Экологический анализ качества вод крупных озер Вологодской области

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ УСТОЙЧИВОСТИ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Материалы исследования

2.2 Методы исследования

3. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВОЖЕ, ОНЕЖСКОГО, БЕЛОГО, КУБЕНСКОГО ОЗЕР ВОЛОГОДСКОЙ ОБЛАСТИ

3.1 Физико-географические условия

3.2 Антропогенная нагрузка

4. ГИДРОХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ КРУПНЫХ ОЗЕР ВОЛОГОДСКОЙ ОБЛАСТИ

5. ОБСУЖДЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ

Антропогенное загрязнение внутренних поверхностных вод на водосборах является одной из причин деградации водных объектов природного генезиса. Снижение качества вод суши затрагивает практически все государства мира. Поступление биогенов в водные обусловлено сбросом неочищенных сточных водхозяйственно-бытового происхождения, а также дренажных и поверхностных стоков с объектов сельского хозяйства [1-2].

Поступление высококонцентрированных биогенов в природные водные объекты приводит к нарушению их экосистемной продуктивности. В настоящее время вопросы поступления, распределения и химических реакций элементов в поверхностных водоемах и водотокахне изучены достаточно хорошо. Недостаточная изученность гидрохимических показателей водных объектов обосновываетважность исследований качества воды по гидрохимическим показателям [Там же].

В этой связи обоснование и осуществление комплексной оценки состояния поверхностных водоемов и водотоков с целью управления водными ресурсами представляет важную задачу в научном и практическом отношении. Необходимыми элементами менеджмента водных ресурсов являются оценка экологического состояния водоемов и водотоков, то есть определение источников, размеров загрязнения водных объектов. Данный подход может использоваться в качестве практической основы для рационального использования водных ресурсов и объектов [Там же].

Целью исследования является комплексный экологический анализ качества вод крупных озер Вологодской области.

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:

- проанализировать данные государственного мониторинга качественного состава вод исследуемых объектов;

- установить причинно-следственные связи между химическим и загрязнением и причинами их поступления;

- разработать прогноз дальнейшего развития водных экосистем.

Объекты исследования - крупнейшие озера Вологодской области (Воже, Кубенское, Белое, Онежское).

Положения, выносимые на защиту:

1. Показатели, превышающие ПДК, обусловлены в большей степени природным источниками, нежели антропогенными.

2. По динамике показателей Кубенского и Белого озер выявлена тенденция к ухудшению экологической ситуации

3. Экологическая обстановка Онежского озера является относительно устойчивой.

4. Лозско-Азатское озеро можно рассматривать в качестве эталона при сравнении экологических характеристик пресных водоемов.

поверхностный вода престный гидрохимический

1. ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ УСТОЙЧИВОСТИ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД

Развитие общества и экономики двадцатого века, привело к быстрому экономическому росту, но стало причиной ущерба окружающей среде. Население развитых и развивающихся стран мира столкнулось с выбором между увеличивающимися потребностями людей и ограниченностью биосферы для их удовлетворения. Возникновение глобальных экологических проблем, локальных кризисов, антропогенных и техногенных катастроф, угрозы для существования мирового сообществадали понять необходимость пересмотра взаимосвязей системы “природа - общество - человек” [3].

Для гармонизации отношений “природа - общество - человек” Организацией Объединенных Наций (ООН) была организована Международная комиссия по окружающей среде и развитию под руководством Гру Харлем Брундтланд, премьер-министром Норвегии для разработки “глобальной программы изменений”.

Основное содержание программы было обозначено термином “sustainable development” - “поддерживающееся развитие” (в русскоязычной научной литературе - “устойчивое развитие”). Термин получил широкое распространение после публикации доклада "Наше общее будущее", в 1987: “Устойчивое развитие - это такое развитие, при котором удовлетворяются потребности настоящего времени, но не ставится под угрозу способность будущих поколений удовлетворять свои потребности”. Это определение критиковалось за нечеткость и антропоцентричность. Отмечалось, что понятие “устойчивое развитие” должно определяться через -антропоцентрический и биосфероцентрический подходы [4 - 6].

Под антропоцентрическим признаком понимается выживание человечества и способность его дальнейшего непрекращающегося (устойчивого), непрерывно долгого развития, чтобы наши потомки имели не меньшие возможности, по сравнению с настоящим поколением, удовлетворения своих потребностей в природных условиях и экологических условиях Земли и космоса. Биосфероцентрический (в общем случае - экологический) признак понятия связан с сохранением биосферы как естественной основы всей жизни на Земле, необходимого условия ее устойчивости и естественной эволюции, так чтобы дальнейшее развитие человечества не происходило в экофобной форме. В книге “Наше общее будущее” отмечается, что “стратегия устойчивого развития направлена на достижение гармонии между людьми и между обществом и природой”. Этот принцип можно охарактеризовать как принцип коэволюции природы и общества [4 - 7].

Сказанное позволяет определить устойчивое развитие как стратегию социоприродного развития, которая обеспечивает выживание и непрерывный прогресс общества и не разрушает окружающую природную среду, особенно биосферу [4 - 7].

Переход к устойчивому развитию предполагает поэтапное восстановление естественных экосистем до уровня, который обеспечивает устойчивость окружающей среды и при котором появляется реальная возможность существования будущих поколений людей, удовлетворения их жизненно важных потребностей и интересов. Формулирование новой стратегии развития означает постепенное соединение в единую самоорганизующую систему экономической, экологической и социальной сфер деятельности.

В этом смысле устойчивое развитие предполагает, как минимум, экономическую эффективность, биосферосовместимость и социальную справедливость при общем снижении антропогенного давления на биосферу [4].

Контроль за достижением целей устойчивого развития, управление этим процессом, оценка эффективности используемых средств и уровня достижения поставленных целей требуют разработки соответствующих критериев и показателей - индикаторов устойчивого развития. Под индикатором понимается показатель, позволяющий судить о состоянии или изменении экономической, социальной или экологической переменной (рисунок 1) [5].

Рисунок 1 - Индикаторы устойчивого развития

При первой попытке разработать систему индикаторов устойчивого развития их число составляло 132, которое разделили на четыре группы: социальные, экономические, экологические и институциональные [5].

