Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Материалы, методы и методика исследований 10
1.1. Материалы исследований 10
1.2. Методы статистического анализа 11
1.3. Методы оценки пространственно-временной динамики 11
1.4. Методика расчета ионного стока 12
1.5. Методика расчета антропогенной составляющей ионного стока 13
1.6. Методика построения картосхем 15
Глава 2. Развитие гидрохимических исследований в бассейне р. Дон в нижнем течении 17
Глава 3. Факторы формирования химического состава поверхностнвіх вод бассейна реки Дон в нижнем течении 21
3.1. Природные факторы формирования гидрохимического фона территории Нижнего Дона 21
3.1.1. Рельеф и геологическое строение 21
3.1.2. Гидрогеологические особенности 25
3.1.3. Почвенно-растительные условия 27
3.1.4. Климат 30
3.1.5. Поверхностные воды 32
3.1.6. Водохранилища 34
3.2. Антропогенные факторы формирования гидрохимического фона территории Нижнего Дона 35
Глава 4. Анализ и оценка долговременных тенденций изменения качества воды р. Дон в нижнем течении по интегральным показателям за период с 1950 по 2001 гг 45
4.1. Многолетние изменения минерализации и солевого состава воды р. Дон в нижнем течении: причины и тенденции 45
4.2. Многолетние тенденции изменения ионного стока и его антропогенной составляющей в нижнем течении р. Дон 70
Глава 5. Оценка пространственно-временных изменений минерализации и солевого (S04 2", СГ) состава воды р. Дон под влиянием длительного регулирования стока Цимлянским водохранилищем 91
Заключение 107
Список использованных источников 111
Приложения 128
- Развитие гидрохимических исследований в бассейне р. Дон в нижнем течении
- Гидрогеологические особенности
- Антропогенные факторы формирования гидрохимического фона территории Нижнего Дона
- Многолетние тенденции изменения ионного стока и его антропогенной составляющей в нижнем течении р. Дон
Введение к работе
з
Актуальность темы. Естественное состояние воды многих рек Российской Федерации в значительной степени трансформировалось под влиянием длительных техногенных и демографических нагрузок, а также в результате регулирования стока. Наиболее остро эта проблема стоит в бассейне Нижнего Дона, испытывающего антропогенное влияние на все звенья экосистемы.
Сложность и многообразие естественных факторов и антропогенного воздействия на речные воды привели к определенным негативным последствиям, что осложняет проблему их использования, требует своевременной и адекватной оценки качества и количества речной воды, тенденций изменения их параметров.
Одной из проблем негативного изменения качества воды р. Дон в нижнем течении является солевое загрязнение, проявляющееся в увеличении минерализации, а также концентрации основных солеобразующих компонентов (СГ,
SO4 \ Na , К ). Как в отечественной, так и зарубежной практике оцениваются, как
правило, изменения минерализации и концентрации СГ, SO4 \ Na , К лишь за относительно короткий период антропогенного воздействия. Характер изменений состояния воды в р. Дон в нижнем течении за многолетний период может существенно отличаться от такового за короткий период. Это должно учитываться как в методологии режимного мониторинга состояния речной воды, так и в практике регулирования ее использования.
В имеющихся режимно-справочных публикациях (Ежегодниках качества поверхностных вод РФ, Государственных докладах о состоянии окружающей природной среды и т. п.) оценка загрязненности представляется по данным за текущий год в сравнении с показателями за несколько предыдущих лет. Оценки тенденций долговременных (полувековых) изменений минерализации и основных солеобразующих компонентов в воде р. Дон в нижнем течении и основных притоках (p.p. Северский Донец, Сал, Маныч) в доступной литературе не обнаружены.
Цель исследования - анализ и оценка долговременных (полувековых) тенденций изменений в воде р. Дон минерализации и основных макрокомпонентов солевого состава воды (SO4 ", СГ, НС03") под влиянием длительного (полувекового)
антропогенного воздействия.
Для поставленной цели решены следующие задачи:
Собраны, проанализированы и систематизированы имеющиеся данные по минерализации и основным макрокомпонентам химического состава (SO4 ", СГ, НСОз) воды р. Дон в нижнем течении за последние 50 лет.
Выявлены тенденции долговременной (полувековой) динамики минерализации, SO4 ", СГ, НСОз", абсолютной и относительной величины ионного стока, его солеобразующих компонентов; антропогенной составляющей в ионном стоке и его компонентах; проведен статистический анализ и расчеты трендов.
