
Результаты исследования использованы для разработки проекта «Схемы комплексного использования и охраны водных объектов, включая нормативы допустимого воздействия, по бассейну реки Пясина» Енисейского бассейнового водного управления Федерального агентства водных ресурсов РФ.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на 12 международных и всероссийских форумах, конференциях, конкурсах, научных сессиях и научно-практических семинарах. В их числе: Конференция молодых ученых, посвященная 70-летию дрейфа СП-1 (Москва, 2008), Всероссийский молодежный конкурс научных работ по тематике «Чистая вода» (Москва, 2009), Конференция молодых учёных «Проблемы развития полярных регионов в условиях глобального изменения климата» в рамках международного молодежного Омега-форума (Санкт-Петербург, 2009), Итоговые сессии Ученого совета ААНИИ по результатам работ (Санкт-Петербург, 2009, 2010, 2011), Конкурс научно-исследовательских работ молодых ученых по полярной тематике, проводимого рамках Юбилейных мероприятий, посвященных 90-летию ААНИИ (Санкт-Петербург, 2010), Международный молодежный форум «Ломоносов-2010» (Москва, 2010), Семинар молодых ученых «Роль молодежи в перспективных направлениях исследований Арктики и Антарктики» (Санкт-Петербург, 2010), Международный симпозиум «Экология арктических и приарктических территорий» (Архангельск, 2010), Конференция молодых специалистов, посвященная 50-летию НПО «Тайфун» (Москва, 2010), IV Международная молодежная научная конференция «Экология-2011» (Архангельск, 2011), IV Школа-конференция молодых ученых с международным участием «Водная среда и природно-территориальные комплексы: исследование, использование и охрана» (Петрозаводск, 2011).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, в том числе одна статья в журнале, входящем в Перечень ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав основного содержания, заключения, списка использованных источников и приложений. Текст изложен на 116 страницах, включая 8 таблиц, 13 рисунков и список использованных источников, состоящий из 184 наименований. Работа содержит 5 приложений.
Личный вклад автора заключается в научном и практическом решении задач исследования: в сборе и систематизации исходных данных; в оценке полноты и качества гидрологических наблюдений сети Росгидромета на исследуемых водных объектах при непосредственном участии автора в составе научно-методической инспекции ААНИИ; в разработке комплексной схемы исследования; в оценке многолетней изменчивости количественного и качественного состояния водных ресурсов Норило-Пясинской озерно-речной системы; в разработке предложений по оптимизации сети наблюдений на водных объектах и их водохозяйственному использованию.
Автор диссертации выражает глубокую признательность научному руководителю Иванову В.В. и сотрудникам отдела гидрологии устьев рек и водных ресурсов ААНИИ за действенную помощь в сборе фактического материала, ценные советы и рекомендации.
Современные природные условия водосборного бассейна и антропогенное воздействие на водные объекты
Климатические условия Норило-Пясинского бассейна характеризуются продолжительной суровой зимой и коротким прохладным летом. Радиационный режим описывается крайней неравномерностью в течение года в связи с наличием полярных дня и ночи. Наименьшее число часов солнечного сияния приходится на декабрь; в летние месяцы число часов солнечного сияния достигает максимума в июле. Многолетняя средняя годовая температура воздуха на территории Норило-Пясинского бассейна отрицательна и составляет -9,3-9,6С. Холодный зимний период начинаетея во второй половине сентября и длится 8-9 месяцев до конца мая-начала июня. Переходные период весны и осени не продолжительны.
В годовом распределении осадков преобладают дожди, выпавшие летне-осенний период. Годовая еумма осадков в среднем составляет 480 мм по данным метеостанции г. Норильска, но предгорьях плато Путорана значительно больше - 650-700 мм. Снежный покров в районе исследования окончательно устанавливается в первой декаде октября, реже в середине октября или в конце сентября. Таяние снега начинается с середины мая до середины июня. В пониженных частях рельефа снег, отложенный зимними метелями, продолжает лежать до июля, в горных районах часто не сходит до выпадения нового. Средняя продолжительность снежного покрова в равнинной части составляет 230 дней, в горах 250-280 дней. Более подробное описание климатических условий района представлено в работах [79, 100, 152].