В группу экологических индикаторов включили такие индикаторы как поддержание качества водных ресурсов и обеспеченность водой надлежащего качества; защита территорий и акваторий; рациональное управление уязвимыми экосистемами, экологически безопасный менеджмент твердыми отходами, сточными водами и другие [4].

Россия (РФ) занимает второе место в мире по объему речного стока, поэтому сохранение качества воды водных объектов различного значения является одним из приоритетных. Водные ресурсы распределены по территории России неравномерно, свыше 90 процентов объема речного стока приходится на малонаселенные районы Севера Европейской части страны, Сибири и Дальнего Востока. По территории России протекает 2,5 миллиона малых рек и ручьев, 127 тысяч из них наиболее интенсивно используются в народном хозяйстве[8 - 10].

Большинство сельского и городского населения России в настоящее время проживает на берегах рек. Их воды активно используются для промышленного, питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения, орошения, а их берега - для отдыха населения. Заливные пойменные луга - объекты выпаса скота и заготовки кормов, пойменные земли относятся к наиболее плодородным территориям. Вследствие интенсивного хозяйственного использования рек происходит антропогенноеизменение ландшафтов их водосборов, загрязнение водыводотоков [8 - 10].

В Российской Федерации продолжает оставаться актуальной угроза экологической ситуации в окружающей среде, в том числе и в части поверхностных вод. Ухудшение экологической ситуации обусловлено пре-имущественным развитием топливно-энергетических отраслей промышленности, несовершенством законодательной основы природоохранной деятельности, отсутствием или ограниченным использованием энергосберегающих технологий[8 - 10].

Основные факторы, определяющие гидрохимический режим поверхностных вод - климатические условия, геологическое и геоморфологическое строение территории, характер почв и растительного покрова, также в значительной мере воздействие неочищенных сточных вод различных предприятий. Сброс неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод является главной причиной возникновения чрезвычайных экологических ситуаций. По сбросам загрязняющих веществ, по их количеству и компонентному составу, в каждом гидрографическом районе доминируют предприятия разных видов промышленности, чаще всего металлообрабатывающей, целлюлознобумажной, химической, химико-биологической, фармацевтической, оборонной, предприятий энергетики,металлодобывающей, металлургической промышленности, жилищно-коммунального хозяйства, стоки предприятий сельского хозяйства [10 - 11].

Еще одной важной экологической проблемой поверхностных вод является их химическое и бактериологическое загрязнение. Наиболее значительный ущерб причиняет сброс в водные объекты неочищенных сточных вод предприятий различной направленности. Из-за загрязнения стоками возможны различные биогенные мутации гидробионтов. Вещества сточных вод могут накапливаться в живых тканях откуда поступают в кровь. А затем как следствие отравление организма, исчезновение и сокращение промысловых многих видов рыб. Значительно снижается видовое биоразнообразие флоры и фауны водных объектов[10-14].

Весьма значительной является проблема загрязнения водотоков и водоемов отходами сельскохозяйственной деятельности вследствие проведения работ по внесению минеральных и органических удобрений, ядохимикатовбез соблюдения требований экологической безопасности, а также практически повсеместное нарушение правил хранения химических средств, сброс сточных вод животноводческих комплексов при отсутствии или неэффективной работе очистных сооружений, размещение в водоохранных зонах скота, складов горюче-смазочных материалов, сбросы отходов перерабатывающих сельскохозяйственных предприятий [8 - 9].

Огромное количество таких опасных загрязняющих веществ, как пестициды, аммонийный и нитратный азот, фосфор, калий и другие, смываются с сельскохозяйственных территорий, включая площади, занимаемые животноводческими комплексами. По большей части они попадают в водоемы и в водотоки без какой-либо очистки, а поэтому имеют высокую концентрацию органических веществ, биогенных элементов и других загрязнителей [10].

В сложившихся условиях необходим контроль состояния водных объектов и окружающей среды в целом. Для осуществления контроля качества окружающей среды в РФ организована единая государственная система экологического мониторинга в рамках которой Государственной службой наблюдений Федеральной службы по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромета) проводится сбор данных о гидрохимических показателях водных объектов (рисунок 2) [10].

Рисунок 2 - Схема расположения пунктов (числитель) и створов (знаменатель) в системе ГСН по отдельным УГМС Росгидромета (их номера - числа в кружках) в 2016 г.

(УГМС: 15 - Верхне-Волжское; 16 - Дальневосточное; 17 - Забайкальское; 18 - Западно-Сибирское; 19 - Иркутское; 20 - Камчатское; 21 - Колымское; 22 - Среднесибирское;23 - Мурманское; 24 - Обь- Иртышское; 25 - Приволжское; 26 - Приморское; 27 - Сахалинское; 28 - Северное; 29 - Северо-Западное; 30 - Северо-Кавказское; 31 - Уральское; 33 - ЦЧО; 34 - Якутское; 39 - Башкирское; 41 - Республика Татарстан; 42 - Центральное; 43 - Крымское УГМС) [10]

Главная задача Росгидромета - обеспечение органов государственной власти, хозяйствующих субъектов и населения систематической и экстренной информацией об изменениях уровней загрязнения водных объектов под влиянием хозяйственной деятельности и гидрометеорологических условий, прогнозами о возможных изменениях уровней загрязненности, а также обеспечение организаций материалами для составления рекомендаций в области охраны природы и рационального использования природных ресурсов.Информация, поступающая от Росгидромета об уровнях загрязнения водных объектов России, систематизируется, анализируется и публикуется в ежегодниках “Качество поверхностных вод Российской Федерации”, в Государственных докладах о состоянии и охране окружающей среды РФ и каждого региона отдельно. Так за 2016 год выявлено, что наиболее распространенными загрязняющими веществами поверхностных вод России на протяжении нескольких десятилетий являются органические вещества (по ХПК), соединения меди, марганца, железа, фенолы, легкоокисляемые органические вещества (по БПК5), соединения цинка, нефтепродукты, по которым превышение ПДК было значительным, в 2016 г. процентное превышение ПДК перечисленными показателями практически не изменилось [10].