Оценен современный уровень состояния солевого загрязнения на основе методических подходов, принятых в системе режимного мониторинга состояния поверхностных вод суши (ПВС) Росгидромета, и дана оценка долговременных (полувековых) тенденций изменений.
Научная новизна. Автором в рамках изучения изменения качества воды р. Дон в нижнем течении в результате солевого загрязнения впервые:
Оценены особенности пространственно-временной динамики долговременных (полувековых) изменений минерализации воды р. Дон и содержания основных солеобразующих компонентов на русловом участке и на участке регулирования стока Цимлянским водохранилищем.
Выявлены причины и тенденции происходящих изменений состава воды за полувековой период.
Оценена динамика долговременных (полувековых) изменений ионного стока и стока основных солеобразующих компонентов, а также показателя стока с водосбора реки.
Выявлены особенности многолетних изменений антропогенной составляющей ионного стока и стока основных солеобразующих компонентов (SO4 ,СГ, НСОз ионов).
Выявлены особенности многолетних изменений влияния притоков первого порядка (p.p. Северский Донец, Сал, Маныч) на солевой состав р. Дон в нижнем течении.
Практическая ценность. Результаты оценки многолетней динамики качества воды р. Дон и выноса ею химических веществ в Азовское море в условиях интенсивного антропогенного воздействия, способствующего негативному экологическому изменению гидрологических и гидрохимических условий, могут быть использованы для:
совершенствования мониторинга качества воды (в части оценки особенностей антропогенных и естественных изменений, провоцирующих ухудшение качества воды);
решения одной из основных задач режимного мониторинга - информационного обеспечения перспективного управления и использования водных ресурсов и проведения водоохранных мероприятий.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Нарастание засоления р. Дон от г. Калач-на-Дону к устью и трансформация
состава речной воды обусловлены, прежде всего, нарастанием стока
легкорастворимых солей (СГ, SO4 \ Na , К ), большая часть которых поступает в результате миграционных потоков из засоленных почво-грунтов водосбора, спровоцированных активизацией сельскохозяйственной деятельности (мелиоративной) и повышением уровня грунтовых вод и их доли в питании реки.
2. Цимлянское водохранилище усиливает эффект засоления р. Дон в нижнем
течении в результате незначительной метаморфизации состава речной воды,
происходящей в чаше водохранилища, и уменьшения его барьерной роли.
3. Многолетние изменения ионного стока на устьевом участке р. Дон в 60-70-х
годах в значительной мере происходят под влиянием промышленных и
хозяйственно-бытовых сточных вод, поступающих в р. Дон с водами Северского
Донца; со второй половины 80-х и особенно с 90-х годов усиливается
антропогенное влияние орошаемого земледелия на солевое загрязнение воды
р. Дон и в первую очередь за счет поступления солей с левобережной части
водосбора (p.p. Сал и Маныч).
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований, содержащиеся в диссертации, изложены в опубликованных статьях и тезисах,
использовались при выполнении плановых научно-исследовательских тем ГУ «ГХИ»: «Оценка тенденций и наиболее опасных изменений качества воды р. Дон в нижнем течении под влиянием длительного антропогенного воздействия (зарегулирования стока и урбанизации)» (тема молодых ученых), «Анализ и оценка долговременных тенденций изменения загрязненности поверхностных вод суши приоритетными, в том числе токсичными, загрязняющими веществами» - соответственно темы 1.4.4.10 и 14.3.4 плана НИОКР Росгидромета; обсуждались на молодежной школе-семинаре -«Природные воды: рациональное использование, защита от загрязнения» (10-12 октября 2001 г., г. Аксай), на южно-российской научно-практической конференции -«Здоровье города - здоровье человека» (29-31марта 2001г., г.Ростов-на-Дону), научных итоговых сессиях Гидрохимического института (Ростов-на-Дону, 2001, 2005 гг.); на II и III научно-практических конференциях - «Экологические проблемы. Взгляд в будущее» (Экологическое общество РГУ, общество друзей Лиманчика) - 4-7 сентября 2005 и 2006 гг.; на юбилейном XXX Гидрохимическом совещании -«Достижения и перспективы гидрохимической науки на рубеже веков» (19-20 сентября 2005 г., г. Азов).
Публикации. Список опубликованных автором по теме диссертации научных работ включает 11 наименований.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения.
Работа изложена на 152 страницах, из них 27 страниц приложения; содержит 46 рисунков (из них 3 картосхемы), 4 таблицы, список литературы включает 149 наименований.
Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю - доктору геолого-минералогических наук, член.-корр. РАН, профессору A.M. Никанорову за направление исследований и поддержку в написании диссертационной работы;
доктору геолого-минералогических наук, профессору [Ю.П. Хрусталеву. Автор глубоко признательна Ю.Э. Пирумову за практическую помощь в оформлении диссертации.
Развитие гидрохимических исследований в бассейне р. Дон в нижнем течении
Неблагоприятное эколого-географическое положение бассейна р. Дон в нижнем течении в сочетании с его индустриально-аграрным освоением привело к значительному ухудшению экологической обстановки. В связи с этим проблема состояния экосистемы Нижнего Дона находится в центре пристального внимания исследователей, особенно в последнее время.
Развитие исследований, направленных на изучение изменений качества воды, особенностей гидрохимического режима рек в нижнедонском бассейне под влиянием естественных и антропогенных факторов рассмотрены ниже.
Первые гидрохимические исследования проведены в 20-х годах XX века. Они характеризуются эпизодическими исследованиями солености и газового режима, незначительным числом проб.
Наиболее полные исследования по гидрохимии рек отражены в работах О.А. Алекина, В.Я. Еременко (1948), В.Г. Дацко (1959) [4, 47]. Особенности формирования химического состава вод, изменения в гидрохимическом режиме под влиянием зарегулирования стока Цимлянским водохранилищем, водохранилищами Западного Маныча (Пролетарское, Веселовское, Усть-Манычское) подробно описаны в работах Н.Г. Фесенко (1955, 1959) [126-128], В.И. Рогожкина (1955) [114], В.Г, Дацко (1959,1964, 1965.) [40-43], М.И.Кривенцова (1963,1974) [65-68].
В вышеназванных работах рассматривались особенности изменения солевого режима, гидрохимического релшма биогенных и органических веществ, происходящих под влиянием зарегулирования стока Цимлянским водохранилищем, водохранилищами Западного Маныча.
Значительный вклад в расширение и углубление исследований в области формирования химического состава поверхностных вод степной и лесостепной зон Европейской территории и вод местного стока внесли научные работы ПЛ, Воронкова{1955, 1970) [21-22].
Особенности стока растворенных веществ, в том числе и солевого, в реке Дон в нижнем течении и изменения стока под влиянием антропогенных факторов изложены в научных работах О.А. Алекина, Л.В. Бражниковой; A.M. Бронфмана (1964, 1979) [2, 18].
Эколого-географическое положение региона в сочетании с усилившейся антропогенной нагрузкой со второй половины 70-х и особенно в 80-х годах способствовали развитию здесь напряженного водохозяйственного баланса, резкому ухудшению как гидрологических условий, связанных с зарегулированием стока, так и гидрохимических, объясняющихся возрастанием загрязнения, в том числе и солевого. Сложившиеся условия потребовали новых подходов к оценке качества и особенностей формирования химического состава вод. Значительное число работ этого периода были посвящены комплексному ландшафтно-геохимическому исследованию рек бассейна Дона в нижнем течении и подготовлены в целях разработки методов контроля, охраны и рационального использования природных ресурсов воды р. Дон и ее притоков. В частности- это работы А.Д. Хованского (1982, 1990,1993), В.В.Приваленко (1990), О.А. Бессонова (1980, 1991) и др. [131-138; 13-14,57].
В указанных работах большое внимание уделялось комплексной эколого-геохимической оценки воды р. Дон в нижнем течении, являющейся составной частью в формировании геохимии аквальных ландшафтов в условиях антропогенеза. В частности, рассматривалась пространственно-временная динамика изменения солевого состава воды р. Дон в нижнем течении; оценивалось влияние притоков первого порядка - p.p. Северский Донец, Сал, Маныч, зарегулирование стока Цимлянским водохранилищем на изменение минерализации, солевого состава, ионного стока и его антропогенной составляющей вводе р. Дон в нижнем течении за период 1965-1975 гг.
Значительное число работ этого периода, посвященных особенностям формирования солевого состава воды р. Дон, его притоков под влиянием усилившегося промышленного и сельскохозяйственного освоения, изменениям в стоке химических веществ, в том числе в ионном, связаны с исследовательскими работами научных сотрудников Гидрохимического института Росгидромета (1987,1989, 1994) [23, 54-55,119,121-123].
