Последнее десятилетие природа Центральной Якутии характеризуется многоводностью, приводящей к повышению уровня воды в водных объектах. В равнинной Центральной Якутии в сельских населенных пунктах жилые дома традиционно строились в малых и больших аласных понижениях, которые в настоящее время подвергаются подтоплению.
Цель статьи: оценка современных лимнологических показателей типичного равнинного термокарстового озера, расположенного в центре населенного пункта. Научно-техническая ориентация выполненных исследований заключалась в выявлении возможностей и разработке рекомендаций в целях стабилизации естественного функционирования озёрной экосистемы в оптимальных для природы и хозяйства режимах. Озеро Килянки Кытанахского наслега Чурапчинского улуса расположено в пределах одноименной аласной котловины населенного пункта. По данным спутниковых снимков озера Килянки с 1999 по 2017 г. можно констатировать прогрессирующее увеличение площади зеркала воды, соответственно, и длины береговой линии во временных отрезках. По опросным данным известно, что даже в жаркие, засушливые годы 1980-х гг. озеро не усыхало полностью, что характерно для молодых термокарстовых развивающихся озёр в первой половине аласной стадии. Этот факт позволяет также предположить существование подозёрного талика. Во времена совхозов воду из озера Килянки выкачивали СНП в реку Южная Наммара. В 1980-х гг. века озеро высыхало и промерзало до дна и в эти годы прибрежные осушки озера в аласе были застроены частными домами. В настоящее время воду из озера пытаются выкачивать маломощным бытовым электронасосом, но безрезультатно. Вода озера Килянки в настоящее время используется для круглогодичного сельскохозяйственного (водопоя крупного рогатого скота и лошадей) и технического водоснабжения.
Гидролого-морфометрические исследования
В гидрологическом, гидрографическом, ледово-термическом и гидрохимическом отношении оз. Килянки впервые исследовано в октябре 2017 г. лимнологической экспедицией лаборатории озероведения холодных регионов ИЕН СВФУ. Озеро расположено в средней части Чурапчинского улуса в пределах Лено-Амгинского плато Центрально-Якутской низменности на высоте 205 м над уровнем моря. Озеро Килянки является бессточным и расположено в верховьях бассейна реки Южная Наммара левого притока реки Татта.
Озеро Килянки имеет неправильную треугольную, слабо изрезанную форму, ориентированную длинной стороной с юго-востока на северо-запад. По ландшафтно-лимногенетической классификации озёр Якутии И.И. Жиркова [1] озеро относится к термокарстовым провальным озёрам, к подтипу реликтовых в стадии усыхания на легкосуглинистых древнеаллювиальных отложениях. По данным батиметрической съемки средняя глубина воды на озере составила 0,62 м, а объём воды – 46,314 тыс. м3 (табл. 1). Озеро Килянки является из инструментально обследованных озёрных водоёмов Центральной Якутии характерным водным балансом, с коэффициентом водообмена < 0,1 [2]. Питание таких озёр происходит за счет атмосферных осадков, поступления подземных вод СТС и циклического вытаивания повторно-жильных льдов.
Таблица 1
Морфометрические показатели озера Килянки
|
№ п/п |
Морфометрические характеристики |
Показатели |
|
1 |
Площадь поверхности озера, км2 (га) |
0,1 км2 (9,74 га) |
|
2 |
Длина, км (м) |
0,451 км (451 м) |
|
3 |
Ширина макс., км (м) |
0,315 км (315 м) |
|
4 |
Ширина средняя, км |
0,061 |
|
5 |
Глубина макс., м |
1,75 |
|
6 |
Глубина средняя, м |
1,0 |
|
7 |
Высота над уровнем моря, м БС |
205 |
|
8 |
Прозрачность воды, м |
До дна |
|
9 |
Длина береговой линии по урезу воды, км |
1,298 |
|
10 |
Объем воды, тыс. м3 |
97,400 |
К озеру непосредственно подступает селитебная зона одноименного села Килянки, а непосредственно над урезом воды с севера и юга на берегу озера расположены жилые кварталы, на которые оказываются негативные процессы подтопления и заболачивания, особенно в период таяния снежного покрова, а также во время выпадения интенсивных атмосферных осадков в теплое время года. Прилегающая местность – возвышенная равнина, высотой над уровнем моря 220–240 м. Отдельные, удаленные от озера, повышения имеют абсолютную высоту 249 м. В понижениях местности находятся множество озер, берега которых в большинстве случаев заболочены. Берега озера низкие и пологие, высотой 0,1–0,5 м, поросли травянистой растительностью, в западной и восточной части – низкие и заболоченные, зарастает вдоль берегов, характерным является наличие вала, состоящего из торфа, покрытого растениями, образованного под действием сильных волнений. Зимой береговая отмель шириной 10–20 м промерзает до дна. Северные берега, прилегающие к озеру, более крутые, высотой до 0,8 м, сложены глинистыми и суглинистыми грунтами, задернованы, устойчивые.