Зафиксированы превышения ПДК по показателям аммония-иона и нитрита-иона. Превышения были значительными и составляли: NH₄⁺ - 20 %, NO₂^- - 23 %. Наиболее высокий уровень загрязненности воды водных объектов в 2016 г. отмечен по нефтепродуктам, соединениям марганца (Mn), меди (Cu), железа (Fe), цинка (Zn), кадмия (Cd), алюминия (Al), магния (Mg), сульфатам (SO₄), хлоридам (Cl), аммонийному азоту (NH₄), по которым наблюдали превышение от 10, до 100 ПДК; соединениям никеля(Ni), легко окисляемым органическим веществам (по БПК5), фенолам, хрому (Cr⁶⁺).формальдегиду, по которым выявлено превышение 10, 30 и 50 ПДК; лигносульфонатам, соединениям бора, нитритному азоту, по которым наблюдали превышение 10 и 30 ПДК; фосфатам, соединениям молибдена, свинца, ванадия, мышьяка, органическим веществам (по ХПК), по которым наблюдали превышение 10 ПДК (рисунок 3) [10].



Рисунок 3 - Соотношение повторяемости концентраций разного уровня отдельных загрязняющих веществ в поверхностных водах Российской Федерации в 2016 году [10]

Следует отметить, что в настоящее время качество поверхностных вод Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей средыоценивается по отдельным ингредиентам (соответствие содержания данного вещества в водном объекте нормативным значениям), а также с помощью комплексных оценок [10-11].

Для оценки качества вод по отдельным ингредиентам используются санитарно-гигиенические нормативы оценки качества вод - предельно допустимые концентрации (ПДК). Однако система нормирования качества вод на основе ПДК подвергается аргументированной критике [12].

Л. А. Телитченко, а также С. В. Багоцкий в своих работах выделяют ряд проблем в существующей системе ПДК:

- концентрация веществ в воде не отражает токсикологическую нагрузку на экосистему, так как не учитывает процессы аккумуляции веществ в биологических объектах и донных отложениях;

- федеральные ПДК не учитывают специфику функционирования водных экосистем в различных природно-климатических зонах и биогеохимических провинциях;

- не учитываются эффекты синергизма, антагонизма, суммации;

- при обосновании ПДК не учитывается разный трофический статус экосистем, сезонные и зональные особенности, на фоне которых проявляется токсичность загрязняющих веществ [12].

Перечисленные проблемы санитарно-гигиенического нормирования на основе ПДК не отвергают оценку качества вод по данной системе, но требуют применения других методов [12].

В настоящее время для оценки качества вод Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей средыприменяет метод комплексной оценки степени загрязненности поверхностных вод по гидрохимическим показателям (Руководящий документ (РД) 52.24.643-2002). В данной методике предложен алгоритм расчета комбинаторного индекса загрязненности воды и удельного комбинаторного индекса загрязненности воды (УКИЗВ), который оценивает долю загрязняющего эффекта, вносимого в общую степень загрязненности воды, обусловленную одновременным присутствием ряда загрязняющих веществ. На сегодняшний день расчеты данных показателей качества воды становятся приоритетными при оценке степени загрязненности вод [10].

Однако такой подход недостаточно корректен, поскольку в реальной ситуации на животные и растительные организмы оказывает влияние комплекс факторов, взаимодействие которых приводит к синергическим, антагонистическим эффектам, а не только к простому суммированию эффектов от воздействия каждого поллютанта в отдельности. Более того, любой немутагенный фактор может модифицировать эффект воздействия мутагена как в сторону понижения, так и в область более высоких значений[11].

Поэтому, помимо химико-аналитического контроля, необходимо получение данных, касающихся токсичности и мутагенности различных сред. Совместное использование этих мероприятий способствовало бы быстрейшей разработке корректных, научно обоснованных подходов к оценке опасности поллютантов окружающей среды, которые позволят продвинуться в решении вопроса взаимодействия человека и природы [12].

По этим причинам наиболее востребованными при оценке качества окружающей среды являются методы интегральной оценки качества экосистемы и отдельных её компонентов, в том числе такие методы биомониторинга, как биотестирование и биоиндикация [13].

Биомониторингизучает реакции экосистем с использованием биологических индикаторов на воздействие факторов внешней среды. Методами биоиндикации и биотестирования определяется присутствие в окружающей среде того или иного загрязнителя по наличию или состоянию определенных организмов, чувствительных к изменению экологической обстановки [13].

В настоящее время методы биомониторинга широко применяются при оценке качества сточных и природных вод Русской равнины, Северного Кавказа, Сибири и Дальнего Востока.

В Вологодской области проблемам качества поверхностных вод уделяют большое внимание Л. Н. Трусова, К. Н. Ивичева, Н. Ю. Тропин, Н. В. Думнич и другие. В статьях Л. Н. Трусовой проанализирована динамика загрязненности основных рек Вологодской области по удельному комбинаторному индексу загрязненности воды(УКИЗВ) по данным Вологодского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, выявлены тенденции изменения качества воды в реках Кошта, Ягорба, Сухона, Пельшма, Вологда, Малая Северная Двина, Кубена, Кичменьга и Вага. В статье К. Н. Ивичевой “Анализ зависимости качества вод по гидрохимическим показателям от освоенности водосборов” выявлена зависимость качества поверхностных вод по гидрохимическим показателям от величины антропогенного присутствия. Н. Ю. Тропин и Н. В. Думнич в своих работах уделяют внимание биомониторингу рек и озер Вологодской области с использованием рыб и зоопланктона [14 - 18].

Уровень загрязненности водных объектов на территории Вологодской области в настоящее время остается довольно высоким по органическим веществам, аммонийному азоту, тяжелым металлам и специфическим загрязнениям, поступающим от промышленных предприятий. Основными источниками загрязнения водных объектов являются сточные воды промышленных, коммунальных и сельскохозяйственных предприятий. Большой объем загрязнений в водные объекты поступает также в составе рассеянных (диффузных) стоков с территорий населенных пунктов, сельхозугодий, промышленных площадок предприятий [16].