Сохраняющееся устойчивое загрязнение воды р. Дон в нижнем течении объясняет постоянный исследовательский и научный интерес к проблеме и на современном этапе. Продолжают осуществлять мониторинг изменения качества воды бассейна р, Дон в нижнем течении ГУ «Гидрохимический институт» Росгидромета (ГХИ), Азовский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства (АзНИИРХ) по минерализации, солевому составу, по содержанию в воде нефтепродуктов, солей тяжелых металлов, ХОП и др. Проблемами формирования солевого состава речных вод зоны степи, динамикой гидрохимического режима, состоянием трансграничных поверхностных вод, изменениями в стоке химических веществ, в том числе и в бассейне р, Дон в нижнем течении, занимаются также М.П. Смирнов, В.В. Шлычкова!, В.А. Брызгало (ГХИ), Ю.А. Федоров (РГУ), А.Г. Беляев, СВ. Жукова (АзНИИРХ) [118 - 119, 125, 12,48]. Постоянные наблюдения за качеством воды р. Дон и его притоков осуществляют Донское бассейновое водное управление (В.А. Никаноров), Северо-Кавказское управление Росгидромета (П.М. Лурье). Экспедиционные работы по исследованию изменений химического состава рек в Нижнедонском бассейне организовываются Азовским филиалом Мурманского морского биологического института КНЦ РАН и Южным научным Центром (Г.Г. Матишов.) [80], Южным отделением института водных проблем РАН (A.M. Никаноров). В этом направлении продолжают работать такие исследователи, как А.Н, Никаноров (ГХИ), П.М. Лурье, В.Д. Панов (Северо-Кавказское управление Росгидромета), В.Е. Закруткин, А.Д. Хованский, О. А. Бессонов (РГУ) и др. [79-79, 8], В режимно-справочных публикациях (Ежегодниках качества поверхностных вод РФ, Государственных докладах о состоянии окружающей природной среды и т. п.) ежегодно представляется оценка загрязненности по данным за текущий год в сравнении с показателями за несколько предыдущих лет.
В условиях возрастания исследовательского интереса к бассейну Нижнего Дона данная работа является закономерным продолжением изучения изменения солевого состава воды. В диссертационной работе в отличие от всех вышеназванных исследований впервые рассмотрена долговременная (полувековая) пространственно-временная динамика солевого состава воды р. Дон в нижнем течении.
Гидрогеологические особенности
Залегающие с поверхности толщи четвертичных отложений и водопроницаемые меловые и третичные отложения способствуют аккумуляции значительных запасов подземных вод, преобладающих в питании рек и оказывающих влияние на колебания химического состава вод в течение продолжительного времени года [112].
На территории Нижнего Дона с учетом условий дренирования водоносных слоев различного возраста выделяются следующие районы [111-113]: 1. Район дренирования преимущественно меловых, частично палеогеновых отложений, захватывающий небольшой участок к северо-западу от Цимлянского водохранилища. 2. Район дренирования каменноугольных отложений, находящийся в пределах Донецкого кряжа. 3. Район преимущественно неогеновых, частично четвертичных (флювиальных) отложений, расположенный на левобережье низовья Дона. 4. Район дренирования четвертичных отложений, захватывающий небольшой участок в Нижнедонском районе - левый берег Цимлянского водохранилища. Гидрокарбонатно-кальциевые или гидрокарбонатно-натриевые воды мергелево-меловых толщ первого района залегают в долинах рек на глубинах 0,5-15 м, а на водоразделах - до 120 м, имеют гидравлическую связь с дренирующими ее водотоками и формируют основное питание рек. Их общая минерализация колеблется от 0,5 до 0,7 г/л.
На западе расположен район трещинных и трещинно-пластовых вод с преобладанием каменноугольных отложений, приуроченный к Донецкому кряжу. Выходы на поверхность пород карбона (зона открытого Донбасса) обуславливают наличие местных областей питания и разгрузки, наличие вод относительно невысокой минерализации (от 1 до 3 г/л) [113]. Восточнее р. Быстрой каменноугольные породы открытого Донбасса погружаются под толщу мезо-кайнозойских отложений, что способствует в некоторых случаях повышению минерализации до 5 г/л. На глубине 100-600 м минерализация возрастает от 10-22 г/л в - открытом Донбассе до 47-79 г/л - в его погруженной части. Состав воды повсеместно хлоридный натриевый [105].
Третий район дренирования неогеновых и частично четвертичных отложений расположен на левобережье низовья Дона. Здесь выделяется Ергенинский и Азово-Кубанский артезианские бассейны.
