Закономерности формирования гидрохимического режима и качества воды искусственных водных объектов Северного и Центрального Казахстана Амиргалиев, Нариман Амиргалиевич

Введение к работе

Актуальность темы. Велики и разнообразны природные богатства Казахстана, однако по водообеспечепноста своей территории он занимает одно из последних мест среди стран СНГ и на земном шаре. Ограниченность водных ресурсов и крайне неравномерное их распределение вызывают острый дефицит в воде на большой, аридной част территории республики.

Для решения проблемы водообеспечения в республике построен ряд водохранилищ и каналов. Наиболее уникальными среди них являются канал Иртыш-Кара-ганда и каскады водохранилищ на реках Тобол и Ишим. Значение этих искусственных водных объектов в развитии экономики центральных и северных областей Казахстана трудно переоценить, Благодаря им ведется разработка богатейших месторождений цветных металлов, угля, асбеста и железных руд п Центральном Казахстане, создан крупнейший Экибастузский топливно-энергетический комплекс, обеспечиваются питьевой и технической водой тякие индустриальные центры как Караганда, Темчртау, Экибастуз, Акмола, Костаиай, Рудный, Лнса-копск, Жетыгара и др. Создаются разветвленные сети каналов и групповых водопроводов для обеспечения водой многочисленных промышленных и сельскохозяйственных объектов и населения Акмолинской, Кокше-гаускон и Севсро-Казахсганскон областей. На базе 'канала Иртыш-Караганда продолжается строительство разветвленной системы каналов и водоводов для подачи воды в Жезказганскнй, Шетский, Каражальский, Жаііремскнй и др. районы горно-рудной промышленности, построен самотечный канал Нура-Ишим с проектным расходом 12,4 м³/с, ведутся строительные работы комплекса гидросооружений по переброске воды нз канала в верховье р.Ишнм в объеме около 75 млн.м³ в год. Серьезная водохозяйственная проблема, возникшая в регионе новой столицы республики, будет решаться главным образом за счет водных ресурсов канала Иртыш-Караганда. В условиях аридной территории и продолжающегося аіпропогенного загрязнения водоемов особую важность приобретает качество подаваемой потребителям воды.

Эти обстоятельства выдвигают в ранг важнейших проблему системного исследования процессов формирования гидрохимического режима и качества вод указанных водных объектов для оценки пригодности и оптимизации их комплексного использования в народном хозяйстве.

Теоретические и'научно-прикладные аспекты решения этой важной народнохозяйственной л экологической проблемы и являются предметом настоящей работы, что определяет ее актуальность.

Цель и задачи работы. Цель - выявить .закономерности формирования гидрохимического режима и качества воды при ее меж-бассенновой транспортировке и аккумулировании в условиях Централь-

ного и Северного Казахстана. Эта цель определила решение следующих з а д а ч:

установить приоритетные факторы формирования гидрохимического режима и качества воды в процессе ее транспортировки по каналу и аккумулирования в водохранилищах в условиях аридной зоны;

изучить'территориально-временную динамику основных компонентов химического состава и качества воды канала Иртыш-Караганда и водохранилищ на реках Ишим и Тобол в периоды их первоначальною наполнения и нормальной эксплуатации;

выяснить характер изменения гидрохимического режима и качества воды рек Ишим и Тобол в связи с зарегулированием стока;

количественно оценить баланс биогенных, органических и минеральных веществ. Выбор методики прогноза минерализации воды в водохранилищах;

изучить процессы деструкции органического вещества и оценить самоочищающую способіюсть воды при ее транспортировке по каналу;

установить влияние процессов ледообразования на химический состав и качество воды канала и водохранилищ;

' - оценить пригодность вод для различных отраслей народного хозяйства по качеству и степени антропогенной загрязненности.

Предметом защиты является:

- система приоритетных факторов формирования гидрохимического
режима и качества воды при ее транспортировке в условиях Северного н
Центрального Казахстана;

- региональные закономерности внутриводоемного круговорота
биогенных, органических веществ и процессов самоочищения воды при ее
транспортировке;

закономерности изменения химического состава и качества речного стока при его зарегулировании в северной части Казахстана;

комплексная оценка качества воды и некоторые пути оптимизации управления н контроля за ним.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Впервые осуществлено системное исследование гидрохимического режима и качества воды искусственных водных объектов (водохранилищ и каналов) функционирующих в аридной зоне Казахе тана;

2. Разработана схематическая модель процессов формирования и трансформации химического состава н качества воды при ее транспортировке по каналу;

3. Выявлены особенности изменения химического состава речного стока при его зарегулировании в аридной зоне;

4. Составлен солевой баланс н обоснована методика прогноза минерализации воды для изученных типов водохранилищ'

5. Впервые для водоемов Казахстана:

изучена самоочшцаюіцая способность воды ( при ее транспортировке),

составлен развернутый баланс биогенных и органических веществ с учетом их внуфиводоемного круговорота,

раскрыто влияние процессов ледообразования на химический состав и качество воды искусственных водных объектов,

определены эмпирические эквиваленты натрия и калия, изучена их миграционная активность в водах различных генетических категорий, выведены уравнения для расчета минерализации воды,

изучено влияние каскадного расположения водохранилищ на химический состав воды,

дана комплексная оценка качество воды для нужд различных отраслей народного хозяйства.

Практическая значимость работы состоит в том, что ее результаты являются необходимой основой для прогноза химического состава и качества воды в существующих и проектируемых в аридной зоне каналов и водохранилищ, при разработке схем и проектов комплексного использования и охраны водных и биологических ресурсов водоемов, во,-доохранных и природоохранных мероприятий.