Исследованиями качества питьевой воды, выполненными центром гигиены и эпидемиологии установлено, что основную токсикологическую нагрузку питьевой воды определяют вещества природного и техногенного происхождения - хлороформ, формальдегид, фенол, фтор, мышьяк, стронций, бор, кадмий, свинец, молибден (таблица 1) [19 - 23].

Таблица 1 - Характеристики загрязнения питьевой воды [19]

Район, город	Вещество приоритетного загрязнения	Среднемноголетняя концентрация, мг/дм3	Кратность превышения ПДК
1	2	3	4
Белозерский	Кадмий Мышьяк	0,01 0,35	7,9 6,9
	Хлороформ	0,21	4,1
Великоустюгский	Бор Фтор	1,43 1,80	2,8 1,2
Вожегодский	Бор	0,70	1,4
Вологодский	Бор Фтор	0,84 1,80	1,6 0,9
Вытегорский	Бор	0,64	1,2
Грязовецкий	Бор Фтор	1,30 2,17	2,6 1,4
Кадуйский	Мышьяк	0,08	1,6
Кирилловский	Стронций	14,66	2,0
Кичменгско-Городецкий	Бор Фтор	1,56 2,00	3,1 1,3
Междуреченский	Бор Фтор	1,78	3,1
		1,20	1,8
Никольский	Бор	1,89	3,8
Усть-Кубинский	Хлороформ	0,18	3,5
Чагодощенский	Мышьяк	0,09	1,8
Череповецкий	Фтор	1,70	0,6
Шекснинский	Хлороформ	0,17	3,3
Вологда	Бор	0,73	1,5
	Никель	0,03	1,3
	Формальдегид	0,07	1,3
Череповец	Хлороформ	0,14	2,6
Сокол	Бор	1,39	2,7

По сказанному в главе можно сделать следующие выводы: большинство исследований качества поверхностных вод в России проводится на основе гидрохимических показателей. В лаборатории Государственного научно-исследовательского института озерного и речного рыбного хозяйства качество вод оценивается методами биоиндикации, но биоиндикационные исследования в основном проводятся на крупных озерах страны. Но тем не менее, последние комплексные исследования крупных водных объектов проводились в семидесятые годы прошлого века. Необходимы современные комплексные исследования водных объектов для оперирования объективной достоверной информацией о состоянии поверхностных вод, о влиянии их на жизнедеятельность флоры, фауны, людей и целых населенных пунктов и влиянии выше перечисленных объектов на водные экосистемы.



2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Материалы исследования

Объектом настоящего исследования являются крупнейшие озера Вологодской области: Воже, Кубенское, Белое и Онежское.

Воже - озеро на севере Вологодской области России. Площадь 422 кмІ. Озеро имеет овальную форму, вытянуто с севера на юг. Длина озера -64 км, ширина от 7 до 16 км. Несмотря на большие размеры, озеро мелководно, средняя глубина 1 - 2м, наибольшая пять метров. Водосбор озера Воже 6260 кмІ. Объём воды в озере 1,08 кмі. Озеро принадлежит бассейну Онеги, по северному берегу озера проходит граница с Архангельской областью[29].

Кумбенское омзеро -озеро ледниково-тектонического происхождения в европейской части России. Кубенское озеро занимает низменное положение центральноголандшафтаВологодскойобласти (граница Вологодского и Усть-Кубенского районов),принадлежит к бассейну Северной Двины [33].

Бемлое омзеро - озеро в Вологодской области России. Относится к бассейну Каспийского моря.Площадь Белого озера составляет 1290 кмІ, объём -5,2 кмі. Средняя глубина -4,1 м, наибольшая -20 м. В озеро впадает 17 рек, а вытекает река Шексна [31].

Онемжское омзеро - озеро на северо-западе Европейской части Российской Федерации, второй по величине пресноводный водоём в Европе после Ладожского озера.Расположено на территории Республики Карелия, Ленинградской и Вологодской областей. Относится к бассейну Балтийского моря Атлантического океана [38].

В качестве материалов исследования используются:

1. Доклады о состоянии и охране окружающей среды Вологодской области за 2012 - 2016 г., подготовленного Департаментом природных ресурсов и охраны окружающей среды Вологодской области на основе официальных материалов, предоставленных органами исполнительной государственной власти области, территориальными органами федеральных органов исполнительной власти в сфере охраны окружающей среды и природопользования, научно-исследовательскими организациями [19-23];

2. Комплексный территориальный кадастр природных ресурсов Вологодской области за 2014-2016 отчетные годы [24-26];

3.Санитарные правила и нормы, гигиенические нормативы и другие нормативных актов, которые регулируют различные критерии определенных параметров, способствующих наносить вред организму человека.

2.2. Методы исследования

Для успешного решения поставленных задач использовался комплексный методический подход, включающий в себя включающий как описательные, так и лабораторные методы исследования.

Обязательным является географического описания по рельефу и полезным ископаемым, климату и погодным условиям, ландшафту, гидрографии, особенностям флоры и фауны. Данный метод применялся при написании геоэкологической характеристики исследуемых районов, при рассмотрении влияния хозяйственной деятельности на окружающую среду района исследований [27].

Для объективного понимания расположения объектов исследования необходим картографический метод- метод научного исследования, в котором карта выступает как модель изучаемого объекта и промежуточное звено между объектом и исследователем. С помощью картографического метода cформирована геоэкологическая характеристика муниципалитетов Вологодской области [27].

При использовании в работе цифровых материалов применялся метод ретроспективного анализа - метод изучения сложившихся в прошлом тенденций технического, социального, экономического развития объекта для формирования стратегии его развития. Метод был использован для установления причинно-следственных связей. Анализ - логический прием, метод исследования, состоящий в том, что изучаемый объект мысленно расчленяетсяна составные элементы, каждый из которых исследуется в отдельности как часть расчлененного целого. Синтез - логический прием, с помощью которого отдельные элементы соединяются в целое. Синтез, опираясь на данные, полученные в ходе анализа, дает решение задачи или доказательство теоремы

Синтез - метод основан на соединении частей изучаемого предмета, разделенного в процессе анализа, установления их связей и познания предмета как единого целого [27].