Ергенинский артезианский бассейн приурочен к одноименной возвышенности [112]. Водоносный горизонт, гидравлически связанный с реками и являющийся основным в формировании подземного питания рек, безнапорный и залегает иа глубинах от 0-10 м в речных долинах, до нескольких десятков метров - на водоразделах. Подчиненное подземное питание рек в пределах этого района осуществляется слабоминерализованными водами четвертичных отложений. Минерализация вод колеблется от 0,2 до Юг/л, увеличиваясь к депрессии центральных Ергеней, что отражается на химическом составе вод, изменяющемся от шдрокарбонатно-кальциевого до хлоридно-натриевого соответственно [105].
Азово-Кубанский артезианский бассейн захватывает юго-западную часть Нижнедонского района и приурочен к Северо-Приазовской равнине, Азово-Кубанской, Нижне-Донской, Манычской низменностям. В бассейне выделяется два водоносных этажа. Верхний этаж характеризуется большим разнообразием состава и невысокой минерализацией- до 5-6 г/л. Хлоридно-натриевые воды нижнего этажа имеют минерализацию до 100 г/л. Близкие от поверхности воды четвертичных отложений характеризуются континентальным засолением, неоднородной минерализацией (до 35-65 г/л) и химическим составом.
Четвертый район дренирования четвертичных отложений захватывает небольшой участок в Нижнедонском районе - левый берег Цимлянского водохранилища у г. Калач-на-Дону.
Огромная роль в формировании химического состава поверхностных вод принадлежит почвенно-растительным условиям. Биогеохимические процессы суши приводят к многообразным и сложным преобразованиям органического вещества. Накопление и разложение органических остатков в почвах сопровождается активной миграцией химических элементов и их соединений, что оказывает непосредственное влияние на состав природных вод.
Почвенный покров, являясь связующим звеном между климатом и речным стоком, способствует трансформации атмосферных осадков в элементы водного баланса. Влага, поступившая на водосбор в процессе гравитационного движения, соприкасаясь с различными почво-грунтами, обогащается растворимыми солями и органическими веществами. Еще Вернадский обращал внимание на то, что «почвенные растворы бассейна реки определяют основную часть солевого состава речной воды». «Растительность чрезвычайным образом неизменно меняет химические свойства ручьевых, метеорных, почвенных и грунтовых вод, она меняет этим путем химический состав рек...» [58].
Наиболее существенными сторонами взаимодействия вода-почва являются следующие: повышение минерализации фильтрующихся через почвы осадков за счет растворения солей, содержащихся в них, и промывания почвенного раствора; изменение ионного состава воды, просачивающейся через почву в результате обменной реакции между ионами воды и ионами поглощающего комплекса почвы; изменение состава растворенных газов, выражающееся в увеличение концентрации диоксида углерода (СОг), и уменьшение кислорода в почвенном растворе [58].
Общим признаком, определяющим характер почвенного покрова, Нижнего Дона и его роль в составе поверхностных вод, является господство периодически и слабо промывного типа водного режима на водораздельных пространствах, что обуславливает малую подвижность растворенных соединений и ведет к формированию большой емкости поглощения, способствующей активному накоплению гуминовых кислот и повышению содержания кальция.
Степная растительность, господствующая на исследуемой территории, способствует увеличению минерализации за счет поступления различных органических веществ, образующихся при ее опаде.
В результате совместного проявления вышеназванных процессов на водосборе формируется слабощелочная или нейтральная реакция, способствующая развитию черноземных и каштановых почв в комплексе с луговыми и лугово-болотными почвами пойм рек, нередко солончаковатыми и солонцеватыми различного механического состава [107].
Черноземы, получившие развитие в западной, центральной и южной части исследуемого района (рис.2), залегают под разнотравно-типчаково-ковыльными степями с преобладанием в растительном покрове злаковых - типчак, ковыль, тонконог. Эти почвы представлены двумя фациями: умеренной восточноевропейской (обыкновенные и южные); и теплой южно-европейской (обыкновенные мощные - приазовские) и обыкновенные сверхмощные карбонатные - предкавказские. Наибольшее распространение получили среднемощные и мощные среднегумусовые черноземы тяжелосуглинистого и легкосуглинистого механического состава [108]. Для них характерны изменения мощности гумусового горизонта от 50 см до 160 см, среднее содержание гумуса 5,7%, реакция нейтральная или слабощелочная (рН=7,8-8,2). В этих почвах относительно высокое валовое содержание азота, фосфора (для южных черноземов - азота 0,26%, фосфора 19%); в обменном комплексе достаточно высокое содержание кальция, магния и калия (для южных - 2,2%) [102]. Периодический промывной режим у обыкновенных карбонатных черноземов теплой южно-европейской фации способствует вымыванию простых растворимых солей из профиля.
