Scientific journal
Advances in current natural sciences
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

LIMNOLOGICAL CHARACTERISTIC OF THE LAKE KILYANKI OF CHURAPCHINSKY SETTLEMENT OF YAKUTIA REGION

Zhirkov I.I. 1 Trofimova T.P. 1 Tastygina S.K. 1 Zhirkov K.I. 1
1 North-Eastern Federal University after M.K. Ammosov
In article the current limnoekologichesky state of the thermokarst failure lake Kilyanki of the village of Kytanakh of the Churapchinsky ulus is considered. Researches were conducted for the purpose of obtaining new limnological parameters for scientifically based assessment of functioning of a lake ecosystem in the modes, optimum for the nature and economy. The used methodical bases of carrying out research works of Laboratory of an ozerovedeniye traditionally are based on the geoecological, geological and geomorphological and limnological methods and approaches to studying of lake ecosystems of Russia and the organization of their monitoring developed and applied at specialized academic institutes, which are carrying out scientific research of big lakes and reservoirs. It is revealed that the water balance of the explored lake is characteristic of thermokarst lakes of Leno-Amginsky Entre Rios when food of lakes occurs at the expense of an atmospheric precipitation and also due to intake of waters of STS. Modern morphometric indicators of the lake are defined. It is established that the area of a mirror of water of the lake in more than 20 years increased almost twice with an insignificant average depth of the lake (to 1 m). Field and stationary chemical water analyses during which quality and quantitative indices of water are defined are carried out. Water of the lake is not saturated with metals, phenol, oil products and APAV, but at the same time is polluted by fulvic acids. On high-quality distribution of ionic structure the lake can be carried to low-soda lakes which are widespread in the territory of Leno-Amginsky Entre Rios. Ground deposits of the lake are presented by low-power sapropel with a hydrogen sulfide smell. It is revealed that on geochemical and agrochemical indicators lake deposits of the lake significantly do not differ from lake deposits of a flat kriolitozona of the Central Yakutia. Very high rates of a humus are established that specifies on accumulation of organic matter in a reservoir.
lake
genesis
water level
area of a mirror of water
volume and depth of water
chemical composition
ground deposits

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.