Атмосферная циркуляция в основном осуществляется в направлении с запада на восток, однако временами наблюдаютея выходы циклонов с юга или юго-запада, обусловливающие нередко обильные осадки. В основном преобладает антициклопальный тип погоды.
По климатическому районированию водосбор Норило-Пясинской системы относится к Сибирскому району, охватывающего восточную часть Карского моря, полуостров Таймыр [8, 125, 154]. Следовательно, в исследовании возможно использование данных метеорологических характеристик близлежащих к водосбору метеостанций этого района.
Расположенный в природной зоне лесотундры бассейн Норило-Пясинской системы представлен двумя основными типами ландшафтов, прежде всего, определяемыми особенностями рельефа.
К первому типу ландщафтов следует отнести наиболее высокую часть водосбора - западный склон плато Путорана, расчлененный глубокими разломами, занятыми речными долинами. Озера, расположенные между массивами гор Путорана, занимают ледниково-тектонические котловины или подпруженные моренами глубокие горные долины; в большинстве случает морены «прорваны» реками, поэтому озера являются проточными. Наибольшие их них - Кета, Глубокое, Собачье, Лама - имеют широтное простирание. По берегам этих озер преобладает хвойный лес, представленный преимущественно лиственницей и елью на горнотундровых и гольцовых почвах. Отчетливо выражена высотная зональность ландщафтов от лиственничной лесотундры до горной арктической пустыни. По мере увеличения высоты леса сменяются редколесьями, зарослями течет ольховника и, наконец, горными тундрами, на самых высоких уровнях растительный покров крайне разреженный, покрытие его не более 10% [116]. Второй тип ландшафтов характеризуется участком Приенисейской низменности вокруг озера Пясино. К югу озера меридианально примыкает хребет Лонтокойский Камень, отделенный от плато Путорана тектонической депрессией, так называемой «Норильской долиной». По дну депрессии р. Норилка (с р. Рыбная), а в северной расширенной котловинообразной части лежит оз. Мелкое. В пониженных местах вокруг озера Пясино на заболоченных глеево-мерзлотно-таежных почвах произрастают кустарничковые редкостойные лиственницы на мохово-лишайниковом покрове, иногда вместе с ольхой и карликовой березой [30, 145].
Повсеместно на водосборе распространена многолетняя мерзлота. Мощность многолетнемерзлотных пород составляет 200-500 м, толщина оттаивающего слоя грунта колеблется от нескольких десятков сантиметров до одного метра [145].
Обобщенная характеристика природных условий Таймырского полуострова и, в частности, Норило-Пясинской водной системы представлена в ряде научных трудов [14,161,165,170,171].
Следует отменить, что в районе восточной части озер Лама и Кета в границах Норило-Пясинской системы находится небольщая часть Путоранского природного заповедника (около 6 %). Заповедник является особо охраняемой природной территорий, включенный в список Всемирного наследия ЮНЕСКО. Под охраной находятся особые горно-озерные ландщафты, редкие виды растений и животных [132].
Гидрографическая сеть Норило-Пясинской водной системы представляет собой систему взаимосвязанных между собой рек и озер с основным водоемом - озером Пясино, из которого берет начало река Пясина. Также в гидрографическую сеть района входят болота, многочисленные термокарстовые озера, подземные источники и снежники. Характер гидрографической сети Норило-Пясинской системы в значительной степени определяется следующими факторами: особенностями климата, рельефа, наличием многолетней мерзлоты, залегающей близко к поверхности [53, 122, 141, 145].
На водосборе насчитывается более 2200 рек, из них 170 рек длиной более 10 км, самые длинные из них Рыбная, Микчанда, Дьангы, Токинда, Валек, Омнё, Амбарная, Норилка. Зарегулированная сетью озер река Норилка - наибольшая по площади водосбора (82 % от общей площади водосбора бассейна) и самый крупный приток озера Пясино.