Антропогенные факторы формирования гидрохимического фона территории Нижнего Дона
Наиболее крупные водохранилища, оказывающие значительное влияние на качество воды бассейна р. Дон в нижнем течении, являются Цимлянское и водохранилища Западного Маныча: Пролетарское, Веселовское, Усть-Манычское.
Цимлянское водохранилище (водосборная площадь - 255 тыс.км), расположенное на территории Ростовской и Волгоградской областей, имеет общую длину 280 км, изменяющуюся в зависимости от степени наполнения, Средняя ширина водохранилища - 14,9 км, средняя глубина - 8,8 м, максимальная - 35 м. Площадь водного зеркала при нормальном подпорном уровне составляет 2702 км2, полный объем-23,7 км3, полезный- 11,5 км3 [140].
Цимлянское водохранилище наполняется в основном за счет стока талых вод весеннего половодья с территории бассейна, расположенной выше г. Калачна-Дону, а также за счет приточности по рекам: Чир, Аксай Есауловский, Аксай Курмоярский и Цимла и др. Среднегодовой сток р. Дон у г. Калач-на-Дону (входной створ Цимлянского водохранилища) за период наблюдений с 1881 по 1999 гг. составлял 19,9 км3. Суммарный среднегодовой сток боковых притоков водохранилища не превышает 5 % от общего притока, что составляет 1,1 км3, в маловодные годы - 0,2 км3. Внутригодовое распределение стока характеризуется крайней неравномерностью: доля стока весеннего половодья (3-5-й месяцы) - составляет от 70 до 90%; летне-осенней и зимней межени -от 10 до 30%, За период зарегулирования р.Дон с 1952 года наблюдаемый сред немноголетний приток весеннего половодья в створе г. Калач-на-Дону составил 11,0 км3.
Режим попусков в нижний бьеф Цимлянского водохранилища зависит от наполнения регулирующей емкости и гидрографа приточности. За период с 1952 года средняя величина попусков из водохранилища составила 14,7 км , при максимальном сбросе 27,0 км в 1979 г. и минимальном 7,3 км в самом маловодном-1972 г. [117].
Водосборная площадь водохранилищ Манычского каскада составляет 45100 км , длина всего каскада с озером Маныч-Гудило - 310 км, без -180 км [72, 74, 106]. Все водохранилища в каскаде являются проточными. Восточный отсек Пролетарского водохранилища - оз. Маныч-Гудило - бессточное.
Местный сток (370 млн м3 в средний по водности год) формируется маловодными реками и балками, большинство из которых ежегодно пересыхает. Наиболее крупные притоки Манычских водохранилищ - p.p. Средний Егорлык и Большой Егорлык - имеют водосборную площадь 2270 и 14800 км2 соответственно. В многочисленных прудах и лиманах, изолированных от водохранилища, задерживается существенная доля весеннего стока.
Немаловажную роль в формировании гидрохимического фона территории играют антропогенные факторы, способствующие поступлению в водные объекты нехарактерных природным условиям химических веществ.
В бассейне Нижнего Дона, занимающего ведущее место в экономически развитой территориально-производственной структуре юга России и Украины, участок от г. Калач-на-Дону до устья реки испытывает весь комплекс природно-антропогенного влияния, оказывающего воздействие на все звенья экосистемы.
Сложившаяся сложная территориально-производственная структура значительно изменила качество водных ресурсов в результате загрязнения промышленно-бытовыми и сельскохозяйственными стоками, что усугубляется природно-климатическими особенностями региона, находящегося в зоне недостаточного увлажнения и характеризующегося напряженным водохозяйственным балансом,
В целом предприятия России поставляют в Азовское море ЪА загрязненных сточных вод, из них около 30 % загрязнения - это вклад Ростовских источников [147].
Водохозяйственная система (ВХС) бассейна Нижнего Дона возникла на базе введенного в эксплуатацию в 1952 году Волго-Донского комплекса гидротехнических сооружений, включая Цимлянский гидроузел с водохранилищем многолетнего регулирования, контролирующего 70% стока всего бассейна, Маиычские водохранилища; первую очередь оросительной системы Ростовской области, изменившую гидрологические и гидрохимические условия на реках региона [144 - 146]. На сегодняшний день бассейн р. Дон характеризуется высокой степенью зарегулированное.
