Реализация проекта NATO SfP 983945 «Оценка трансграничного загрязнения воды в Центральной Азии» началась в июле 2011 г., и окончательный отчет по нему был принят в марте 2016 г. [1]. Наиболее полная и плодотворная фаза проведения полевых и лабораторных исследований, по результатам которых были получены наиболее надежные данные, пришлись на лето и осень 2013 г. и на весну, лето и осень 2014 г., поэтому в статье рассматриваются данные за эти пять периодов. В рамках проекта оценивали содержание в воде девяти тяжелых металлов при помощи атомно-абсорбционного спектрометра, а также проводили замеры физических показателей воды в полевых условиях при помощи прибора «CyberScan Eutech PCD 650» [2, 3]. Были получены такие физические параметры воды, как рН, температура, электропроводность, электросопротивление, солоноватость.
Целью данной статьи является оценка воздействия населенных пунктов г. Нарын и пос. Казарман, золоторудного месторождения Кумтор и Токтогульского водохранилища на физические параметры воды реки Нарын.
Материалы и методы исследования
Измерения физических параметров воды на приборе CyberScan Eutech PCD 650 проводились непосредственно в полевых условиях, на месте отбора проб воды для дальнейшего анализа на тяжелые металлы. В зимние месяцы замеры не производились. Для получения более достоверных данных замер на месте производился не менее двух раз. На рис. 1 приведена карта, где отмечены точки проведения замеров на р. Нарын и ее истоках. Замеры проводились на 11 точках, 7 из них на р. Нарын, а остальные – с ее истоков: р. Кумтор, Тарагай и оз. Петрова. Ниже в табл. 1 приведено краткое описание пунктов отбора проб.
Таблица 1
Данные по точкам отбора проб и полевых исследований
|
№ |
Условное наименование точки отбора проб |
Описание места отбора проб |
Абсолютная высота точки, м н.у.м. |
Координаты точки |
|
1 |
KGZ 1. |
озеро Петрова |
3735 |
41054’03’’N; 78013’23’’E |
|
2 |
KGZ 1,1 |
река Кумтор – до сброса в нее воды с хвостохранилища рудника «Кумтор» |
3675 |
41054’39’’N; 78010’51’’E |
|
3 |
KGZ 2. |
река Кумтор – после сброса в нее воды с хвостохранилища рудника «Кумтор» |
3656 |
41053’28’’N; 78010’12’’E |
|
4 |
KGZ 2.1 |
река Тарагай – после смешения с ней вод реки Кумтор |
3339 |
41044’29’’N; 77054’20’’E |
|
5 |
KGZ 3 |
река Нарын – перед городом Нарын |
2077 |
41025’45’’N; 76004’14’’E |
|
6 |
KGZ 4 |
река Нарын – после города Нарын |
1970 |
41026’23’’N; 75051’56’’E |
|
7 |
KGZ 5 |
река Нарын – перед поселком Казарман |
1321 |
41022’45’’N; 74012’41’’E |
|
8 |
KGZ 6 |
река Нарын – после поселка Казарман |
1261 |
41027’16’’N; 73058’42’’E |
|
9 |
KGZ 7 |
река Нарын – перед Токтогульским водохранилищем |
897 |
41046’05’’N; 73017’26’’E |
|
10 |
KGZ 8 |
река Нарын – после Токтогульского водохранилища |
743 |
41037’05’’N; 72037’26’’E |
|
11 |
KGZ 9 |
река Нарын на границе с Узбекистаном |
513 |
41010’03’’N; 72010’03’’E |
Река Нарын – самая крупная река Кыргызской Республики (среднемноголетний расход в устье – 480 м3/с), после слияния с рекой Кара-Дарья образует реку Сыр-Дарья – одну из двух основных рек Центральной Азии.
Город Нарын, с населением около 40 000 жителей, является центром одноименной области КР и расположен на высоте (центр) 2020 м н.у.м. в основном на левом берегу р. Нарын, небольшая часть города расположена на правом берегу. Не все население города охвачено централизованным водоснабжением и водоотводом, поэтому в реку Нарын нередко попадают сильно загрязненные бытовые и иногда мелкопромышленные сточные воды.
Поселок Казарман является центром Тогуз-Тороузского района Нарынской области КР и территориально находится в бассейне реки Нарын. Рядом с поселком с 1986 г. разрабатывается золоторудное месторождение «Макмал», на котором уже добыто порядка 35 т золота.
Золоторудное месторождение «Кумтор» одно из крупных высокогорных (4000 м.н.у.м.) месторождений золота в мире, которое активно разрабатывается открытым способом с 1997 г., каждый год в среднем добывается 17 т золота и к 31.12.2019 г. там уже выработано примерно 392 т золота.
