Scientific journal
International Journal of Applied and fundamental research
ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,564

HYDROCHEMISTRY OF THE GORNOSLINKINSKAYA WINTERING PITS AND FLOODPLAIN PONDS IN LOWER REACHES OF THE RIVER IRTYSH

Alimova G.S. 1 Dudareva I.A. 1
1 Tobolsk complex scientific station of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences (TCSS UB RAS)
The obtained results of the hydrochemical regime of the pit channel and floodplain water bodies of Gornoslinkinskayasuvod the lower reaches of the river Irtysh (r. Mission, r. Bartak, r. Chervenka). Gornoslinkinskaya stream pit refers to the large wintering pits, in which there is a mass concentration of wintering of valuable fish species. Ponds ofGornoslinkinskayasuvodof lower reaches of Irtysh river waters belong to the hydrocarbonate class and the group of sodium of the second type, high salinity, high iron content and are characterized by relative constancy of composition during the year. Daily dynamics of oxygen in the surface water Gornoslinkinskaya channel wintering pits of the lower reaches of the river Irtysh revealed optimal oxygen regime in the fish population at night to 8,1 ... 9,2 mg/dm3 at a depth of 35 m.
lower reaches ofIrtysh river
natural watersurface
wintering river pit
hydrochemical regime

В современных условиях на огромных, интенсивно осваиваемых водосборных територриях бассейна Иртыша защитить биоресурсный потенциал от негативного антропогенного воздействия – задача трудно выполнимая. Изучение экологии столь масштабных природных систем – фундаментальная многоплановая проблема. Результаты таких исследований составляют основу рациональных решений в области природопользования. Решением данной проблемы может стать проведение последовательного экологического мониторинга за состоянием водной среды в ключевых местообитаниях популяций рыб - русловых ямах. Размеры русловых ям не превышают сотен гектаров и поэтому, достаточно локального нарушения среды такой акватории и катастрофические последствия для рыбных ресурсов бассейна в целом неминуемы. В этой связи следует учитывать, что уязвимость русловых ям для антропогенного воздействия весьма значительна. Таким образом, с позиции сохранения и рационального использования биоресурсов русловые ямы можно отнести к категории особо важных биотопов Иртышского бассейна [4].

В нижнем течении Иртыша (Тюменская область, Уватский район) расположена одна из крупных русловых ям Обь-Иртышского бассейна – Горнослинкинская, площадью 58.3 га, глубина ее достигает до 44 м. Русловые ямы относятся к водным объектам высшей (особой) категории по ГОСТ 17.1.2.04-77. Русловые ямы играют особую роль на путях миграции рыб: в ней происходит развитие молоди, откорм и зимовка массового скопления ценных рыб, а в пойменных водоемах (речки – Бартак, Миссия, Червянка) – размножение производителей, развитие эмбрионов и рост молоди.

Река Иртыш в месте проведения исследований представляет собой мощную речную артерию с шириной русла около 500 м при средней глубине по фарватеру (7÷9) м. р. Бартак соединяет во время половодья, правобережную пойму и основное русло р. Иртыш. При максимальном уровне воды глубина этой протоки в низовье, на некоторых участках, достигает 8 м, а в меженный период водоток пересыхает почти полностью. Р. Бартак во время половодья играет двуединую роль – во-первых, этот водоток является важнейшим путем перемещения рыб из р. Иртыш на обширные пойменные акватории и обратно; во-вторых, непосредственно в протоке концентрируется множество рыб [4].

Средняя глубина рек Бартак, Миссия, Червянка в период половодья с мая по июнь составляет (1,5÷2,5) м, с конца июля по сентябрь объем воды в речках значительно уменьшается.

Гидрохимический режим водоемов оказывает существенное влияние на зимовальную миграцию рыб и на формирование водной флоры и фауны (видовой состав, численность)[4].

Материал и методы исследования

Отбор проб воды для определения гидрохимических показателей проведен в май– сентябрь 2008-2009 гг.Определение суточной динамики кислородав водах р. Бартак и Горнослинкинской русловой ямы (на глубину до 35 м) выполнено в июле 2010 г. Карта-схема станций отбора проб воды на водоемах нижнего течения р. Иртыш приведена на рисунке 1.

