АТМОСФЕРНЫЕ ВЫПАДЕНИЯ НСО3- В МЕЖДУРЕЧЬЕ РР. ПЕЧОРА И СЕВЕРНАЯ ДВИНА И ИХ ВЛИЯНИЕ НА РЕЧНОЙ СТОК
Копотева Т.Н., Федорова В.А.
Казанский (Приволжский) Федеральный Университет, г. Казань, [email protected]
Процессы, происходящие в атмосфере, как известно, оказывают существенное влияние на химический состав речных вод и сток растворенных веществ. Понимание механизма атмогеохимических преобразований позволяет выявить факторы, определяющие эколого-геохимическое состояние поверхностных вод.
Целью данной работы является оценка вклада атмосферных выпадений гидрокарбонат-ионов в процесс формирования речного стока данного компонента на севере Русской равнины за период 1962 – 2007 гг. В качестве исходных материалов принимались результаты многолетних наблюдений за химическим составом атмосферных осадков и поверхностных вод суши, полученные на 3 метеорологических станциях (МС) (Сура, Мудьюг, Ухта) и 9 постах гидрологической сети, расположенных в междуречье рр. Северная Двина и Печора.
Годовой квазицикл поверхностных вод традиционно подразделялся на зимнюю межень, весеннее половодье и летне-осенний период. Сток гидрокарбонатов по ним рассчитывался как средневзвешенный по водному стоку, что позволяет учесть изменения водности.
Анализ поступлений гидрокарбонат-ионов с осадками также проводился по указанным гидрологическим сезонам. Модуль выпадений осадков определялся для каждого месяца как произведение их количества по каждой МС на концентрацию ионов:

,
где
– модуль выпадений, т/км2;
– количество осадков по каждому посту, мм;
– концентрация ионов, мг/л.
Наибольшее количество выпадений гидрокарбонатов наблюдается на МС Ухта, где годовые показатели в 7 и 30 раз превышают аналогичные значения, отмечающиеся на МС Мудьюг и Сура соответственно. Данный факт обусловлен высоким содержанием НСО3- в осадках на МС Ухта (11,8 – 37,8 мг/л) по сравнению с 2 другими метеостанциями, где концентрация данного аниона составляет 0,25 – 7,0 мг/л.
Принимая во внимание тот факт, что содержание НСО3- в осадках является индикатором уровня СО2, указанные особенности пространственного распределения концентрации и выпадений гидрокарбонатов можно объяснить отсутствием развитой промышленности вблизи МС Сура. Основными источниками загрязнения воздушного бассейна в непосредственной близости от МС Ухта являются предприятия угледобывающей, газовой, нефтедобывающей, теплоэнергетической и других отраслей промышленности, располагающиеся в гг. Ухта и Сосногорск.
Анализ внутригодового распределения выпадений НСО3- показал, что на всех исследованных метеостанциях наибольшее количество гидрокарбонатов выпадает в течение летне-осеннего сезона, т.к. именно в этот период повсеместно наблюдаются максимальные на протяжении всего года значения концентрации указанного аниона.
В работе был определен вклад выпадений гидрокарбонат-ионов с атмосферными осадками в формирование речного стока данного ингредиента (табл.1).