Токтогульское водохранилище на реке Нарын, с общим объемом 19,5 млрд м3, является самым крупным и глубоководным (толщина воды при полном заполнении у плотины равна 180 м) водохранилищем в КР.
Как видно на рис. 1 и в табл. 1, замеры проводились до и после населённых пунктов или производственных объектов – для оценки возможного антропогенного воздействия на воды рек. Разница высот от первой до последней точки составила 3222 м.
Рис. 1. Карта пунктов замеров воды по реке Нарын
Величина рН характеризует кислотно-основное равновесие воды и является одним из важнейших показателей. От рН сильно зависят развитие жизнедеятельности водных организмов, формы миграции элементов и многое другое. На величину pH поверхностных вод влияет состояние карбонатного равновесия, интенсивность процессов фотосинтеза и распада органических веществ, содержание гумусовых веществ. В поверхностных водах величина рН наиболее часто колеблется от 6,3 до 8,5 [4].
Удельная электрическая проводимость – количественная характеристика способности воды проводить электрический ток. В большинстве случаев удельная электропроводность поверхностных вод суши является приблизительной характеристикой концентрации в воде неорганических электролитов – катионов и анионов. Удельная электрическая проводимость поверхностных вод суши зависит в основном от их минерализации и обычно колеблется в пределах от 50 до 10000 мкСм/см [5, 6].
Обратная величина электропроводимости – это электрическое сопротивление. И эта величина находится в зависимости от суммарного солесодержания и температуры. Электропроводность любого водного источника в основном формируют концентрации катионов магния, кальция, натрия, калия и сульфат, хлорид, карбонат-анионов чем больше их концентрация – тем выше электропроводность воды. А такие ионы, как марганец, железо, алюминий, фосфат и нитрат-анионы, не оказывают заметного влияния на удельное электрическое сопротивление воды [4]. Так, согласно ГОСТ 6709-72 удельная электропроводность дистиллированной воды составляет всего 5 мкСм/см [5]. В то же время по величине удельной электропроводности (или по электросопротивлению) невозможно судить о присутствующих в растворе неионогенных органических соединениях, нейтральных взвешенных частицах и о газах.
Безусловно, температура воды и растворенный кислород имеют огромное значение для гидробионтов. Температура воды указана в градусах Цельсия. При измерениях растворенного кислород в воде, видимо, были допущены какие-то грубые и систематические ошибки, потому что их значения оказались очень маленькими (как правило, менее 1–2 мг/л, поэтому они были исключены из рассмотрения и анализа.
Все данные получены при помощи прибора CyberScan Eutech PCD 650. Портативный многопараметровый киберсканер CyberScan Eutech PCD 650 (рис. 2) обеспечивает исключительную гибкость для полевых измерений в различных комбинациях содержания растворенного кислорода, удельной электропроводимости, удельного сопротивления, общего солесодержания (TDS), рН, окислительно-восстановительного потенциала, концентрации ионов и температуры. Также это очень мощный лабораторный инструмент для измерения вышеперечисленых показателей [2].
Рис. 2. Портативный киберсканер PCD 650
Результаты исследования и их обсуждение
Для наглядности и упрощения анализа все полученные в полевых условиях данные усреднены и показаны в табл. 2.