Водность р. Дон в нижнем течении определяется в основном попусками воды из Цимлянского водохранилища, а также остаточной боковой приточностью на участке ниже Цимлянского гидроузла, которая складывается из расходов главных притоков - р.р, Северский Донец, Западный Маныч, Сал и другие. При естественном режиме годовой сток р. Дон в нижнем течении колебался в значительных приделах от 51 км3 (1942 г.) до 11,8 км3 (1950 г.) при среднем значении - 27 км3. В настоящее время объем речного стока снизился на 25- 30% [9,73,78] и продолжает сокращаться, дефицит достигает 4,5 км . Цимлянское водохранилище изменило гидрологический режим нижнего течения р. Дон и способствовало выравниванию внутригодового распределения стока.
Осуществляются крупные внутрибассейновые и межбассейновые переброски речного стока. В целях рассоления воды в Манычских водохранилищах по системе р. Егорлык из бассейна р. Кубань с территории
Ставропольского края ежегодно подается 600-700 млн. м3 воды в год; из Донского магистрального канала (ДМК) по Садковскому сбросу - донская вода в объеме около 400 млн м в год. Переброска кубанской воды в р. Егорлык способствовала увеличению среднемесячных и уменьшению наибольших и наименьших расходов [72,75,115].
По системе Донского магистрального канала из Цимлянского водохранилища в вегетационный период осуществляется подпитка р. Сал и некоторых ее притоков.
Водохозяйственная схема Нижнего Дона и акватории Цимлянского водохранилища включает 866 водопользователей, имеющих собственные водозаборы, в том числе в бассейне Северского Донца-331. Общее количество предприятий, организаций, учреждений, забирающих и сбрасывающих воду, только в Ростовской области в 1999 г, составляло более 1400 [106], в 2003 г. -1126 [145] предприятий. По экспертной оценке имеется значительное число неучтенных предприятий - водопользователей.
С 1985г. по 2003 г. наблюдается общая тенденция снижения водопотребления и изменения ее структуры [1, 32-38,144-146] (рис, 5): отмечается уменьшение доли потребления воды в промышленности и увеличение сельскохозяйственного и жилищно-коммунального водопотребления.
В сравнении с 1985 годом по области использование воды сократилось на 2181,7 млн м (или 53%) и составило 2626,7 млн м , в том числе по видам водопользования: жилищно-коммунальное хозяйство - использование сократилось на 117 млн м (28%) (299,7 млн м ); производственные нужды - на 1672 млн м (57%), сельскохозяйственное - на 597 млн м (36 %). С 1998 г. по 2003г, отмечается увеличение сельскохозяйственного водопотребления на 256,0 млн м и составило соответственно: 809,8 млн м и 1065,8 млн м . Рост в первую очередь происходит за счет использования воды на орошение: увеличение площадей орошения и увеличение дней полива используемых орошаемых площадей в области.
Многолетние тенденции изменения ионного стока и его антропогенной составляющей в нижнем течении р. Дон
Долговременная динамика минерализации воды р. Дон в створах, ограничивающих участок в пределах г. Ростов-на-Дону (на 6,5 км выше города и 1 км ниже города), также характеризуется тенденцией существенного роста. Среднегодовая минерализация в обоих створах за последние 50 лет увеличилась более чем 2 раза. В начале 50-х годов в створе - 6,5 км выше города среднегодовая минерализация речной воды составляла 460 мг/л, в конце 90-х годов - достигал 920 мг/л; в створе - 1 км ниже г. Ростов-на-Дону - 410 и 880 мг/л соответственно [24]. На протяжении рассматриваемого периода характерным было незначительное снижение минерализации речной воды после прохождения участка в пределах г. Ростов-на-Дону в отдельные годы наблюдалась обратное соотношение (см. приложение 2).
Увеличение минерализации воды р. Дон в обоих рассматриваемых створах обусловлено, прежде всего, синхронным ростом концентрации сульфатных и хлоридных ионов. Среднегодовая концентрация этих ионов в речной воде в створе -6,5 км выше г. Ростов-на-Дону увеличилась за последние 50 лет в 2,6 и 2,9 раза, в створе - 1 км ниже г. Ростов-на-Дону - в 2,6 и 2,7 раза соответственно (см. приложение 2).