Особенностью Норило-Пясинской системы является ее значительная озерность, которая составляет 9 %. На водосборе более 4500 озер, из них 36 озер имеют площадь зеркала более 1 км2. Наиболее крупные из них составляют 93 % площади всех озер бассейна. По морфометрическим характеристикам, крупные озера можно разделить на две группы. К первой относятся горные озера системы (Лама, Глубокое, Кета, Собачье), они вытянуты в широтном расположении и занимают в глубоких ущельях горных долин. При длине озер 45-96 м, их средняя ширина составляет 3-5 м. Наиболее глубокие участки дна оз. Лама, Собачье и Глубокое ниже уровня моря, глубина оз. Лама достигает 254 м при урезе воды 53 м. Ко второй группе следует отнести мелководные и более широкие озера Пясино и Мелкое, средняя глубина которых равна 4 м.
В виду ландшафтных особенностей и с учетом водности можно определить цепочку водных объектов оз. Пясино - р. Норилка - оз. Мелкое -р. Лама - оз. Лама - р. Микчанда как ключевую линию водных объектов системы. Допустим, что реки ключевой цепочки - это реки 1 порядка, тогда впадающие в них реки - реки 2 порядка и т.д. Поэтому вторая по полноводности р. Рыбная является рекой 2 порядка по отношению к р. Норилка.
Согласно гидрологическому районированию Кузина П.С. [82] реки Норило-Пясинской системы отнесены к рекам лесной зоны Средней Сибири, на севере водосбора проходит южная граница тундровой зоны. Равнинные реки имеют весеннее половодье, длительный период ледостава. Также выделяется гидрологический район гор Путорана. Водный режим рек гор Путорана ввиду их небольшой абсолютной высоты и незначительного числа высотных поясов характеризуется сравнительной однородностью. Часть стока рек зарегулирована многочисленными и глубокими озерами.
Антропогенное воздействие на водные объекты системы связано с промышленным освоением Норильского района в 20-30-е годы XX века, после открытия медно-никелевых месторождений и угленосных пластов в районе озера Пясино. На сегодняшний день главным предприятием является Заполярный филиал ОАО «ГМК «Норильский никель», осуществляющим горнодобывающую и горноперерабатывающую деятельность. Производится разработка трех месторождений сульфидных медно-никелевых руд -«Октябрьское» «Талнахское» и «Норильск-1», добыча ведется на шести подземных и одном открытом рудниках вблизи Норильска и Талнаха. Руды различной ценности содержат никель, медь, палладий, платину, кобальт, золото и другие редкие компоненты. Обогащение руды производится на Талнахской и Норильской обогатительной фабриках. Металлургические мощности Заполярного филиала включают Надеждинский металлургический завод, Никелевый и Медные заводы. Следует отметить, что только 4 % от объема добываемой руды превращается в готовую металлургическую продукцию, вывоз которой осуществляется через порт Дудинки по Северному морскому пути [65].
Для хозяйственно-питьевых и производственных нужд г. Норильска и окрестностей функционирует 2 главных водозабора на р. Норилка, 3 подземных водозабора (Ергалахский, Талнахский и Амбарнинский), а также 2 дополнительных водозабора на озерах Подкаменное и Алыкель. Забор воды из поверхностных вод составляет менее 2 %, что практически не оказывает влияния на состояние водных объектов. В промышленном производстве почти на 90 % используются оборотные и повторные воды. Количественные данные об использовании водных ресурсов в Норильском промышленном районе представлены Государственных отчетах [43-46] в монографиях [151, 152].
Наибольшее антропогенное воздействие на водные ресурсы Норило-Пясинской системы оказывают сточные воды производств Заполярного филиал ОАО «ГМК «Норильский никель» [26, 109]. На современном этапе деятельности горно-металлургического комплекса информации о величине загрязняющих веществ в его сточных водах, как правило, имеет закрытый характер. Динамика изменения массы загрязняющих веществ, сбрасываемых в поверхностные воды Норило-Пясинской системы, опубликована в работе В.А. Савченко [152]. Как указывается автором, в 90-е годы были характерны многочисленные аварийные сбросы сточных вод на предприятиях комплекса. Также следует отметить, что данные приведенные в упомянутой работе являются сомнительными, поскольку не указан их источник и не представляется возможным подтверждение другими данными.