#

Реализация результатов работ ы. Результаты исследования использованы при разработке

- проектов: "Внешний комплекс сооружений для подачи воды в
Джезказганский, Атасуйский, Четский промрайоны из канала Иртыш-
Караганда" (ВНИИ ВОДГЕО, 1974), "Водохозяйственный баланс канала
Ирташ-Караганда при современной пропускной его способности"
(Казгйпроводхоз, 1993), "Корректировка водохозяйственного баланса ка
нала Иртыш-Караганда" (Казгйпроводхоз, 1989), "Схема комплексного
использования и охраны водных ресурсов бассейна реки Тобол" (ПО
"Совинтсрвод" Москва, 1990), "Схема комплексного использования и
охраны водных ресурсов бассейна реки Ишим" (ПО "Совинтервод"
Москва, 1990), "ТЭО переброски части стока северных и сибирских рек",
"Разработать генеральную схему комплексного использования и охраны
водных ресурсов на период до 2000 года" ("Союзптроводхоз" 1981-1983);

- в комплексных целевых научно-гсхннческих программах:
"Разработка норм водопотребления и водоотведсния нтребования к ка
честву воды с учетом совершенных технологических процессов по основ
ным отраслям народного хозяйства" (Задание ГКИТ 00ІІ325. разд.328а),
"Разработан протоз изменений экологических условии водных систем
рек, пресноводных водоемов, озер и водохранилищ а связи с изменением
их режима и качества вод при территориальном перераспределении вод
ных ресурсов" (ГКНТ 0.85.06.03.09.НЗ), "Разработать научные основы т-
учеиня качесгва водной среды и охраны внутренних водоемов и
окраинных морей от загрязнения (Пост.Минрыбхоз СССР №40 от
19.12.83 г), "Разработать прогноз качесгва воды в главном'канале сибир-

скон переброски {"Соїозпіпроводхоз", 1983), "Разработать и испытать новые методы биологической мелиорации водохранилищ, ирригационных систем и водоемов -охладителей ТЭС и АЭС путем вселения в них растительноядных и других рыб (ГКНТ 0.85.01.10.03), "Разработать научное обоснование использования магистрального канала переброски вод сибирских рек в рыбохозяйственных целях" (ГКНТ 0.85.06.03.13.Н.4а), "Дать оценку влияния перераспределения водных ресурсов на гидрохимический режим и качества поверхностных вод" (ГКНТ 0.85.06.01.03.Н.2 ве-дущ. орг. Гидрохимический институт ГУГМС СССР), "Разработка водоохранных мероприятий для водных объектов системы переброски части стока сибирских рек в Среднюю Азию и Казахстан" (ВНИИВО 1984), "Разработать целевую программу охраны поверхностных вод для страны в целом на ХП пятилетку, прогноз качества вод для 26 речных бассейнов, крупных озер и внутренних морей до 2010 года" (ГКНТ 0.85.01.04.01 .ДЗ) и

др.

Результаты исследования также широко используются водохозяйственными и рыбохозяйственнымн организациями республики при разработке отраслевых мероприятий по рациональному использованию и фхране водных и биологических ресурсов водоемов. Большинство внедрений подтверждено соответствующими актами.

Апробация работы. Материалы исследований докладывались и обсуждались на Всесоюзном гидрохимическом совещании (Новочеркасск, 1968, 1975; Ростов-на-Дону, 1978,1984), Всесоюзном совещании по гидробиологии каналов и биологическим помехам в их эксплуатации (Киев, 1972); 1-Всссоюзном симпозиуме по антропогенному эвтрофированию водоемов (Борок, 1974), Ш-съезде Всесоюзного гидробиологического общества (Рига,1976), Всесоюзном лимнологическом совещании (Лиственничное аа Байкале, 1973, 1977, 1981, 1985), II-Международном симпозиуме по геохимии природных вод (Ростов-на-Дону, 1982), региональных научных конференциях по биологическим основам рыбного хозяйства водоемов Средней Азии и Казахстана (Фрунзе, Алматы, Ташкент, Ашхабад, Фрунзе 1968-1981), 1-Всесоюзной конференции но проблемам ихтиологии, рыбохозяйственного использования водоемов питьевого и рекреационного назначения (Москва, 1987), 1-Всесоюзнои конференции по рыбохозяйствешшн токсикологии (Рига, 1988) на координационных совещаниях по проблемам переброски речного стока, рационального использования и охраны водных ресурсов (Москва, Ростов-на-Дону, Азов, Борок, 1972-1984 ), на ежегодных оічет-ных сессиях Ученого Совета КазНИИРХ в 1969-1993 і г.

Публикации. Результаты исследований по теме опубликованы в 50 работах общим объемом 42 печатного листа, включая моноірафию (15 п.л, Л.Гидррмегеотдат), книгу (8,4 п.л. Алматы, "Казахстан") и брошюру.

Структура н объем работы. Работа состоит из введе-ния, десяти глав, объединенных п три части, заключения и приложений. Общий объем диссертации - 321 страница, в т.ч. 253 страниц текста, 58 таблиц, 45 графических иллюстраций. Список литературы включает 380 наименований , в т.ч. 30 работ зарубежных авторов.

Исследования проводились в тесном контакте с научной школой Гидрохимического института РосУГМС, при содействии ведущих ученых ЛМІ.Тарасова, Л.М.Никонорова, А.А.Зешша, Л.В.Бражннковой, которым автор выражает искреннюю признательность. Автор также благодарен д.т.н., проф.А.А.Турсунову за ценные советы при написании работы и сотрудникам лаборатории гидрохимии КазНИИРХ Т.ЯЛоларевой и С.Т.Накупбекову, оказавшим помощь в сборе и обработке материала.