Таким образом, сравнение линейных трендов изменения среднегодовых значений минерализации и концентрации макрокомпонентов (SCV, СГ) состава воды р. Дон в створах, ограничивающих участок реки в пределах г, Ростов-на-Дону указывает на отсутствие заметных влияний.
Отсюда напрашивается вполне обоснованный вывод о том, что значительный рост этих параметров в многолетнем цикле в обоих створах обусловлен не столько влиянием г. Ростов-на-Дону, сколько влиянием более действенных факторов, функционирующих выше города. Причиной солевого загрязнения речной воды могут быть последствия как естественных изменений, так и антропогенной деятельности на водосборе реки.
Антропогенные факторы, определяющие повышение минерализации и трансформацию ионного состава воды р. Дон в нижнем течении, многообразны, но в значительной степени определяются процессами, происходящими на водосборе нижнего участка реки: в частности агротехнические изменения поверхности водосбора, создание на нем значительных по площади орошаемых массивов, широкое применение минеральных удобрений (в первую очередь сульфата аммония и хлористых солей калия); сбросы неочищенных или недостаточно очищенных коммунально-бытовых и промышленных сточных вод.
Кроме того, появление устойчивого загрязнения в третьем периоде и расширение площадей с минерализацией от 1000 до 1500 мг/л в поверхностных водах бассейна р. Дон на фоне спада промышленного производства еще раз подтверждает усиление влияния в загрязнении и засолении вод бассейна р. Дон в нижнем течении вторичных факторов, в частности поступление солей с прилегающей территории.
Эффект засоления усиливает также влияние регулирования стока Цимлянским водохранилищем.
Проведенный анализ влияния регулирования стока на качество воды р.Дон показал: в чаше Цимлянского водохранилища происходит незначительная метаморфизация солевого состава речной воды в сторону роста относительного содержания ионов СГ, SO4" и снижения относительного содержания гидрокарбонатных ионов [84], Это обстоятельство в определенной степени усиливает эффект солевого загрязнения воды р. Дон в нижнем течении, но не является определяющим его фактором (см. главу 5).
Одним из доминирующих факторов негативного воздействия сельскохозяйственного производства на качество воды р. Дон в нижнем течении может быть орошаемое земледелие. Широкомасштабное строительство оросительных систем в Ростовской области началось после ввода в эксплуатацию Цимлянского водохранилища и первой очереди Донского магистрального канала (с 1952 г.). Общая площадь орошаемых массивов, созданная на Нижнем Дону, в середине 80-х годов достигла максимума и составила 433 тыс. га [106]. Влияние этого фактора усугубляется природной засоленностью почво-грунтов, а также интенсивным применением на сельскохозяйственных полях химических удобрений и средств защиты растений, максимум которого так же, как и развитие орошения, отмечен в 80-е годы.
Подтверждением связи солевого загрязнения речной воды с развитием орошаемого земледелия могут быть приняты, с определенной долей допущения, результаты сопоставления динамики изменения орошаемых площадей на территории Ростовской области и среднегодовой минерализации воды р, Дон в нижнем течении, что в общих чертах свидетельствует об однонаправленности тенденций изменения этих характеристик (рис. 17-18).
Оценить количественно влияние орошаемого земледелия на качество речной воды очень сложно из-за отсутствия достаточно полной информации. Ориентировочное представление о возможных масштабах могут дать нижеприведенные литературные сведения.
По данным [101], неумеренное орошение полей вызвало повсеместный подъем уровня грунтовых вод, что привело к засолению почв на 40 % основной площади орошаемых систем. Учитывая это обстоятельство, можно полагать, что эти процессы в свою очередь вызвали рост минерализации и содержания ионов СГ, SO4", Na j К в водах поверхностно-склонового стока в реки.
Кроме того, через коллекторно-дренажную сеть круглогодично с оросительных систем в р. Дон и ее притоки осуществляется интенсивная разгрузка сбросных (коллекторных) вод - в основном сульфатно-натриевого состава с минерализацией от 1,5 до 10 г/л, а также грунтовых вод - сульфатно-натриево-магниевого или хлоридно-натриевого состава с минерализацией от 3,0 до 15 г/л [18, 48]. Мелиорация и особенно отвод подземных вод дренами [11] приводит к резкому повышению минерализации с образованием сульфатно-натриевого состава воды, Согласно [18], коллекторные воды с полей орошения на водосборе нижнего течения р. Дон поставляют в реки более 1,9 млн т солей в год, т. е. около 20 % дополнительно к естественному ионно-солевому речному стоку.