Загрязнение атмосферы является существенным антропогенным фактором изменения состояния водных ресурсов Норило-Пясинской системы. Выбросы от стационарных источников горно-металлургического комплекса более 20% от выбросов промышленных предприятий России. Основная масса выбросов представлена диоксидом серы (96,1 %), прочими газообразными, жидкими (2,3 %) и твердыми веществами (1,3%). Суммарный выброс загрязняющих веществ в год от промышленных стационарных источников составляет более 2 млн. тонн [63, 148, 152].
Многолетняя изменчивость годового стока воды и его характеристик
Для выявления многолетних колебаний объемов водного стока и основных фаз ледового режима использовалась методика разностных интегральных кривых. Графики разностных интегральных кривых позволяют выделить маловодные и многоводные периоды водности по данным годового и сезонного стока воды, а также период раннего и позднего вскрытия и замерзания рек на основе данных по фазам ледового режима.
Анализ многолетней изменчивости водного стока Норило-Пясинской водной системы проводился на основе данных опорного гидрологического поста р. Норилка (пос. Валек) за период с 1938-2005 гг. Данные приведены к многолетнему периоду.
На рисунке 2.5 представлены разностно-интегральные кривые годового и сезонного стока Норилки, по которым весь период наблюдений можно разделить на маловодный и многоводные периоды. К многоводным периодам относятся промежутки 1938-1955, 1988-2005 гг. Период 1956-1987 гг. является маловодным и характеризуется скачкообразным уменьшение водности реки.
Следует подчеркнуть, что выполненные оценки годового стока воды подтверждают аномалию его распределения относительно окружающих водосборов. Горный рельеф и климат западного склона плато Путорана являются существенными стокоформирующими факторами, отличающими Норило-Пясинскую систему от соседних зональных водных объектов.
За период 1980-2003 гг., по которому имеются данные стационарных наблюдений за загрязнением вод Норило-Пясинской системы, следует отметить, что этот период находится на стыке маловодного и многоводного периода с общим положительным трендом.
Аналогично простроены разностные интегральные кривые фаз ледового режима и продолжительности ледостава (см. рисунок. 2.6). Анализ данных наблюдений за ледовыми явлениями р. Норилка показывает, что река характеризуется устойчивыми ледовыми явлениями. Вскрытие реки в среднем происходит в во втором декаде июня, полное очищение от льда наблюдается в 20-х числах июня. Амплитуда колебаний дат весенних и осенних ледовых явлений составляет в среднем 1 месяц за анализируемый период, коэффициент изменчивости составляет 0,02-0,05. Две трети года река находится подо льдом, средняя продолжительность ледостава составляет 243±9 суток.
Период смягчения ледового режима наблюдался с 1938 по 1955 гг., затем последовал обратный период, сопровождавшийся увеличением продолжительности ледостава. Переломный момент к следующему периоду отмечен в 1988 году, который привел ко второму периоду смягчения ледового режима по настоящее время. Отметим, что на современном этапе вид разностной интегральной кривой имеет переменный характер.
Значимый линейный тренд смещения дат основных ледовых явлений на более ранние или более поздние даты за весь период наблюдений не выявлен. Многолетний ход осенних ледовых явлений с 1980 года носит неопределенный характер, увеличилась повторяемость экстремальных сроков замерзания.
Выявленный более «холодный» период 1956-1995 гг. подтверждается ранними исследованиями, когда была определена тенденция к запаздыванию сроков вскрытия рек низовьев сибирских рек с 1951 по 1971 годы по сравнению с предшествующим периодом. Общие тенденции смягчения ледового режима в 90-х годах XX века по сравнению с нормами 1961-1990 гг. отмечены в работе [38].