Подводный рельеф озера ровный, углублённые его части (с глубиной более 0,5 м) располагаются в центральной части акватории озера. Максимальная глубина более 0,75 м находится в центре озера, примерно в 160 м от берега. Мелководна вся прибрежная часть озера от берегов на расстоянии от 80 до 120 м (менее 0,5 м). Мелководья озера с глубинами ниже 0,5 м находятся преимущественно на окраинах озера вблизи от берега.
Режим уровня озёр данной территории определяется, прежде всего, весенне-летним подъемом уровня воды, который хорошо выражен на бессточном оз. Килянки. Подъем уровня начинается во второй декаде мая. Высота весеннего подъема уровня на большинстве озер региона составляет 0,2–0,6 м, а на оз. Килянки – до 0,1–0,2 м. Продолжительность стояния высоких уровней на озере составляет 5–10 дней. В летний период на озерах наблюдается падение уровня, обусловленное потерями воды на испарение. Подъемы воды в это время редки и обычно выражены значительно слабее весенних. На бессточном озере они имеют место в августе-сентябре. Исключением является 2009 г., когда подъем воды отмечался до ледостава. Низкие уровни в период открытой воды на озерах данного региона чаще приходятся на сентябрь-октябрь. Зимой происходит плавное изменение уровня воды. К этому сезону в большинстве случаев приурочены и наинизшие уровни за год. Весной, с нарастанием средних суточных температур воздуха, начинается нагревание поверхности озер. В первые дни при наличии льда оно происходит сравнительно медленно, но после освобождения водоема от ледового покрова температура воды поднимается очень быстро.
Зондирование рельефа дна и донных отложений озера Килянки, проведенное Лабораторией озероведения СВФУ, показало, что по всей акватории озера донные отложения представлены маломощным (до 50 см) сапропелем темно-серого цвета с черными прослойками с однородной маслянистой консистенцией и с незначительным запахом сероводорода, с растительными остатками.
Анализ космических снимков за период с 1984 по 2017 г. показал, что площадь зеркала воды озера Килянки увеличилась от 0,05 (4,61 га) до 0,1 км2 (9,74 га), т.е. примерно в 2 раза (табл. 2).
Таблица 2
Запасы воды снежного покрова и площади зеркала воды озера
|
Годы |
Общие запасы воды снежного покрова, мм |
Площади зеркала воды озера, км2/га |
|
2000 |
1343 |
0,04 / 3,61 |
|
2005 |
2343 |
0,02 / 2,26 |
|
2007 |
2308 |
0,06 / 5,57 |
|
2010 |
1039 |
0,06 / 6,41 |
Анализ водных запасов снежного покрова и изменений его высот по годам позволяет предположить существование и отражение в этих характеристиках 11-летнего цикла солнечной активности. С другой стороны, могут быть катастрофические обводнения и наводнения, связанные с антропогенными нарушениями покрышки повторно-жильных льдов, еще сохраняющихся в ненарушенных ландшафтах высоких уровней.