Лабораторный метод - совокупность методов, направленных на анализ исследуемого материала с помощью различного специализированного оборудования. Метод применен при получении гидрохимических показателей в лаборатории Вологодского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды [27].

Таким образом, выше перечисленных методов исследования достаточно для достижения поставленной цели и решения соответствующих задач.

3. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВОЖЕ, ОНЕЖСКОГО, БЕЛОГО, КУБЕНСКОГО ОЗЕР ВОЛОГОДСКОЙ ОБЛАСТИ

3.1 Физико-географические условия

Озеро Воже-озеро северной части Вологодской области, принадлежащее Беломорскому бассейну. Имеет границы с Вожегодским, Кирилловским районами Вологодской области и Архангельской областью (Рисунок 4).

Рисунок 4 - Географическое положение озера Воже

Площадь озера 418 км², наибольшая длина 48 км, наибольшая ширина 16 км, средняя глубина - 1,4 м, наибольшая глубина - пять метров. Озеро вытянуто с севера на юг.В озеро впадают 20 рек, вытекает река Свидь [28].

Белое озеро - озеро на западе Вологодской области, площадью 1290 км². Озеро относится к бассейну Каспийского моря. Озеро имеет границы с Белозерским, Вашкинским районами (рисунок 5).



Рисунок 5 - Географическое положение Белого озера

Средняя глубина - 4,1 м, наибольшая - 20 м. В озеро впадает 17 рек,вытекает река Шексна. Является частью Волго-Балтийского судоходного пути.Длина озера - 43 километра, а ширина до 32 километров. Усредненная глубина озера - 5-7 метров, существует некоторые ямы до 15 метров. У берегов очень мелководно, в некоторых местах на километр глубина не превышает один метр [28].

Кубенское озеро - озеро в центральной части Вологодской области, граничит с Вологодским и Усть-Кубинским районами. Площадь озера - 411 км², площадь территории водосбора - 14700 км². Озеро вытянуто с северо-запада на юго-восток. Средняя глубина озера 2,5 м, наибольшая 13 м (рисунок 6) [28].

В озеро впадает около 30 рек, вытекает река Сухона. Входит в две водные системы - Волго-Балтийскую и Северо-Двинскую [28].



Рисунок 6 - Географическое положение Кубенского озера

Онежское озеро - озеро на северо-западе России, занимает второе место по величине в Европе. Граничит с Ленинградской областью, с Вологодской областью (Вытегорский район) и Республикой Карелией (рисунок 7).

Площадь озера составляет 9720 км², из которых на территории Вологодской области находится около 740 км². Объём водной массы - 285 км³; протяженность с севера на юг - 245 км, наибольшая ширина - 91,6 км. Средняя глубина - 30 м, а максимальная - 127 м.В озеро впадают 50 рек, вытекает река Свирь [28].

Рисунок7 - Географическое положение Онежского озера



Геологические условия. Озеро Воже расположено в области отложений моренного пояса на древнеозерной низменной равнине. На кристаллическом фундаменте в этом районе залегают толщи осадочных отложений, сложенных известняками, часто гипсоносными, доломитами и мергелями пермской и каменноугольной систем. Коренные породы перекрыты плащом четвертичных отложений. Почвы подзолистые, а преобладание осадков над испарением, высокий уровень грунтовых вод, наличие низменностей, лишенных дренажа на водонепроницаемых грунтах, обусловили высокую степень заболоченности территории [29, 35].

Озеро Воже имеет ледниковое происхождение. Оно сформировалось вовремя лужской стадии оледенения к северу от Кубено-Сухонского озера в виде обширного Лача-Вожского озера, которое в дриасовом периоде распалось на озеро Лача и озеро Воже со стоком через реки Свидь и Онега [29,35,36].

Участок озера, оконтуренный трехметровой изобатой, очень небольшой и смещен в южную половину озера. Вся северная частьозера отличается ровным и плоским дном. Такая морфологическая особенностьи господствующие юго-западные и западные ветры в безледный период отражаются и на седиментации осадков [29,35,36].

В озере Воже выделяются следующие типы донных отложений: каменистые,песчанистые, илистые и глинистые, причем последние, как правило, перекрытыпесками или илами. Каменистые грунты представлены отдельными валунами ираспространены в узкой прибрежной зоне в основном вдоль западного берега.Вдоль восточного берега они распространяются в основном к северу от р. Пустой. Значительное скопление валунов наблюдается в районе о. Спас. Нередкоих можно единично встретить и вдали от берегов. За пределами прибрежнойзоны небольшие валуны, галька и гравий встречаются севернее о. Спас, где ониобнаружены на глинистых или песчано-глинистых осадках. Почти повсеместнов незначительном количестве в прибрежной части озера можно встретить обломки мергеля и известняка, несомненно связанные с коренными породамипермского времени. Отложения, состоящие преимущественно из песчаного материала, распространены у восточного берега к северу от р. Вожеги и протягиваются узкой полосой вдоль западного берега [29, 35, 36].

Среднезернистые пески не получили широкого распространения и встречены только южнее о. Спас и в устье р.Пустой. В северной части озера (к северу от участка р. Тордокса - с. Чаронда) отложения отнесены к песчано-глинистым, так как в этом районе глины прикрыты лишь незначительным слоем песка, а местами обнажаются. Как среднезернистые, так и мелкозернистые пески по гранулометрическому составу характеризуются широким набором фракций - от гравия до тонких пелитовых частиц. Более 57% площади озера занимают буровато-серые илы с жидким темным наилком с запахом сероводорода; мощность их около 10 см. Илистыеотложения занимают почти всю южную половину озера, где они начинают откладываться уже на метровой глубине, а местами подходят к самому берегу. Всеверо-восточной части водоема мощность илистых отложений незначительнаи в основном не превышает 15 см. Лишь в прибрежных, защищенных от волнения участках их мощность несколько увеличивается [29,35,36]. Основными источниками накопления органического вещества в осадках служат планктон и макрофиты. Илы с содержанием органических веществ более 15% занимают лишь небольшую площадь в глубоководной части озера[29,35,36].