За общий рассматриваемый период значимый линейный тренд по водному стоку и фазам ледового режима не выявлен, что подтверждает невозможность линейной экстраполяции при прогнозировании величины стока и его характеристик. В общих тенденциях изменчивости водного стока и ледового режима р. Норилки совпадают, что подтверждает зависимость от общих климатических процессов атмосферной циркуляции [39]. Однако точка перехода от маловодного к многоводному периоду не совпадает с точкой перехода от «холодного» к «теплому» периоду. Это связано с высокой изменчивостью процессов переноса воздушных масс, этот вопрос требует отдельного исследования с привлечением широкого спектра климатических и метеорологических данных.
Для выделенных периодов водности статистические характеристики стока представлены в таблице 2.1.
Интересным представляется сравнение двух многоводных периодов: при почти одинаковых величинах периода амплитуда колебаний значений годового стока для 1988-2005 гг. увеличилась по сравнению с аналогичным периодом в середине XX века. Следовательно, устойчивость годового стока воды в фазовооднородном периоде снижается, что усложняет определение изменения стока в будущем.
Оценка качества вод системы по интегральным показателям
Для анализа качества водных ресурсов по интегральным показателям использовался метод, разработанный в Государственном гидрохимическом институте Росгидромета, - метод комплексной оценки степени загрязненности поверхностных вод по гидрохимическим показателям [108, 138]. Метод утвержден в виде руководящего документа РД 52.24.643-2002 Росгидрометом и рекомендован для использования территориальными подразделениями в целях обоснованного статистического анализа гидрохимической информации Государственной системы наблюдений.
Принципиальную основу метода составляет сочетание дифференцированного и комплексного подхода способов оценки качества вод. Методической основой комплексного способа является однозначная оценка степени загрязненности воды водного объекта по совокупности загрязняющих веществ для любого водного объекта в точке отбора проб воды, за любой определенный промежуток времени, по любому набору гидрохимических показателей.
Оценка проводилась по 14 ингредиентам и показателям качества воды для расчета комплексных оценок: растворенный кислород, БПК5, сульфаты, хлориды, азот (аммонийный, нитратный, нитритный), железо общее, медь, цинк, никель, нефтепродукты, фенолы и СПАВ. Техника расчета предполагает выявление частоты повторяемости обнаружения концентраций, превышающих ПДК, и кратности ее превышения с последующим переводом в оценочные баллы и расчеты комбинаторного и удельного комбинаторного индекса загрязненности вод.
Наиболее информативными комплексными оценками, получаемыми по данному методу, являются: удельный комбинаторный индекс загрязненности воды (УКИЗВ) и класс качества вод. Значение УКИЗВ может варьироваться в водах различной степени загрязненности от 1 до 16. Большему значению индекса соответствует худшее качество вод водных объектов. Классификация качества вод, проведенная на основе значений УКИЗВ, позволяет разделять поверхностные воды на 5 классов в зависимости от степени из загрязненности от условно чистой (1 класс) до экстремально грязной (5 класс) с детализацией на разряды. Также методикой предполагается выделение критических показателей загрязненности воды (КПЗ), количество которых учитывается при классификации качества вод по УКИЗВ. Классификация приведена в приложении Г.
Расчет УКИЗВ проводился по данным наблюдений на пяти водных объектах Норило-Пясинской водной системы: оз. Пясино, р. Амбарная, р. Норилка, р. Щучъя и оз. Лама. За период наблюдений с 1980 по 2003 гг. отдельно по каждому году. На рисунке 3.2 наглядно представлен межгодовой ход значений УКИЗВ. Полная характеристика качества воды объектов по применяемой методике приведена в таблице 3.5.