Гидрохимические исследования
Физико-органолептические свойства воды озера характеризуются как неблагоприятные. Так, отмечено превышение нормативов по мутности, цветности и запаху. Высокая цветность воды на уровне 3,0–4,5 ПДК указывает на накопление легкоокисляемых органических веществ и коррелируется высокой перманганатной окисляемостью. Водородный показатель щелочной по всей толще воды и с незначительным увеличением величины рН ко дну. Газовый состав озера в момент исследования также неблагоприятный. Зафиксировано обогащение толщ воды большим количеством углекислого газа, при насыщении растворенным кислородом всего на 25,61 %. При этом не отмечено насыщение воды сероводородом. Вода озера не насыщена биогенными элементами (ионами аммония, нитритов, нитратов, ортофосфатов и железа), их концентрации находятся в пределах нормативов. Более высокие концентрации 0,2–0,3 мг/л зафиксированы по железу (III). Невысокие показатели содержания биогенных элементов свидетельствуют о достаточно интенсивной биологической продуктивности водоёма, утилизирующей поступающие из водосбора биогены.
Содержания растворённых металлов (Mn, Cr, Cu, Zn, Cd, Pb) незначительны и соответствуют нормативам. Также зафиксированы малые количества, ниже ПДК, загрязняющих веществ – нефтепродуктов, фенолов, АПАВ и бенз(а)пирена (табл. 3).
Таблица 3
Концентрация загрязняющих веществ и металлов в водной толще
|
Ингредиенты |
Норматив |
Станция |
|
Нефтепродукты, суммарно, мг/л |
0,1 |
< 0,025 |
|
Поверхностно-активные вещества, анионные (AПАВ), мг/л |
– |
< 0,054 |
|
Фенолы |
0,001 |
< 0,001 |
|
Бенз(а)пирен, мг/л |
< 0,000001 |
0,0000005 |
|
Хром (Cr 6+), мг/л |
< 0,05 |
0,009 |
|
Марганец (Mn), мг/л |
< 0,1 |
0,045 |
|
Медь (Cu), мг/л |
< 1,0 |
0,0043 |
|
Цинк (Zn), мг/л |
< 1,0 |
0,13 |
|
Кадмий (Cd), мг/л |
0,001 |
< 0,0001 |
|
Свинец (Pb), мг/л |
0,01 |
0,001 |
По ионному составу вода озера гидрокарбонатно-натриевая. Концентрации всех макрокомпонентов (анионов и катионов) соответствуют нормативам. При этом высокие концентрации отмечены для гидрокарбонатных ионов (до 1200 мг/л), которые не имеют нормативных показателей. В озере отмечены высокие показатели общей жесткости в количестве 15,4 ммоль/л равномерно по всему вертикалу от поверхности ко дну, что определяет воду как «очень жесткую», имеет магниевый характер. Такая картина характерна для термокарстовых озёр данного региона и подтверждается исследованиями М.И. Ксенофонтовой [3, с. 138].
В исследуемом озере отмечены высокие величины перманганатной окисляемости, превышающие ПДК в 2,4 раза при нормативе 5,0 мгО/л. Можно предположить, что органические вещества имеют автохтонное происхождение и образуются в результате биохимического разложения фито-, зоопланктонных организмов, а также макрозоо- бентоса в условиях дефицита кислорода. Это подтверждается расчётами индексов сапробного загрязнения (3,095 и 0,83) и классифицируется как «природное органическое вещество».
Общая минерализация воды озера не имеет четкой вертикальной стратификации и колеблется в пределах 2097–2117 мг/л, что превышает норматив в 2 раза. Высокие показатели минерализации определяются величинами гидрокарбонатных ионов, источниками поступления которых в озеро являются слагающие породы водосбора.
Таким образом, вода озера Килянки (Эбя) не насыщена металлами, но при этом загрязнена легкоокисляемыми органическими веществами. По качественному распределению ионного состава озеро можно отнести к малосодовым озёрам, которые широко распространены на территории Лено-Амгинского междуречья [4].
Геохимические исследования
Донные осадки исследованного озера представлены сапропелевыми маслянистыми отложениями темно-серого цвета, с растительными и органическими остатками и с запахом сероводорода. Мощность донных отложений небольшая и колеблется в пределах 0,3–0,5 м по всей акватории озера.
Сравнение результатов солевой вытяжки донной пробы с фоновыми данными аласных палевых осолоделых почв [5] показало многократное превышение по всем рассмотренным показателям (табл. 4). Причиной более высокого, по сравнению с почвами, содержания их в донных отложениях могут являться протекающие в озёрах процессы, например сорбция на частицах донных отложений, биоаккумуляция и образование малорастворимых соединений.