Географические координаты створов, в которых был выполнен отборпроб воды: р. Иртыш, Миссиинская русловая яма – Е 68° 41’ 09», N58° 43’ 09”; р. Бартак - Е 68° 39’ 35” , N 58° 43’ 08”; р. Миссия – Е 68° 39’36’’, N 58° 44’ 28”; р. Червянка – Е 68° 41’ 10”, N 58° 43’ 31”.

missing image file

Рис. 1. Карта-схема створов на водоемах нижнего течения р. Иртыш

Пробы воды в водоемах отбирали с поверхностного горизонта – 0.3 м и в придонном слое – (1.5÷2.5) м, а в русловой яме – с глубины 0.5, 15 и 35 м. Полевые исследования осуществляли с использованием технических средств ТКНС УрО РАН. На водоемах работали в моторной лодке, на русловой яме – на катере «Радиоэколог». Отбор проб воды осуществляли с помощью батометра Молчанова ГР-18в полиэтиленовые бутыли, предварительно тщательно подготовленные в лаборатории. Бутыли ополаскивали дважды водой со станции отбора, и после заполнения проводили консервацию воды. Здесь же измеряли температуру воды (°С) с помощью стеклянного метеорологического термометра ТМ 10, встроенного в батометр Молчанова ГР-18, и водородный показатель рН воды – стеклянным комбинированным электродом ЭСК-10601 на анализаторе АНИОН 7050. Бутыли с пробами воды помещали в темные контейнеры и в сжатые сроки транспортировали в лабораторию.В полевой лаборатории фильтровали пробы воды для анализа взвешенных и биогенных веществ, определяли содержание рН, растворенного кислорода (методом Винклера).Исследование ионного состава воды проводилось в аккредитованной лаборатории экотоксикологииТКНС УрО РАН по общепринятым методикам измерений и методам отбора проб воды, указанным в [1].Титриметрическим методом определяли концентрации НСО3-, СО32-, Ca2+, CI-, щелочности, углекислоты, жесткости. Содержание в воде N-NO3–, N-NO2–, N-NH4+, P-PO4–, Fe (растворенные фракции), SO42-, проводили фотометрическим методом на спектрофотометре UNICO-1200. Содержание калия и натрия определяли расчетным методом. Верификация аналитических методов и результатов определения химического состава вод осуществлялась по единой системе стандартных растворов при постоянном жестком внутрилабораторном контроле.

Результаты исследования и их обсуждение

К числу главных ионов или макрокомпонентов, содержащихся в природных водах и определяющих химический тип вод, относятся ионы CI-, SO4 2- , HCO3-, Mg 2+ , Ca2+, Na+ и K+ [3]. Двухлетняя динамика изменения химического состава исследуемых природных вод представлена на рисунке 2 в виде диаграммы – розы, составленная посредством откладывания на шести векторах розы трех анионов и уравновешенных с ними соответственно трех катионов в миллимолях количества вещества эквивалента на 1 дм3в выбранном масштабе. Минимальное значение жесткости воды наблюдалось на русловое яме – 2,45°Ж. На пойменных водоемах значение жесткости варьировало в пределах 3 – 4°Ж (рисунок 2). Концентрация хлорид-ионов и сульфат-ионов на речках не превышало 0,5 ммоль/дм3, на русловой яме – 0,5-0,6 ммоль/дм3.Максимальные концентрации гидрокарбонат-ионов наблюдались в поверхностных водах речек Миссия и Червянка – до 3,0 ммоль/дм3, р. Бартак – до 2,5 ммоль/дм3, на русловой яме – до 1,8ммоль/дм3.Из катионов преобладают ионы калия и натрия (суммарно), в пойменных водоемах –до 3,0 - 3,5 ммоль/дм3,на русловой яме – до 2,5 ммоль/дм3.Концентрация ионов магния не превышает 2,0 ммоль/дм3.

missing image file

Рис. 2. Химический состав поверхностных вод (в ммоль/дм3) водоемов в районе Горнослинкинской зимовальной русловой ямы нижнего течения р. Иртыш

Высокое содержание ионов кальция характерно для слабоминерализованных вод, с ростом минерализации концентрация ионов кальция уменьшается. Содержание ионов кальция в исследуемых водах невысокое и варьирует в среднем от 1,0 до 2,0 ммоль/дм3. Так как среднее значение минерализацииприродных поверхностных вод в нижнем течении р. Иртыш в летне-осенний период составила от 1,0 до 1,3 г/дм3, что характеризует природные поверхностные воды Иртыша как воды повышенной минерализации по О.А. Алекину[3].– 2008 г.; 2 – 2009 г.)

Таким образом, по классификации О.А. Алекина, поверхностные воды,как пойменных водоемов, так и на Горнослинкинской зимовальной русловой яме, относятсяк гидрокарбонатному классу и группе натрия второго типа[3]. Графическое изображение классификации вод исследуемых рек дано на рисунке 2, в верхнем правом углу для каждой приведенной диаграммы – розы.

Также установлено наличие следующих гидрохимических показателей воды: перманганатной окисляемости – (1,6÷2,1) ПДК, железа – (1,7÷3,6) ПДК. Эти данные можно объяснить болотным питанием рек и выносом «болотного» железа, а также гниением растительных и животных остатков на дне водоемов в летнее время, в результате вызывающее образование азота.