Здесь максимальные потери при прокаливании достигают 24,6%. На всей остальной площади южной части озера с илистыми грунтами содержание органики в илах колеблется от 10 до 15%. Илы северной половины озера беднее по содержанию органического вещества - от 2 до 8%[27]. Наибольшие площади ложа Белого озеразаняты глинистым илом, илом и мелким песком (рисунок8) [31,35,36]



Рисунок8 - Схема распределения грунтов Белого озера [32]:

1 - песок, 2 - ил, 3 - глинистый ил

Валуны, крупный песок,илистый песок и песчанистый ил наблюдаются в значительно меньшемколичестве. Каменистый грунт встречается по прибрежью отдельнымипятнами на участках деревень Крохино - Ухтома, Кисьнема и Кустово - Мондома. Крупнопесчанистые отложения залегают в пределах наиболее часто повторяющихся отметок уреза воды, на конусах выноса впадающихв водоем постоянно и временно действующих водотоков и в истоке Шексны. Илистые пески сопрягают мелкий песок с песчанистым илом,который в свою очередь является обязательным переходом к илам [30].

На схеме распределения основных типов грунтов (рисунок 7)видно, чтоони расположены замкнутыми овальными поясами, повторяющими общую конфигурацию береговой линии. В пределах этих контуров песокзанимает 90 км², ил 160 км², глинистый ил - 880 км², или соответственно 8, 14 и 78% [35,36].

Границы перехода одного типа грунта в другой размытые и плавные. Между песком и илом обязательно залегают илистый песок и песчанистый ил, и каждый в свою очередь с меняющимся механическим составом в рамках, определенных классификацией грунтов. Более или менее четко выраженная граница между разными отложениями возможна при резком изменении гидродинамической активности, вызываемой увеличениемили уменьшением площади водного сечения, глубины, разгона волны, защищенностью участка водоема островом, растительностью и т. д [35].

Кубенское озеро- озеро ледниково-тектонического генезиса. Его формирование произошло до ледникового периода и связано с опусканием блоков кристаллического фундамента и его разломами. Дно большей частью илистое и песчаное. После окончания последнего оледенения тектоническая котловина была затоплена флювиогляциальными водами.Юго-западные склоны котловины - крутые, а восточные - пологие. Развиты береговые валы и террасы - следы регрессии древнего водоёма. Дно большей частью илистое и песчаное[25,26,36].

Рельеф дна Онежского озера является довольно сложным. Особенно это относится к северной части озера. Для данного озера характерны понижения и повышения дна. Типичными для озера формами рельефа являются луды, подводные гряды и кражи, ямы и впадины. Помимо этого, также в озере имеются некоторые участки с ровным дном. Грунты Онежского озера очень разнообразны. Здесь встречаются каменистые, каменисто-песчаные, песчаные и песчано-гравийные грунты. Цветгрунта в Онежском озере колеблется от светло-желтого до желтого или оранжево-бурого [35,36].

Температурные условия. Озеро Воже граничит с Вожегодским, Кирилловским районами Вологодской области и Архангельской областью. На данной территории преобладает южный ветер (20 - 24%) (рисунок 9) [29,37].



Рисунок 9 - Роза ветров территории озера Воже [37]

Начало образования льда на озере Воже, по средним многолетним данным, приходится на конец октября. К этому моменту наблюдается низкая (около 0 °С) температура воды. При ледоставе охлаждение водных масс озера снижается и одновременно происходит подогрев придонных слоев воды за счет тепла, накопленного донными отложениями за теплый период года. Однако квесне вследствие значительного водообмена запасы тепла истощаются до минимума. Температура воды в марте -апреле не превышает 0,1 - 0,2°С подольдом и 1,5-2,0 °С у дна. Толщина льда в конце марта составляет 60-80 см, снега- 15-30 см. Уровень воды в озере значительно понижается, и лед на большойплощади (до 1/3 от всей площади озера) садится на грунт. Продолжительностьледоставного периода составляет 150-180 дней. Период весеннего нагреванияначинается еще при ледоставе. При сходе снега со льда происходит подогревводных масс озер за счет солнечной инсоляции. В это же время в озеро начинают поступать талые воды, и уровень воды резко возрастает - в мае иногда до15 см в сутки. График средних температур представлен на рисунке 10 [29, 37].



Рисунок 10 - График средних температур воздуха территории озера Воже [37]

С марта до середины июня уровень повышается в среднем на 1,3м, площадь оз. Воже увеличивается в два раза. Их средние глубины достигаютсоответственно 1,5 и 2,0 м. После очищения озера ото льда (в первой половинемая) температура воды быстро повышается. Нагреваясь, вода отдает часть своего тепла донным отложениям. Этот процесс продолжается до середины августа, после чего донные отложения отдают накопленное тепло воде. Температура донных отложений в течение года наиболее заметно изменяется в приводномтрехметровом слое. В момент максимального прогрева (июль - август) температура грунта ниже поверхности дна на 0,5 м достигает 6-18°С, на глубине1,5 м - 8-10 °С, на горизонте три метра в течение года сохраняется около 6°С [29].

Большая площадь и малая глубина озера Воже повышают их тепловую реакцию к условиям погоды и температуре воздуха. Вследствие ветрового перемешивания температура воды рассматриваемых водоемов в открытый период однородна по площади и глубине. Наибольшие различия наблюдаются между прибрежными районами и центральной частью озера, а также между поверхностью и дном, которые составляют весной и осенью обычно 1,0 - 2,0 °С, редко -3,0-3,5 °С. Большое сходство температуры воды обусловлено мелководностьюозера, идентичным ходом и близкими значениями температур воздуха над ихбассейном. Малая тепловая инерция проявляется в изменении температуры воды сразу же за температурой воздуха. Резкая смена температуры воздуха в открытый период наиболее часто проявляется в июне. Поэтому и температура воды в рассматриваемых озерах за июнь различных лет иногда различается на10°C, в последующие месяцы -на 7-8°С [29].

