авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |

Процессы осадкообразования в водохранилищах ангарского каскада

-- [ Страница 5 ] --

Большая часть осадков с наибольшим содержанием SiO2 сосредоточена на участках водохранилищ с активным протеканием абразионных процессов и имеющих наибольшее площадное распространение крупнозернистых осадков. Максимум приходится на пески, слагающие прибрежные отмели водохранилищ. Вглубь водохранилищ SiO2 переносится в составе осадочного материала, размер частиц которого не превышает 0,01 мм. Наименьшее содержание SiO2 имеют мелкоалевритовые и алевритово-глинистые илы, залегающие за пределами отмелей и включающие значительное количество пелитовых частиц. Уменьшение в донных отложениях количества SiO2 сопровождается ростом концентрации алюминия и железа, что говорит о наличии связи этих элементов с содержанием пелитовых частиц и рельефом водоемов.

Наиболее богаты алюминием осадки головного в каскаде – Иркутского водохранилища, что обусловлено поступлением из озера Байкал в составе каолинита. В Братском и Усть-Илимском водохранилищах наблюдается прямая связь количества элемента в осадках с его содержанием в исходном материале – наиболее богаты алюминием донные отложения на участках размыва в береговых уступах суглинков с большим количеством глинистых минералов. Существует тесная связь с рельефом водоемов и размерностью фракций осадочного материала, выраженная в резком снижении количества алюминия в осадках гидродинамически активных зон – прибрежных отмелей, затопленных бывших островов.

Седиментация железа и его накопление в донных отложениях снижают его концентрацию в воде водохранилищ Ангарского каскада в пределах 60-80% по сравнению с речной водой. Количество железа в осадках Иркутского и Братского водохранилищ примерно одинаково (3,14 и 3,19% соответственно), лишь в Усть-Илимском – несколько ниже. Миграция и распределение железа в водохранилищах подчиняются законам механической седиментации, о чем свидетельствует увеличение содержания элемента при повышении в осадке количества пелитовой фракции и проявляется в появлении максимума элемента в мелкоалевритовых и алевритово-глинистых илах. Основной схемой распределения железа является явная приуроченность повышенных содержаний элемента к донным отложениям глубоководной зоны, т.е. к той части водохранилищ, где скорость осадконакопления наименьшая. Пониженные процентные содержания Fe приходятся на прибрежную часть с ее высокими скоростями осадконакопления.

Значительные показатели поступающего аллохтонного ОВ относительно низкой биологической продуктивности самих водохранилищ находят свое отражение в интенсивности накопления органического вещества в донных отложениях. Поэтому для водохранилищ Ангарского каскада не свойственна связь удельного накопления ОВ в донных отложениях и возраста водохранилища, характерная для озер и каскада водохранилищ на Днепре и Волге. Малые абсолютные величины присущи Иркутскому водохранилищу – самому старому в каскаде, более активно этот процесс идет в Братском и Усть-Илимском водохранилищах. Наименьшее содержание органики отмечено в донных отложениях прибрежной части водохранилищ, особенно на участках активного размыва берегов водоемов. При увеличении дисперсности частиц в осадке наблюдается увеличение суммарного содержания ОВ [Карнаухова, 1981]. Здесь осадки насыщаются минеральными частицами более интенсивно, чем органическими. Максимальное накопление приходится на донные отложения затопленных террас и русла. Подобное распределение органического вещества в донных отложениях наблюдается на водохранилищах Днепра [Новиков, 1985] и Волги [Буторин и др., 1975].

Характерным в распределении фосфора в осадках водохранилищ Ангарского каскада является связь с условиями седиментации, о чем свидетельствует явная приуроченность элемента к определенным морфодинамическим зонам. Распределение содержания фосфора в донных отложениях согласуется с распределением органического вещества и железа и также зависит от гранулометрического состава осадков. По водохранилищам наименьшая средняя концентрация фосфора приходится на донные осадки Иркутского водохранилища, наибольшая – на осадки Братского водохранилища.

Преимущественно механическая миграция химических элементов создает в зоне осадкообразования в водохранилищах Ангарского каскада геохимический фон в виде средних и довольно низких содержаний микроэлементов (табл. 11).

Таблица 11. Содержание тяжелых металлов в донных отложениях водохранилищ Ангарского каскада, мг/кг

Элемент Водохранилище
Иркутское Братское Усть-Илимское
Cr 65.0 130.0 75.6
Ni 38.0 74.0 40.0
Zn 40.0 90.0 40.0
Cu 8.0 29.0 26.0
Pb 16.0 27.0 21.0
V 38.0 96.0 91.0
Co 3.0 17.0 38.1
Mn 430.0 500.0 530.0

Основные содержания микроэлементов в осадках водохранилищ Ангарского каскада значительно ниже кларковых содержаний в литосфере. По сравнению с другими водохранилищами и природными водоемами донные отложения исследуемых нами водохранилищ довольно бедны микроэлементами. Однако по содержанию меди и кобальта осадки в настоящее время уже превосходят концентрации этих элементов в осадках озера Байкал.