Таблица 1
Среднемноголетние значения речного стока гидрокарбонат-ионов (т/км2) и вклад атмосферных осадков в его формирование
№ п/п
|
Гидролого-гидрохимический пост
|
Зимняя межень
|
Весенне половодье
|
Летне-осенний период
|
Сток НСО3-, т/км2
|
Вклад осадков, %
|
Сток НСО3-, т/км2
|
Вклад осадков, %
|
Сток НСО3-, т/км2
|
Вклад осадков, %
|
1
|
р. Пинега – д.Согры
|
8,44
|
0,7
|
4,99
|
1,4
|
11,02
|
2,7
|
2
|
р. Пинега – с.Кулогоры
|
7,71
|
0,8
|
5,80
|
1,2
|
10,44
|
2,9
|
3
|
р. Мудьюга – д.Патракеевская
|
14,78
|
3,3
|
6,41
|
1,4
|
15,00
|
8,8
|
4
|
р. Золотица – д.Верхняя Золотица
|
7,56
|
6,6
|
3,06
|
3,0
|
8,42
|
15,8
|
5
|
р. Сояна – д.Сояна
|
15,16
|
3,2
|
8,76
|
1,0
|
17,08
|
7,7
|
6
|
р. Ижма – свх. Изваильский
|
18,63
|
20,1
|
11,82
|
8,4
|
24,56
|
35,8
|
7
|
р. Ижма – д.Картайоль
|
7,70
|
48,6
|
4,42
|
22,7
|
10,71
|
82,2
|
8
|
р. Седью – пос.Седью
|
5,67
|
66,0
|
4,98
|
20,1
|
11,19
|
78,7
|
9
|
р.Ухта – г. Ухта
|
10,54
|
35,5
|
6,83
|
14,6
|
17,50
|
50,3
|
В период зимней межени лидирующие позиции по показателям стока НСО
3- занимают рр.Сояна, Мудьюга и р.Ижма (свх. Изваильский), воды которых за указанный сезон переносят 14,78 – 18,63 т/км
2 гидрокарбонат-ионов. Данный факт объясняется тем, что эти реки дренируют легко растворимые породы (известняки, доломиты и др.). Наименьшее значение стока НСО
3- отмечается на р.Седью, что обусловлено сложением водосбора данной реки преимущественно сульфатными породами (гипсами, ангидритами и др.).
Следует отметить, что существенный вклад атмосферных осадков (20,1 – 66%) в процесс формирования зимнего стока гидрокарбонат-ионов фиксируется на постах, расположенных в бассейне р.Ижма. На реках же, расположенных в бассейне р. Пинега, атмосферные выпадения обуславливают лишь 0,7 – 0,8 % стока гидрокарбонат-ионов.
В период весеннего половодья на всех гидропостах показатели стока гидрокарбонат-ионов в 1,3-2,5 раза меньше по сравнению с зимним периодом, что объясняется активным участием в питании рек талых и дождевых вод, которые, как известно, характеризуются относительно невысокой минерализацией по сравнению с подземными водами, питающими водотоки во время зимней межени.
Доля гидрокарбонат-ионов атмосферного происхождения в речном стоке в период весеннего половодья по сравнению с зимней меженью снижается в 2,4 – 2,9 раза. Так, в бассейне р. Ижма данный показатель изменяется от 8,4 до 22,7%. Исключение составляет р. Пинега, где вклад атмосферных осадков на протяжении весеннего половодья в 1,5 – 2 раза превышает показатели зимней межени.
С наступлением летне-осеннего периода на всех реках происходит увеличение стока гидрокарбонатов до значений зимней межени или выше. В начале этого сезона в период паводков активное участие в питании рек принимают атмосферные осадки, концентрация гидрокарбонат-ионов в которых повышается к теплому сезону. Именно в летне-осенний период отмечается наиболее высокий вклад атмосферных осадков в процессы формирования речного стока гидрокарбонатов. Данный показатель в 1,2 – 6,0 раза превышает аналогичные значения других гидрологических сезонов.
Максимальный вклад атмосферных осадков в процесс формирования речного стока НСО3- на протяжении летне-осеннего периода составляет 78,7 – 82,2% и отмечается на р. Ижме (д.Картайоль) и р.Седью (пос.Седью).
Таким образом, доля атмосферных осадков, принимающих участие в формировании стока гидрокарбонатов, в различные гидрологические сезоны отличается. Так, максимальные значения приходятся на летне-осенний период, а минимальные преимущественно - на весеннее половодье.
В данной работе атмосферные осадки рассматриваются как один из факторов формирования ионного стока рек. Значение этого фактора изменяется в пространстве и во времени. Количество и мощность промышленных объектов – источников выбросов СО
2 определяют концентрацию НСО
3- в осадках, с ростом которой увеличиваются выпадения иона на территорию водосбора и их доля в формировании речного стока гидрокарбонат-ионов.