Климат Белозерья складывается под воздействием воздушных масс различного происхождения - морских, формируемых над северной частью Атлантического океана и арктическими морями и континентальных. Бассейн озера пересекают практически все основные траектории циклонов, движущихся с севера, запада и юга; в то же время здесь сходятся и пути антициклонов, приходящих из Исландии, Скандинавии и Карского моря. Географическое положение озера способствует развитию повышенной скорости ветра над озером. На Белом озере ветры чрезвычайно сильные и затяжные, особенно в осеннее время. Число штормовых дней в период навигации может достигать 100, а за год и 170. Роза ветров представлена на рисунке 11 [30, 37].

Осадков выпадает довольно много - среднее годовое количество 650 миллиметров, причем 420 миллиметров из них выпадает в тёплое время года. Для прилегающей территории характерно заметное превышение количества выпадающих осадков над объёмом испаряющейся воды. Число дождливых дней порой составляет 200 в, год. Снежный покров к концу зимы достигает высоты 40 - 60 сантиметров. Летом обычно выпадают ливневые дожди, а осенью - продолжительные обложные. В дождливые годы осадков может выпадать в 1,5 раза больше нормы. В маловодные годы, наоборот, осадков может выпадать в два раза меньше нормы [30, 37].



Рисунок 11 - Роза ветров территории Белого озера

Период положительных температур составляет около семи месяцев. Самая теплая часть лета, со средней суточной температурой воздуха выше 15°С, продолжается около 50 -70 дней - со второй декады июня по вторую декаду августа. Максимальная температура воздуха может достигать в исключительных случаях 38°С, а минимальная - 50 °С. График среднемесячных температур представлен на рисунке 12 [30, 37].

Рисунок 12 - График среднемесячных температур воздуха территории Белого озера

На прилегающей территории Кубенского озерапреобладающее направление ветра - южное (20,3 %) (рисунок 13) [32, 37].

Рисунок 13 - Роза ветров территории Кубенского озера [37]

Озеро относится к мелким озерам умеренной зоны. Появление первых ледовых образований на озере отмечаетсячерез один - пять дней после перехода температуры воздуха через 0 °С и, по средним многолетним данным, приходится на 24 - 25 октября. Наиболее раннее начало ледостава отмечается в середине октября, а наиболеепозднее - в начале декабря. Продолжительность ледоставав среднем 150-180 дней. Зимнее распределение температуры водыв озере подчинено обратной температурной стратификации. Зимой озеро Кубенское характеризуется очень низкой температурой воды [32,37].

К началу весеннего периода вследствие большой проточности и проникновения тепла через лед в атмосферу при небольшом слое снега на льду в течение зимы теплозапасы водной массы и донных отложений истощаются. Уровень озера к моменту вскрытия значительно понижается, лед на большой площади садится на грунт. Полное очищение озера ото льда наблюдается в первой половине мая [32, 37].

Продолжительность безлёдного периода изменяется по годамот 130 до 230 дней. В этот период озеро целиком доступно ветровомуперемешиванию. Оно не удерживает сколько-нибудь устойчивого температурного расслоения по глубине и акватории, очень быстро реагирует на изменение погодных условий. Разница температур водыв прибрежной полосе и открытой части озера составляет 1,0 -2,0°С и иногда 2,5-3,0 °С. Более заметна эта разница весной и осенью, когда вприбрежной зоне вода прогревается и охлаждается быстрее, чем воткрытой части [32].

Для исследуемого озера характерно колебание температуры воды в течение всего открытого периода. Это объясняется тем, чтотепловая инерция озера очень мала и оно быстро реагирует на изменениепогодных условий. Ход температуры воды в озере следует за ходом температуры воздуха. График изменения средних температур в течение года представлен на рисунке 14. После очищения озера ото льда вода быстро прогревается и отдает часть своего тепла донным отложениям. Изменение температуры донных отложений в течение года наблюдалось в верхней трехметровой толще. По предварительным данным накопление тепла вуказанном выше слое продолжается до середины августа. В дальнейшем слой донных отложений постепенно передает свое тепловодной массе. Этот процесс продолжается до периода весеннего нагревания [32, 37].

Рисунок 14 - Средние температуры воздуха территории Кубенского озера [37]



По средним многолетним данным, максимальный прогрев водной массы оз. Кубенского наступает во второй половине июля. Разница в средних июльских температурах за этот период достигала 8,4°C. При небольших средних глубинах в озерах с большой площадью, как известно, в открытый период термической стратификации почти не наблюдается [32, 37].

Территория Вологодской области, прилегающая к Онежскому озеру,характеризуется преобладанием западных и северо-западных ветров (20и 19 %, соответственно) (рисунок 14) [35, 37].

Весной и летом наиболее низкие температуры фиксируются над центральной частью Онежского озера, а вот осенью наоборот, здесь самые высокие температуры воздуха. Климат можно охарактеризовать как переходной, от континентального к морскому. Среднегодовая температура в районе Онежского озера - 2,5 °С. Средняя температура января -12 °С , июля + 22 °С (рисунок 15) [35, 37].

Рисунок 15 - Роза ветров территории Онежского озера

Весной и летом наиболее низкие температуры фиксируются над центральной частью Онежского озера, а вот осенью наоборот, здесь самые высокие температуры воздуха. Климат можно охарактеризовать как переходной, от континентального к морскому. Среднегодовая температура в районе Онежского озера - 2,5 °С. Средняя температура января - 12 °С , июля + 22 °С (рисунок 16)[35, 37].

В этой части Республики Карелии преобладают южные ветры скоростью до четырех м/с, однако стоит заметить, что на ветровой режим Онежского озера сильно влияют физико-географические параметры отдельных частей водоема. Например, на восточном побережье преобладают юго-западные, южные и восточные ветра, на западном побережье преобладают юго-западные и западные ветры [35, 37].

Рисунок 16 - Среднемесячные температуры восточного берега Онежского озера [37]

Летом в прибрежной зоне Онежского озера появляются условия для местной циркуляции воздуха. Это проявляется как бризовые ветры, которые могут распространиться на 15-20 километров вглубь побережья и они могут оказывать влияние на климат прибрежных районов Карелии [35, 37].