За исследуемый период значения УКИЗВ по водным объектам Норило-Пясинской системы варьируются от 1,53 до 10,6. Широкий диапазон значений УКИЗВ на небольшом водосборе объясняется сильным антропогенным воздействием на водные объекты. Наиболее высокие значения индекса наблюдаются в воде р. Щучья близи г. Норильска, по существу, река представляет собой сточный водоток предприятий Норильского комплекса. УКИЗВ р. Щучья не опускаются ниже 4,94, что соответствует классу 4В «очень грязная», а в среднем за многолетний период составляет 6,97. С 1980 по 1988 гг. число КПЗ воды р. Щучья варьируется в пределах 7-10 и основными КПЗ являются БПКз, растворенный кислород, азот аммонийный, азот нитритный, сульфаты, нефтепродукты, фенолы, соединения меди, железа и цинка. Характеристика загрязненности вод за этот период определяется по наивысшему 5 классу «экстремально грязная». На последующем этапе 1989-2003 гг. наблюдается спад и стабилизация индекса УКИЗВ, качество воды характеризуется в основном по классу 4Б-4В «грязная» и «очень грязная» причины уменьшения загрязнения р. Щучья в 90-е годы заключаются в снижении объемов производства, следовательно, и объемов сбросов сточных вод. Высокие значения индекса отмечаются и для р. Амбарная (13 км от устья), что также определяет наличие антропогенного воздействия на этом участке реки.
Низкие значения УКИЗВ Норило-Пясинской системы отмечены на створах оз. Лама, р. Норилка (1 км выше впадения р. Рыбная) и р. Амбарная (30 км от устья) и составляют в среднем 2,59, 2,74 и 2,86 соответственно Качество воды характеризуется преобладающим классом ЗА-ЗБ «загрязненная» и «очень загрязненная», редко «условно чистая» и «слабо загрязненная». Следует отметить, что на этих пунктах наблюдений в 51 % случаев КПЗ не выявлены и в 35 % случаев единственным КПЗ вод являются соединения меди. Таким образом, если считать оз. Лама (8 км от дома отдыха «Лама»), р. Норилка (1 км выше впадения р. Рыбная) фоновыми пунктами наблюдений, не подверженными прямому антропогенному воздействию, то для водных объектов характерны фоновые концентрации соединений меди выше установленных ПДК.
УКИЗВ по трем пунктам наблюдений на оз. Пясино колеблются от 1,82 до 5,37 и в среднем составляют 3,35. Класс качества воды - ЗА-4В от «загрязненная» до «очень грязная». По акватории озера минимальные значения индекса наблюдаются в восточной части у устья р. Дьянгы, в южной и северной части значения индекса выше. Антропогенное загрязнение озера происходит за счет южных притоков, в т.ч. р. Амбарная, Щучья и Норилка, которые привносят значительное количество сточных вод. В виду морфометрических особенностей перемещение загрязняющих веществ происходит в северном направлении. К критическим показателям загрязненности озера относятся соединения меди, никеля, железа, нефтепродукты, фенолы. в исследовании для оценки качества водных ресурсов по интегральным показателям используется современная методика оценки риска антропогенного воздействия приоритетных загрязняющих веществ на поверхностные воды суши согласно Рекомендациям РД 52.24.661-2004, разработанным ГХИ с участием ДАНИИ [139].
Оценка риска определяется характером антропогенных воздействий, в данном случае, по ряду гидрохимических показателей. К числу таких факторов относятся системообразующие интегральные показатели качества воды растворенный кислород, БПК5, аммонийный азот и расчетные показатели - доля (Д) и степень (С) антропогенного воздействия, которые определяют по формулам
К приоритетным загрязняющим веществам относятся 13 гидрохимических показателей, что для методики УКИЗВ, кроме СПАВ. Для растворенного кислорода, БПК5 и аммонийного азота определяются наиболее часто встречаемые интервалы в вариационном ряду всего периода наблюдений. Состояние водных экосистемы определяется по критериям изменчивости гидрохимических характеристик согласно классификации, приведенной в приложении Д.
Результаты оценки риска антропогенного воздействия на водные объекты Норило-Пясинской системы за весь период наблюдений представлены в таблице 3.6. Состояние экосистемы водных объектов определялось по совокупности пяти параметров, с приоритетом комплексных показателей - доли и степени воздействия.
Предложения по водохозяйственному использованию водных ресурсов системы
В связи с реализацией Водной стратегии РФ до 2020 года [34] Федеральным агентством водных ресурсов Министерства природных ресурсов РФ были определены границы бассейновых округов и осуществлено гидрографическое и водохозяйственное районирование территории России [124, 126-128, 130].
