Для оценки изменения химического состава водных объектов с учетом возможного воздействия производственных процессов были проведены натурные обследования малых рек в арктической зоне Якутии. Рассматриваемые водотоки расположены в бассейне р. Индигирка на территории Оймяконского улуса Республики Саха (Якутия). Основу промышленной специализации улуса составляет добыча цветных металлов. Минерально-сырьевая база района в составе Верхне-Индигирского горнопромышленного района включает 4 месторождения золотосурьмяных руд и 287 месторождений золота (в том числе 13 рудных, 274 россыпных) [1].
Территория бассейна р. Индигирки принадлежит к Верхоянско-Колымской горноскладчатой области. Река Индигирка образуется слиянием рек Туор-Юрях и Тарын-Юрях и впадает в Восточно-Сибирское море. Термический режим водотоков определяется главным образом климатическими условиями. Для бассейна Индигирки температура варьируется в среднем от 6,0 до 14,5 °C. На малых водотоках она опускается ниже 6 °. При глубинах менее 2 м водотоки могут промерзнуть до дна [2]. Внутригодовое распределение стока на малых реках крайне неравномерное. Период наличия стока составляет 5 месяцев – с мая по сентябрь. С октября по апрель устанавливается период зимней межени с отсутствием стока. В весенне-летний период сток также нестабильный. Весеннее половодье заканчивается в конце июня и наступает период летне-осенней межени, прерывающейся дождевыми паводками, как правило, более многоводными, чем половодье. Количество паводков зависит от погодных условий. Нередко период летне-осенней межени на малых водотоках устанавливается надолго, продолжительность может достигать более месяца. В засушливые сезоны сток на малых реках и ручьях в этот период прекращается.
По соотношению гидрологических постов на 1 км2 площади водосбора данная территория относится к недостаточно изученной: в среднем здесь на один пост приходится 5000 км2. Для малых водотоков с периодическим режимом стока, район практически неизученная территория.
Руч. Красный и р. Лев. Ыт-Юрях расположены в среднем течении р. Индигирка. Протекают в гористой местности, средняя густота речной сети для данного района составляет 0,8–0,9 км/км2. Относятся к категории малых водотоков сезонного типа. Рассматриваемые водотоки ежегодно промерзают до дна.
Вычисления расхода воды руч. Красный и р. Лев.Ыт-Юрях произведено аналитическим методом по формуле
(1)
где Q – полный расход воды;
V1, V2, … Vn – средние скорости на скоростных вертикалях 1, 2, …, ;
γ0 – площадь водного сечения между берегом и первой скоростной вертикалью;
γ1 – площадь водного сечения между вертикалями № 1 и № 2 и т.д.;
γn – площадь между вертикалью и берегом.
Коэффициент K для скоростей V1, Vn на скоростных вертикалях № 1 и Nn принят нами для данного случая равным 0,7.
Расчет стока по заданным створам выполнен по методикам для неизученных рек при отсутствии гидрологических наблюдений. При подборе расчетных параметров использованы региональные карты и коэффициенты по методикам, изложенным в [3]. Распределение стоковых параметров малых водотоков в горных районах неоднородно и главным образом зависит от площадей водосборов, а также дополнительно зависит от ряда сопутствующих факторов: высоты местности, экспозиции склонов, уклона русел и залесенности водосбора. Поэтому для расчетов выполнено осреднение принимаемых параметров.
По региональным картам распределения параметров годового стока средний годовой модуль стока рассматриваемого района варьирует в пределах 6–8 л/с*км2, коэффициент вариации Сv = 0,4. Дополнительно выполнено уточнение расчетных модулей стока по данным наблюдений на малых водотоках территории. Расчет значений среднегодовых расходов для р. Лев. Ыт-Юрях и руч. Красный выполнен по формуле
Q % = F х М %, (2)
где Q % – средний годовой расход воды заданной обеспеченности, в м3/с;
F – Площадь водосбора до замыкающего створа, км2;
М % – модуль стока расчетной обеспеченности.
Расчетные значения средних годовых расходов воды обеспеченностью от 5 % до 99 % обеспеченности приведены в табл. 1.
Для расчета максимальных расходов воды весеннего половодья (табл. 2) на неизученных реках принята региональная редукционная эмпирическая формула
Q1 % = Kо*h1 %*F/ (F + 1)0.17, (3)
где Q1 % – мгновенный максимальный расход половодья 1 %-ной обеспеченности, в м3/с;
h1 % – слой суммарного стока за половодье 1 % -ной обеспеченности, в мм;
Ко – параметр, характеризующий дружность весеннего половодья. Определяется по региональной карте [3] и данным рек-аналогов;
F – Площадь водосбора до замыкающего створа, км2.