Над Онежским озером за год выпадает до 750 миллиметров осадков, а число дней, когда наблюдаются осадки, может достигать 190. Высокая влажность и большое количество осадков объясняется тем, что наибольшее влияние на климат оказывает воздух с Атлантики. Количество дней, когда относительная влажность воздуха меньше 30% обычно не превышает 7-8 в год.

Также стоит знать важную особенность Онежского озера. Для него характерен весенний подъем уровня воды, который продолжается около двух месяцев, а амплитуда (годовая) колебания может достигать одного метра. Наивысший уровень воды обычно фиксируется в августе [35, 37].

Водный режим и баланс. Озеро Воже имеет 20 притоков, из озера вытекает река Свидь и впадает в озеро Лача. Озеро Воже, достаточно большое по площади, но неглубокое, расположено в зоне избыточного увлажнения. Реки, впадающие в озеро, преимущественно снегового питания, с высоким весенним половодьем и низкой зимней меженью, определяют уровенный режим озера. Самый низкий уровень наблюдается,как правило, в марте, а в апреле начинается весенний подъем. Наиболее частомаксимальный весенний уровень наблюдается в мае, редко в июне, после чегоначинается плавный спад, прерываемый иногда дождевыми паводками [29].

Для озера Воже был рассчитан водный баланс. Основными компонентамиприходной части баланса являются приток поверхностных вод и осадки, выпадающие на поверхность озера. Расходную часть баланса составляют сток изозера и испарение.Согласно классификации по элементам водного баланса Б. Б. Богословского, озеро Воже относится к стоково-приточному типу: сток и приток в озеропреобладают над остальными элементами водного баланса (85 - 93% приходной части водного баланса составляет приток в озеро, 90 - 96% расходной части - сток). Атмосферные осадки и испарение не играют существенной роли в водном балансе этого озера [29].

В маловодные и многоводные годы соотношение составляющих водногобаланса сохраняется, но меняется их абсолютная величина. Речной притокисток в многоводные годы увеличивается на 30 - 40%, а в маловодные годы примерно на ту же величину уменьшается [29].

В озеро Белое впадает 17 рек, а вытекает река Шексна. Приходную часть баланса составляют речной приток (3,7км³/ год водной массы), осадки - 0,8км³/ год, а расходную часть - испарение(0,5-0,7 км³/ год) и речной отток (3-4 км³/ год) в основном на юг, в Шекснинский плёс водохранилища и через ГЭС - в Рыбинское водохранилище. Водообновления в озере происходит примерно за 13 месяцев [31].

В озере доминируют северо-западные ветровые течения, Летом ветры неустойчивые по скорости и направлению могут меняться на штормовые со скоростью 10-12 м/с. Штормовые ветры учащаются ближе к осени и продолжаются околонедели. При них скорость течений достигает 10 см/с. Вызываемые ими колебания водной поверхности достигают 0,32 м. После внаступающий штиль колебания продолжаются в форме стоячих волн с постепенно уменьшающимся размахом всей водной толщи озера.Продолжительность их около10-25часов с периодом до 3,5 час и менее. Наибольшая высота волн наблюдается в центре озера, при средней скорости ветра достигает 0,2 м, а при сильном шторме - 0,45-1,2 м, что увеличивает скорость придонного течения до 0,06-0,08 м/с и приводит повсеместно к взмучиванию донного ила. Повышение летне-осеннего уровня в Белом озере, приводит к увеличению высоты волн и снижению взмучивания, что благоприятствует развитию бентоса[31].

Питание Кубенского озера смешанное, с преобладанием снегового. Уровенный режим зависит от режима впадающих в него рек. Водный баланс более чем на 90% формируется за счёт речного стока. В озеро впадает более 30 рек и ручьев, среди которых самая крупная река Кубена (88%), вторая по величине притока воды река Уфтюга (9%), отток происходит через реку Сухону. Многолетняя амплитуда колебаний уровней воды в озере достигает 6 м, внутригодовая - 3-4 м. Минимальные уровни наблюдаются в период зимней межени(март). С середины апреля, за счёт поступления талых вод с водосбора, начинается весенний подъём уровня, максимум которого наблюдается, как правило, в мае. Озеро сильно разливается, затапливая низкую местность на многие сотни метров вокруг. К лету уровень падает [33].

Амплитуда колебания уровня Онежскогоозера невелика и составляет 50-55 см в год; ее многолетние значения равны 1,8-1,9 м. В зависимости от характера погоды в том или ином году наблюдается разный тип годового хода уровня воды, однако большей частью ход уровня соответствует типу режима с отчетливо выраженным, хотя и невысоким весенним половодьем. В вековом ходе уровня озера замечается определенная цикличность хорошо согласующаяся с ходом атмосферных осадков. Годовой поверхностный сток составляет - 1800 мм, годовой приток - 1600 мм, испарение - 240 мм, осадки - 400 мм [38].

Почвенные условия. Берега озера Воже характеризуются подзолисто-болотными почвами на востоке и болотными низинными и торфяно-глеевыми на западе. Южная часть озера занята илами, на остальной части песчаные и каменистые грунты [39].

Берега Белого озера отличаются на севере и юго-востоке подзолисто-болотными почвами, на северо-западе и юго-западе - болотным переходными почвами, на востоке дерново-подзолисто-болотными почвами и на северо-востоке дерново-слабоподзолистыми почвами[39].

Кубенское озеро на востоке и северо-востоке характеризуется дерново-болотными почвами. На восточном берегу озера сформированы дерново-слабоподзолистые почвы, на севере и юге - болотные переходные почвы.

Юго-восточный берег Онежскогоозера отличается пестрым почвенным покровом: дерново-слабоподзолистые, торфяно-глеевые, болотные верховые, дерново-среднеподзолистые почвы.

Флора и фауна. Фитопланктон озера Воже представлен сине-зелеными, зелеными и диатомовыми водорослями. В 2015 году их абсолютная численность уменьшилась, а доминирующую биомассу составили синезеленые и зеленые водоросли. В 2016 численность и биомасса не изменились и составили 3,06 г/м³ и 148,49 млн.кл./л. соответственно [22 - 23].

...