Таблица 2
Средние значения по пунктам проведения замеров прибором «CyberScan Eutech PCD 650»
|
KGZ-1 |
KGZ-1,2 |
KGZ-2 |
KGZ-2,1 |
KGZ-3 |
KGZ-4 |
KGZ-5 |
KGZ-6 |
KGZ-7 |
KGZ-8 |
KGZ-9 |
||
|
1 |
Температура, °С |
6,15 |
5,22 |
4,31 |
4,91 |
8,4 |
9,47 |
10,73 |
9,93 |
11,45 |
7,53 |
8,85 |
|
2 |
рН |
7,03 |
7,208 |
7,639 |
7,643 |
7,836 |
8,042 |
7,973 |
8,036 |
6,91 |
6,969 |
7,007 |
|
3 |
Электропроводность, µS |
114,1 |
229 |
452,5 |
383,7 |
320,2 |
332,3 |
456,9 |
446,2 |
387,3 |
375,9 |
357,1 |
|
4 |
Общие растворенные соли (TDS) ppm |
116,6 |
219,5 |
425,4 |
350,3 |
346,7 |
360,4 |
445,5 |
461,7 |
378,6 |
360,1 |
335,7 |
|
5 |
Солоноватость (NaCl) ppm |
98,46 |
202,9 |
401,9 |
301,4 |
335,3 |
334,3 |
436,7 |
439,5 |
361,1 |
346,1 |
329,8 |
|
6 |
Удельное сопротивление, kΩ |
4,599 |
3,172 |
1,124 |
1,878 |
1,573 |
1,635 |
1,288 |
1,284 |
1,164 |
1,12 |
1,194 |
|
7 |
Растворенный кислород ( %) |
0,32 |
0,4 |
0,42 |
0,36 |
6,555 |
,21 |
6,6 |
6,92 |
15,8 |
8,29 |
8,26 |
Как показывают результаты замеров, средняя температура воды в целом возрастает вниз по течению, что можно видеть на рис. 3 и объяснить снижением высоты (в целом на 3222 м) и, следовательно, повышением температуры воздуха. Небольшое снижение температуры (почти на 2 °С) воды после вытекания из озера Петрова можно объяснить ее охлаждением за счет окружающего воздуха – при интенсивном ее смешивании с бурно текущей водой. Резкое, в среднем почти на 4 градуса, снижение температуры наблюдается только после Токтогульского водохранилища, что можно объяснить температурной стратификацией воды в глубоководном водохранилище (до 180 м) и попаданием (вытеканием) воды на гидротурбины из нижних частей. Таким образом, кроме Токтогульского водохранилища по данным многократных измерений температуры в реках нет оснований говорить о каких-либо значимых «тепловых» загрязнениях воды р. Нарын от населенных пунктов и исследованных объектов.
Рис. 3. Данные температуры по пунктам замеров данных
Рис. 4. Данные рН по пунктам замеров данных
Рис. 5. Данные электропроводности
Рис. 6. Данные удельного сопротивления
В соответствии с требованиями к составу и свойствам воды водоемов у пунктов питьевого водопользования, воды водных объектов в зонах рекреации, а также воды водоемов рыбохозяйственного назначения величина pH не должна выходить за пределы интервала значений 6,5–8,5 [6]. Как можно видеть из рис. 4, значение рН ни в одной точке не превышает норму, но монотонно возрастает от озера Петрова до точки, расположенной после населенного пункта Казарман. Явная причина резкого снижения рН на отрезке после села Казарман и до Токтогульского водохранилища не выявлена. После этого отрезка рН начинает снова постепенно и ненамного возрастать на следующих точках вниз по течению.
На рис. 5 и 6 изображены графики электропроводности и удельного сопротивления соответственно. На них можно увидеть, как после сброса воды с хвостохранилища золотодобывающего рудника резко возрастает электропроводность и снижается сопротивление.
Из этих данных можно сделать вывод, что после сбросов сточных вод возрастает минерализация воды. Известно, что эксплуатация рудника «Кумтор» сказывается и на многих других показателях вод [7]. Но с постепенным увеличением расхода воды р. Нарын до города Нарын электропроводность снижается. На отрезке после города Нарын и перед пос. Казарман электропроводность снова заметно повышается, что, видимо, можно объяснить впадением в реку Нарын на этом промежутке более минерализованного правого притока, как река Кажырты [8]. Населенные пункты г. Нарын и пос. Казарман не оказывают существенного влияния на электропроводности вод реки Нарын, видимо из-за большого объема (расхода) воды (как правило, более 90–100 м3/с) мелкие выбросы сточных вод с этих населенных пунктов на физических показателях воды отражаются слабо.
Заключение
На 11 точках реки Нарын и ее истоков 5 раз с двухкратной повторностью в теплое время 2013 и 2014 гг. были определены 6 показателей физических параметров воды. На основе усредненных данных можно сделать следующие основные выводы.
На изменение температуры воды р. Нарын, кроме Токтогульского водохранилища, населенные пункты и другие объекты не оказывают существенного влияния. В Токтогульском глубоководном водохранилище, из-за глубинной стратификации и вытекании воды из нижних горизонтов, она заметно охлаждается.
Значения рН вниз по течению реки медленно и постепенно возрастают, за исключением отрезка между точками ниже села Казарман и перед Токтогульским водохранилищем, что, ввиду неясности причин, требует дополнительных исследований.
На электропроводность вод истока реки Нарын – реки Кумтор, а следовательно, на общую минерализацию этой реки, значительное повышающее влияние оказывают воды с рудника Кумтор. На электропроводность вод реки Нарын, видимо, заметное влияние оказывает впадение в реку Нарын ее более минерализованного правого притока – р. Кажырты. Населенные пункты не оказывают существенного влияния на минерализацию воды – ввиду больших расходов реки Нарын.