Самая высокая среднемесячная температура воды в речках наблюдается в июле и составляет 23,6°С. Средняя температура весной и осенью – 13 … 16°С. Значения рН водоемов в 2009 г. варьировали от 6.5 до 7.3, т.е. имели нейтральную среду. В 2008 г. воды Горнослинкинской суводи характеризуются как слабощелочные, среднее значение рН для р. Миссия – 7,5, р. Червянка – 7,7, р. Бартак – 7,7, русловой ямы р. Иртыш – 8,1. Известно, что щелочность природных вод создается в основном гидролизом карбонатных ионов с образованием гидрокарбонатных ионов, являющихся анионами слабых кислот [3].

Содержание свободной углекислоты в исследуемых водоемах, являющейся источником гидрокарбонат-ионов, составило от 5,3 до 12,7 мг/дм3, что характерно для поверхностных пресных вод. На всем протяжении исследуемых участках рекиз минеральных форм азота в воде присутствовали ионы аммония (ПДК = 2,0 мг/дм3), причем концентрация колебалась неравномерно в течение всего периода исследований. Максимальная концентрация составила – 1,8 … 2,0 мг/дм3 в июне, минимальная – 0,47 мг/дм3 в июле, средняя – 1,0 …1,4 мг/дм3 в мае,августе. Содержание нитрит-ионов, как нестойких соединений, очень низкая, в пределах 0,003 … 0,08 мг/дм3. Режим нитратов и фосфатов характеризуется минимальным их содержанием: нитраты – 0,41 … 3,13 мг/дм3, фосфаты – 0,03 … 0,26 мг/дм3.

missing image file

Рис. 3. Суточные колебания концентрации (мг/дм3): растворенного кислорода (а) в поверхностной воде Горнослинкинской русловой зимовальной ямынижнего течения р. Иртыш

missing image file

Рис. 4. Суточное вертикальное распределение растворенного кислорода (мг/дм3) в реке Бартак: (а) – створ 7, (б) – створ 8, (в) – створ 9

Суточная динамика кислорода в поверхностной воде Горнослинкинской русловой зимовальной ямы нижнего течения р. Иртыш представлена на рисунке 3. Максимальные концентрации кислорода в водах русловой ямы на глубине до 5 м наблюдались в районе 12.00 ÷16.00 ч – до 10,4 мг/дм3 и с 02.00 до 06.00 ч – до 9,1 мг/дм3. А на глубине 5 – 15 м концентрация кислорода снижается до 8,8 … 8,2 мг/дм3 с 12.00 до 06.00 ч. На глубине 15 – 35 м концентрация кислорода еще падает до 6,8 мг/дм3 с 10.00 до 16.00 ч, но в период времени 20.00÷02.00 ч. Она увеличивается до 9,2 мг/дм3, а с 02.00 до 06.00 – снова падает до 7,5 мг/дм3.

На рисунке 4 показана суточная динамика кислорода в поверхностной воде р. Бартак нижнего течения р. Иртыш.Концентрация кислорода в створах 7 и 8, расположенных ближе к точке слияния речки с р. Иртыш с глубиной от 0 до 1,5 м падает с 8,0 … 8,2 до 5,6 – 5,7 … 4,3 – 4,8 мг/дм3 в период времени с 06.00 до 24.00 ч. С 02.00 до 06.00 ч содержание кислорода остается неизменным по все глубине р. Бартак – в интервале 4,3 … 4,8 мг/дм3. В створе 9 концентрация кислорода в течение суток практически не меняется по глубине и составляет 7,5 … 8,0 мг/дм3.

Изучение пространственного распределения рыб в акватории Горнослинкинской русловой ямы с применением гидроакустических методов исследователями Мочеком А.Д., Дегтевым Е.А.выявило высокую плотность скопления рыб летом: в ночное время суток – свыше 3500 экз./га, в светлое время суток всего 293 экз./га[2, 4].Высокую плотность рыбного населения на яме можно объяснить, как и «биотопической пульсацией» [], так и оптимальным кислородным режимом в ночное время – до 8,1 … 9,2 мг/дм3 по глубине до 35 м.

Выводы

Водоемы Горнослинкинской суводи нижнего течения р. Иртыш относятся к водам гидрокарбонатного классаи группе натрия второго типа, повышенной минерализации с высоким содержанием железа и характеризуются относительным постоянством состава в течение года.

Суточная динамика кислорода в поверхностной воде Горнослинкинской русловой зимовальной ямы нижнего течения р. Иртыш выявила оптимальный кислородный режим для рыбного населения в ночное время до 8,1 … 9,2 мг/дм3 по глубине до 35 м.

Работа выполнена при поддержке Программыфундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2013-2020 годы по теме: «Миграционные процессы радионуклидов и химических поллютантов в экосистеме водоемов Обь-Иртышского бассейна» (№ государственной регистрации 116020510088).

Авторы выражают искреннюю благодарность коллегам – с.н.с., к.б.н. Е.И. Поповой, н.с. Токаревой А.Ю. за участие в отборе и проведении количественного химического анализа исследуемыхпроб воды.