Принятые расчетные параметры:
р. Лев. Ыт-Юрях Kо = 0,0055; h1 % = 150 мм;
руч. Красный Kо = 0,0048; h1 % = 150 мм.
Таблица 1
Расчетные значения средних годовых расходов воды, м3/с
|
пост/обеспеченность, % |
5 |
10 |
25 |
50 |
75 |
95 |
99 |
|
Модуль стока. л/с*км2 |
10,0 |
8,5 |
6,5 |
5,0 |
4,0 |
3,5 |
1,5 |
|
р. Лев. Ыт-Юрях |
0,59 |
0,50 |
0,38 |
0,30 |
0,24 |
0,20 |
0,09 |
|
руч. Красный |
0,061 |
0,052 |
0,040 |
0,031 |
0,024 |
0,021 |
0,009 |
Таблица 2
Расчетные значения максимальных расходов воды весеннего половодья, м3/с
|
пост/обеспеченность, % |
1,0 |
2,0 |
5,0 |
10 |
25 |
|
переходные коэфф-ты |
1,0 |
0,89 |
0,74 |
0,64 |
0,46 |
|
р. Лев. Ыт-Юрях |
24,2 |
21,5 |
17.9 |
15,5 |
11,1 |
|
руч. Красный |
3,16 |
2,91 |
2,34 |
2,02 |
0,15 |
Расчет максимального срочного расхода воды дождевого паводка для рек с площадями водосборов от 200 до 50000 км2 выполнен по редукционной формуле, предлагаемой в [3] (табл. 3).
Q1 % = В1 % *F/ (F+1)0.35, (4)
где Q1 % – мгновенный максимальный расход дождевого паводка 1 %-ной обеспеченности, в м3/с;
В1 % – максимальный модуль притока (сборный параметр), в м3/с*км2 . Определяется по региональной карте с уточнением обратным пересчетом из формулы по данным рек-аналогов.
Принятые расчетные параметры:
р. Лев. Ыт-Юрях В1 % = 4,5 м3/с*км2;
руч. Красный В1 % = 2,5 м3/с*км2.
Так же как и для среднего годового стока, в расчете минимальных расходов воды летне-осенней межени использованы региональные карты-схемы с уточнением расчетных модулей стока по данным наблюдений на малых водотоках территории. Расчет значений минимальных меженных расходов выполнен по формуле (2) (табл. 4).
Определение расчетных отметок высших уровней воды р. Лев. Ыт-Юрях и руч. Красный выполнено по значениям максимальных расходов дождевых паводков 1 %-ной обеспеченности.
Расчет произведен в Программном комплексе «Profiles-2012», обеспечивающем выполнение расчетов в соответствии с требованиями СП 33-101-2003 [4], пособий и руководств, регламентирующих гидрологическое проектирование. Программой рассчитываются отметки водной поверхности по заданному расходу воды. Исходными данными являются: профиль морфоствора (отметки и расстояние), шероховатость участков морфоствора, уклон реки, расходы воды. Расчет гидравлических параметров морфоствора осуществляется на основании уравнения Шези:
(5)
где С – коэффициент, учитывающий потерю энергии на преодоление сил трения, зависящих от степени шероховатости и поперечных размеров русла, определяется по формуле Маннинга:
С = (hср1/6)/n, (6)
где hср – средняя глубина участка, м; i – уклон реки, в долях; n – шероховатость участка, определяемая по таблице М.Ф. Срибного.
Отметка наивысшего расчетного уровня воды, соответствующего заданному максимальному расходу воды 1 %-ной обеспеченности:
р. Лев. Ыт-Юрях = 99,53 м. усл.;
руч. Красный = 99,02 м. усл.
Отбор проб воды на химический анализ производился согласно ГОСТ Р 51592-2000 [5]. Минерализация воды по сухому остатку руч. Красный – 107 мг/дм3 и р. Лев. Ыт-Юрях – 52 мг/дм3 сравнительно небольшая, чем, как отмечается в [3], отличается верхнее течение реки Индигирки. В то же время отмечено повышенное содержание ионов SO42-: 9,28 мг/дм3 в руч. Красном и 7,39 мг/дм3 в р. Лев. Ыт-Юрях.
По классификации А.М. Никанорова [6] вода р. Лев. Ыт-Юрях (рН = 5,9) относится к слабокислым водам, а вода руч. Красный (рН = 6,7) – к нейтральным. Из биогенных соединений отмечается более высокое содержание аммония: руч. Красный – 1,2 ПДК, р. Лев. Ыт-Юрях – 1,5 ПДК и железа: руч. Красный – 6,4 ПДК и р. Лев. Ыт-Юрях – 2,8 ПДК. Содержание в этом районе железа было отмечено и ранее. Железо выпадает в виде бурого рыхлого осадка. Концентрация нефтепродуктов в воде руч. Красный и р. Лев. Ыт-Юрях значительно ниже ПДК – 0,05 мг/дм3 и составляет соответственно 0,0092 мг/дм3 и 0,0091 мг/дм3.