Для донных отложений Иркутского и Усть-Илимского водохранилищ характерны нижефоновые концентрации цинка. Выше фона накопление цинка отмечается в донных отложениях Братского водохранилища, что имеет различные причины. Так, в области переменного подпора цинк имеет явно техногенное происхождение. В Балаганское расширение цинк поступает как из области переменного подпора, так и из материала абразии в основном в составе роговой обманки, магнетита и биотита, которые в повышенных концентрациях находится в породах верхоленской свиты кембрия и их карбонатном цементе. Гидрокарбонатный состав воды благоприятствует переходу цинка в осадки. На большей части Балаганского расширения вышефоновое содержание цинка присутствует в осадках в виде отдельных пятен в глубоководной зоне, составляя 91-130 мг/кг.

Наибольшее содержание свинца отмечается в донных отложениях Братского водохранилища, наименьшее – в осадках Иркутского водохранилища, что почти соответствует количеству металла в осадках озера Байкал. В донных отложениях водохранилищ содержание элемента составляет 16-71 мг/кг [Карнаухова и др., 1988]. Зависимости содержания свинца от гранулометрического состава осадка проследить не удалось. Не наблюдается такая связь и в осадках природных водоемов, что исследователями объясняется отсутствием способности металла накапливаться в определенном классе осадков [Игнатова, Чудаева, 1983].

После осаждения свинец довольно прочно по сравнению с другими элементами закрепляется в донных отложениях и при нарушении структурных связей в результате механического воздействия на осадок переходит во взвесь, а затем довольно быстро выпадает в осадок снова. В качестве примера показано распределение свинца в воде и донных отложениях Балаганского расширения Братского водохранилища (рис. 8).

Рис. 8. Карты-схемы распределения свинца в поверхностном (А) и придонном (Б) горизонтах воды, донных отложениях (В) в Балаганском расширении Братского водохранилища в масштабе 1:1 000 000

Условные обозначения: Вода (мкг/л): 1 – < 0,1; 2 – 0,1- 0,2; 3 – 0,2-0,3.

Донные отложения (мг/кг): 1 – < 15; 2 – 15- 25; 3 – 25-35.

Медь широко представлена в осадках водохранилищ Ангарского каскада. Среднее значение количества меди в донных отложениях исследуемых нами водохранилищ одного порядка с осадками водохранилищ Днепровского каскада (28 мг/кг), что заметно ниже, чем в осадках природных пресноводных водоемов. Элемент накапливается во всех типах донных отложениях и во всех морфодинамических зонах водохранилищ Ангарского каскада. Медь связана с пелитовой фракцией осадков, при увеличении их дисперсности возрастает количество меди, поэтому элемент в большей мере тяготеет к отложениям глубоководной зоны водоемов. Скачок роста содержания меди происходит при переходе от мелкоалевритовых илов к алевритово-глинистым, что связано с высокой миграционной способностью элемента.

Физико-географические условия (обстановки осадконакопления) определили литолого-геохимическую дифференциацию донных отложений, проявившуюся в поглубинной вертикальной поясности осадочного материала в исследуемых водохранилищах. Основными морфодинамическими зонами осадконакопления являются прибрежная отмель, подводный склон прибрежной отмели, затопленная терраса, затопленное русло реки. В соответствии с вертикальной поясностью для каждой зоны специфичны своя размерность частиц осадочного материала, ассоциации минералов и геохимические поля. Методом «идеальных профилей», предложенным Н.М. Страховым [Страхов, 1962] нами были составлены обобщенные фациальные профили, характеризующие участки с наиболее размываемыми берегами, сложенными основными петрографическими типами пород рассматриваемого региона, представленными аргиллитами, песчаниками и суглинками.

Четвертое положение. Геоэкологическое состояние водохранилищ Ангарского каскада отражают донные отложения, которые являются наиболее стабильным и представительным показателем антропогенного воздействия

С момента зарегулирования Ангары и создания каскада водохранилищ стали происходить изменения в режиме функционирования реки, проявившиеся в изменении гидрологического, седиментационного, геохимического и биологического режимов, что привело к неустойчивому экологическому состоянию водной системы. На фоне таких изменений интенсивная хозяйственная деятельность как на водосборе, так и в пределах водных объектов приводит к усилению антропогенной нагрузки на водохранилища и изменению их геоэкологического состояния. Для выявления масштабов загрязнения водохранилищ Ангарского каскада, а также возможных путей снижения антропогенных нагрузок необходима оценка геоэкологического состояния водоемов.

Донные отложения водохранилищ являются активными накопителями загрязняющих веществ, в том числе и таких как тяжелые металлы и биогенные вещества. В донных отложениях заключена полная информация обо всех временных изменениях геоэкологического состояния водохранилищ. При геоэкологической оценке состояния водоемов, как природных, так и искусственных, наиболее приемлемыми показателями донных отложений рекомендуются следующие: концентрации тяжелых металлов для выявления уровня техногенной нагрузки, общий фосфор и биогенная нагрузка для определения стадии эвтрофирования [Моисеенко, 1998; Моисеенко и др., 2006; Даувальтер, 1998; Курзо, 2002].