Бассейн реки Пясина входит в Енисейский бассейновый округ (рисунок 4.2). Под бассейновым округом понимается единица управления в области использования и охраны водных объектов, состоящая из речных бассейнов и связанных с ними подземных водных объектов. Гидрографическое районирование (выделение гидрографических единиц) осуществляется для целей разработки схем комплексного использования и охраны водных объектов и основано на гидрографо-географическом подходе к районированию территорий. Методика гидрографического районировании территории РФ определяет деление территории на гидрографические единицы; речные бассейны (бассейновый уровень) и подбассейны (подбассейновый уровень). Главной рекой речного бассейна может быть либо большая река, впадающая в море или бессточное озеро, либо большая река, впадающая в другую большую реку, (или часть большой реки до некоторого замыкающего створа) давшая название бассейновому округу. К категории больших рек (рек, бассейны которых располагаются в нескольких географических зонах, а гидрологический режим не свойственен для рек каждой географической зоны в отдельности) относятся равнинные реки, имеющие бассейн площадью более 50 тыс. км , а также реки преимущественно горные с площадью водосбора более 30 тыс. км .
Водохозяйственное районирование позволяет разделить гидрографические единицы на водохозяйственные участки, выделение которых основывается на экономико-географическом подходе. Под водохозяйственным участком понимается часть речного бассейна, имеющая характеристики, позволяющие установить лимиты забора (изъятия) водных ресурсов из водного объекта и другие параметры использования водного объекта. При установлении количества водохозяйственных участков в пределах гидрографических единиц важным критерием является антропогенная нагрузка на водные объекты, на первом этапе определяемая плотностью населения.
Границы гидрографического и водохозяйственного районирования реки Пясина совпадают. Водохозяйственный участок 17.02.00.001 включает бассейн р. Пясина и другие небольшие реки бассейна Карского от восточной границы бассейна Енисейского залива (м. Северо-Восточный) до западной границы бассейна р. Каменная. Водохозяйственный участок расположен целиком на территории Таймырского (Долгано-Ненецкого) муниципального района Красноярского края. Площадь водохозяйственного участка составляет 205 тыс. км .
Результаты проведенного исследования подтверждают значительное антропогенное воздействие на Норило-Пясинскую водную систему. С учетом малой заселенности и отсутствия промышленной деятельности на транзитном и устьевом участке реки Пясина, а также в связи с наличием района интенсивной хозяйственной деятельности на ее верхнем участке, Норило-Пясинскую систему автор предлагает выделить в отдельный водохозяйственный участок, обозначенный штриховкой на рисунке 4.2. В качестве замыкающего граничного расчетного створа водохозяйственного участка рекомендуется определить пункт наблюдений в истоке р. Пясина. Выделение Норило-Пясинской озерно-речной системы как особой части бассейна из водосборного бассейна р. Пясина подтверждается ранними исследованиями гидрографического районирования арктических водосборов, приведенных в работах [164, 177].
Для разработки программы комплексного использования и охраны водных объектов Норило-Пясинской системы, включая нормативы допустимого воздействия на них, необходимо учитывать качественные характеристики современного состояния водных ресурсов, представленные в Главе 3. В качестве фоновых значений качества вод системы предлагается использовать наиболее часто встречаемые интервалы многолетних рядов на пунктах наблюдений оз. Лама и р. Норилка (1 км выше впадения р. Рыбная). Завышенные концентрации соединений меди (по сравнению с ПДК) фоновых пунктов обусловлены особым геохимическим фоном. Для расчетов лимитов водопотребления р. Норилка предлагается использовать данные наблюдений на гидрологическом посту р. Норилка (пос. Валек) за весь инструментальный период наблюдений 1938-2005 гг., а не только за современный период. Это объясняется тем, что современный этап наблюдений соответствует многоводному периоду. Поэтому расчеты лимитов водопотребления, выполненные на основе данных только современного периода, будут завышены.