Тяжелые металлы в отличие от органических загрязняющих веществ, подвергающимся процессам разложения, способны лишь к перераспределению между отдельными компонентами водных систем. В природной воде они существуют в форме коллоидных взвесей, растворов, дисперсий, которые могут быть представлены самыми разнообразными веществами и соединениями.
Медь, попадающая в воду в результате химического выветривания горных пород и минералов, превышает ПДК в руч. Красный в 3,1 раза, в р. Лев. Ыт-Юрях – в 1,9 раза.
Марганец часто сопровождает железо и вместе с ним выпадает в осадок, он более ядовит, чем железо. Марганец оказывает влияние на численность водных организмов, особенно на развитие фитопланктона. Содержание марганца в воде руч. Красный превышает ПДК в 6,2 раза, р. Лев. Ыт-Юрях – в 6,7 раза. Основными источниками его поступления в поверхностные воды являются железомарганцевые руды и другие минералы.
В результате натурных измерений гидрологических показателей в полевой сезон 2017 г., отбора проб воды и их анализа, а также гидрологических расчетов установлены следующие сведения о водных объектах (табл. 5). В таблице использованы нормативы предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения [7].
Таблица 3
Расчетные значения максимальных расходов воды дождевых паводков, м3/с
|
пост/обеспеченность, % |
1,0 |
2,0 |
5,0 |
10 |
25 |
|
переходные коэфф-ты |
1,0 |
0,93 |
0,83 |
0,71 |
0,57 |
|
р. Лев. Ыт-Юрях |
70,4 |
65,5 |
58,4 |
50,0 |
40,1 |
|
руч. Красный |
7,66 |
7,12 |
6,36 |
5,44 |
4,37 |
Таблица 4
Расчетные значения минимальных 30-суточных расходов воды, м3/с
|
пост/обеспеченность, % |
50 |
75 |
95 |
97 |
99 |
|
Модуль стока. л/с*км2 |
5,0 |
3,5 |
1,5 |
0,5 |
0,2 |
|
р. Лев. Ыт-Юрях |
0,295 |
0,21 |
0,089 |
0,030 |
0,012 |
|
руч. Красный |
0,031 |
0,021 |
0,009 |
0,003 |
0,001–0,000 |
Таблица 5
Гидрологическая и гидрохимическая характеристика руч. Красный и р. Лев. Ыт-Юрях
|
Гидрологические и гидрохимические показатели |
руч. Красный |
р. Лев. Ыт-Юрях |
||
|
натурные измерения |
Превышение ПДК |
натурные измерения |
Превышение ПДК |
|
|
Среднегодовой расход воды |
0,031 м3/с |
0,3 м3/с |
||
|
Расход воды 95 % обеспеч. |
0,021 м3/с |
0,2 м3/с |
||
|
Уклон реки |
37 ‰ |
15,2 ‰ |
||
|
Средняя скорость |
0,075м/с |
0,36 м/с |
||
|
Средняя глубина |
0,05 м |
0,13 м |
||
|
Фоновое содержание взвешенных веществ |
410 мг/дм3 |
264 мг/дм3 |
||
|
Фоновое содержание нефтепродуктов |
0,0092 мг/дм3 |
0,0091 мг/дм3 |
||
|
Фоновое содержание железа |
0,64 мг/дм3 |
6,4 |
0,282 мг/дм3 |
2,8 |
|
Фоновое содержание меди |
0,00313 мг/дм3 |
3,1 |
0,00194 мг/дм3 |
1,9 |
|
Фоновое содержание цинка |
0,062 мг/дм3 |
6,2 |
0,0058 мг/дм3 |
|
|
Суммарная альфа-бета активность |
соответствует критериям радиационной безопасности НРБ-99/2009 |
|||
Выводы
Ручей Красный – левый приток р. Ыт-Юрях, впадает на 5 км от устья, длина 3,9 км, площадь водосбора в створе гидрометрических работ 6,1 км2. Руч. Красный – рыбохозяйственный водоток. Наблюдения на руч. Красном ранее не проводились.
Река Лев. Ыт-Юрях – составная часть реки Ыт-Юрях, её устье в месте слияния с рекой Правый Ыт-Юрях является началом реки Ыт-Юрях. Длина водотока 14 км, площадь водосбора в гидростворе 39 км2. Река Лев. Ыт-Юрях – рыбохозяйственный водоток. Гидрологические наблюдения на р. Лев. Ыт-Юрях ранее не проводились.