Геохимические мобильность и динамичность тяжелых металлов делают возможным их нахождение во всех элементах природной среды. Для этих элементов характерно высокое антропогенное поступление в поверхностные воды, что приводит к перемещению металлов на значительные расстояния от источника и накопление в водоемах. Активными накопителями являются искусственные водоемы, к числу которых относится и водохранилища Ангарского каскада. Поступившие в водохранилища тяжелые металлы в результате геохимической миграции рассеиваются, концентрируются и частью сбрасываются в нижний бьеф каждого водохранилища (табл. 12).

Таблица 12. Распределение тяжелых металлов в водохранилищах Ангарского каскада (%)

Составляющие Водохранилище
Иркутское Братское Усть-Илимское
Донные отложения 2.4 91.6 75.0
Содержание в воде водохранилища 14.7 5.3 11.7
Сброс в нижний бьеф 82.9 3.1 13.3

Перемещение и рассеивание происходит в водной среде водоемов. В воде водохранилищ Ангарского каскада находятся элементы 1 и 2 классов опасности, представленные Hg, Pb, Co, Mo, Al (табл. 13).

Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы (СанПиН 2.15.980-00) устанавливают, что в случае присутствия в воде водного объекта двух и более веществ 1 и 2 классов опасности, сумма отношений концентраций каждого из них к соответствующим ПДК не должна превышать единицу (табл. 14). Проведенные расчеты показали, что для воды водохранилищ сумма отношений этих элементов к их ПДК не превышает 1.

Таблица 13. Тяжелые металлы в воде водохранилищ Ангарского каскада

Элемент Класс опасности ПДК, мкг/л (1) Иркутское Братское Усть-Илимское
мкг/л
Ni 3 100 5.28 1.36 2.97
Zn 3 5000 1.4 3.5 9.21
Cu 3 1000 7.44 1.4 1.55
Pb 2 30 0.68 0.56 1.20
V 3 100 1.12 1.1 1.0
Co 2 100 0.53 0.78 0
Mn 3 100 15.8 17.04 9.05
Cr 3 50 2.06 0.84 10.2
Al 2 500 3.93 6.8 0.79
Fe 3 300 7 24.1 41
Mo 2 250 1.07 0.4 0.4
Hg 1 0.1 0.0019 (2) 0.007 (2) 0.002 (2)

Примечание: (1) – Зенин, Белоусова, 1988; ВОДА.., 2004; (2) – Коваль и др., 2003

Таблица 14. Средние значения отношения содержания нормируемых элементов к их ПДК в воде водохранилищ Ангарского каскада

Иркутское Область переменного подпора Братское Усть-Илимское
0.057 0.335 0.11 0.063

Опыт исследования водохранилищ показал, что основная масса тяжелых металлов накапливается в донных отложениях. В настоящее время существует несколько подходов в изучении степени загрязнения тяжелыми металлами донных отложений водоемов. Наиболее распространенным в практике геохимических исследований окружающей среды в нашей стране является определение коэффициентов концентрации, подсчитанных по отношению к геохимическому фону. Используется и коэффициент обогащения, который показывает во сколько раз концентрация ТМ в донных отложениях выше кларка в литосфере [Сает и др., 1990].

По нашему мнению, наиболее информативной является схема, основанная на использовании классов геоаккумуляции (игео-классов) по G. Мюллеру [Mueller, 1979] и дополненная Н.В.Коломийцевым с соавторами [Коломийцев и др., 1999], В.Т. Трофимовым и Д.Г. Зиллинг [Трофимов, Зиллинг, 2002] величиной техногенной нагрузки на донные отложения водных экосистем. Игео-класс (I-geo) или класс геоаккумуляции определялся по уравнению:

I-geo, i = Log 2 (Ci / 1,5 Bi),

где Ci – измеренная концентрация i-го металла в донных отложениях; Bi – геохимический фон элемента; i изменяется от 1 до n.

Класс геоаккумуляции позволяет относить донные отложения к определенному классу качества и составлять карты загрязнения донных отложений каждым металлом отдельно. Анализ игео-классов тяжелых металлов в осадках и создание на их основе серии карт позволили нам дать характеристику уровня загрязнения и техногенной нагрузки на рассматриваемые водоемы (табл. 15).

Таблица 15. Уровень загрязнения тяжелыми металлами и техногенная нагрузка на водохранилища Ангарского каскада

Водохранилище Уровень загрязнения донных отложений Техногенная нагрузка Экологическая зона водных экосистем. Класс состояния донных осадков
Иркутское Незагрязненный Слабая (малоопасная) Зона нормы. Удовлетворительное (благоприятное) состояние
Братское Незагрязненный Слабая (малоопасная) Зона нормы. Удовлетворительное (благоприятное) состояние
Усть-Илимское Незагрязненный Слабая (малоопасная) Зона нормы. Удовлетворительное (благоприятное) состояние


Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.