Таблица 4
Солевой состав водной вытяжки из пробы донных отложений
|
рН |
Гумус |
Катионы |
Анионы |
||||||
|
Ca2+ |
Mg2+ |
Na+ |
NH4+ |
НСО3- |
Cl- |
SO42- |
NO3- |
||
|
% |
ммоль/100 г |
мг/кг |
ммоль/100 г |
мг/кг |
|||||
|
9,1 |
8,62 |
17,65 |
8,4 |
12,8 |
18,06 |
17,55 |
13,1 |
8,2 |
22,0 |
|
Естественный фон содержания химических элементов для палевых осолоделых почв [5, с. 109] |
|||||||||
|
8,48 |
0,70 |
0,63 |
0,47 |
0,54 |
– |
0,9 |
0,48 |
0,63 |
– |
Для оценки экологического состояния оз. Килянки (Эбя) определены также содержания в донных отложениях кадмия, свинца, цинка, марганца и меди. Исследования показали разноуровневые концентрации металлов в донных отложениях озера. Выявлено, что в донных отложениях концентрации изученных металлов не превышают ПДК и находятся в многократно более низких концентрациях.
В целом геохимические определения донных отложений озера позволяют сделать следующие выводы: донные осадки озера представлены органо-минеральным сапропелем малой мощности; водородный показатель (рН) водной вытяжки смещен в щелочную сторону (сильнощелочная среда). Анализ солевого состава водных вытяжек пробы показал их многократные повышенные значения изученных солей по сравнению с фоновыми содержаниями палевых осолоделых почв Лено-Амгинского междуречья. Определения содержания микроэлементов в пробе донных отложений и их сопоставления с ПДК согласно ГН 2.1.7.2041-06 [6] показали их практическое соответствие по изученным металлам. Величина гумуса донных проб намного превышает фоновые естественные значения гумуса палевых почв Лено-Амгинского междуречья, т.е. донные отложения больше насыщены органическими кислотами. Установлено, что ведущие значения в накоплении химических элементов в донных отложениях имеют физико-химические барьеры щелочного класса.
Заключение
Проведенные рекогносцировочные и лимносъёмочные обследования оз. Килянки Чурапчинского улуса позволяют выдвинуть для мониторинга озёр выводы и рекомендации:
1. Озеро по ландшафтно-лимногенетической классификации И.И. Жиркова относится к термокарстовым провальным, реликтовым в стадии усыхания озёрам, на легкосуглинистых древнеаллювиальных отложениях.
2. Вода озера гидрокарбонатно-натриевая с пресной минерализацией, которую можно отнести к малосодовым, не насыщена металлами, но при этом загрязнена органическими веществами автохтонного происхождения.
3. Донные осадки озера представлены органо-минеральным сапропелем малой мощности, имеют сильнощелочную среду, обогащены органическими веществами и не загрязнены тяжелыми металлами.
Для снижения уровня воды и площади зеркала воды оз. Килянки разработаны научно-технические рекомендации, содержащие следующие мероприятия:
– для снижения уровня воды в озере необходимо использовать передвижную насосную станцию СНП-50/80 с двигателем ЯМЗ-236 Г мощностью 150 л/с с трубопроводной арматурой и быстроразборными алюминиевыми трубами длиной 6 м. Длина рекомендуемого трубопровода до вершины распадка составляет 156 м, перепад высоты составляет 7 м;
– от речки Южная Наммара в сторону южной оконечности озера до вершины распадка по старому стоку необходимо прорыть канал длиной 477 м, шириной 3 м и с глубиной 2,5 м;
– в период высокого уровня воды – весной (в начале мая) объем воды озера составляет 91 900 м3 и снижается до 74 700 м3 в осеннее время. Расчет объемов воды озера показал, что необходимо откачивать воду в мае при угрожающих уровнях в размере 17–18 тыс. м3. При этом уровень речки Южная Наммара ниже уровня зеркала воды оз Килянки на 1,2 м;
– для повышения высоты берега по береговой линии озера необходимо построить дамбу-плотину с высотой 1,5 м. Объем грунтовой отсыпки примерно составляет 17–18 тыс. м3.