В бурно развивающейся туристско-рекреационной деятельности на территории Карачаево-Черкесской Республики (КЧР) горные озера становятся более популярными и востребованными. Озерные ландшафты подвергаются существенным антропогенным, хозяйственным и рекреационным нагрузкам и требуют организации комплексного мониторинга, направленного на сохранение уникальности и востребованности этих объектов [1, 2, 3].
В центре города Теберды, среди хвойно-лиственного парка на высоте 1300 м над уровнем моря расположено моренное озеро Кара-Кель. Небольшое живописное озеро лежит в пределах охранной зоны Тебердинского национального парка и является легкодоступным и массово посещаемым рекреационным объектом.
Научно-исследовательская лаборатория геоэкологического мониторинга Карачаево-Черкесского государственного университета имени У.Д. Алиева с 2012 г. проводит исследования эколого-географического состояния озерного ландшафта.
Цель исследования – дать комплексную эколого-географическую оценку озера Кара-Кель, расположенного в охранной зоне Тебердинского национального парка.
Материалы и методы исследования
В рамках экспедиционных исследований на озере Кара-Кель были проведены следующие работы: тахеометрическая и навигационная съемка береговой линии; глубинная съемка (4 профиля); химический анализ средней пробы поверхностной воды по 23 показателям.
Гидрохимический мониторинг поверхностных вод озера в 2021 г. осуществлялся на базе НИЛ геоэкологического мониторинга. Гидрохимическая оценка качества озерной воды включала расчет индекс загрязнения воды и удельного комбинаторного индекса загрязненности воды.
С 1986 г. Госкомгидрометом установлен индекс загрязнения воды (ИЗВ), расчет этого коэффициента дает комплексную оценку качества воды и является одним из наиболее распространенных комплексных показателей качества воды поверхностных вод. Для расчета ИЗВ мы использовали два обязательных компонента: биологическое потребление кислорода БПК5, содержание растворенного кислорода – и четыре компонента, имеющих наибольшие значения превышения ПДК: общее железо, общие фенолы, аммонийный азот, соединения марганца. В зависимости от величины ИЗВ водные объекты подразделяют на семь классов качества воды [4].
В рамках метода комплексной оценки степени загрязненности поверхностных вод по гидрохимическим показателям в пробе определялось 16 загрязняющих веществ (табл. 2). Наиболее информативными комплексными оценками, получаемыми по данному методу, являются удельный комбинаторный индекс загрязненности воды (УКИЗВ) и класс качества воды [5]. Расчет комбинаторного индекса загрязненности воды проводят в 2 этапа: сначала по каждому изучаемому ингредиенту и показателю загрязненности воды, затем рассматривается одновременно весь комплекс загрязняющих веществ и выводится результирующая оценка. Значение УКИЗВ может варьировать от 1 до 16. Большему значению индекса соответствует худшее качество воды. Классификация воды позволяет разделять поверхностные воды на 5 классов в зависимости от степени их загрязненности [6].
Индекс трофического состояния ITS является наиболее информативным показателем трофической оценки водных экосистем, позволяет анализировать зависимость процессов эвтрофирования не только от нагрузок биогенами, поступающими от сточных вод и других антропогенных источников, но и от естественных природных факторов. ITS принимает следующие значения: в дистрофных экосистемах < 5,35–6,01; в ультра-олиготрофных 6,02–6,67; в олиготрофных 6,68–7,34; в мезотрофных 7,35–8,00; в эвтрофных >8,01 [7, 8, 9].
Результаты исследования и их обсуждение
Более 10 000 лет назад в результате деятельности ледника, моренных отложений, интенсивной лавинной деятельности образовалось моренное запрудное озеро Кара-Кель. Природные условия среднегорной зоны, в которой расположено озеро, менее благоприятны для существования озерных водоемов. Природные условия способствуют интенсивному зарастанию озера водной растительностью, повышению общей минерализации и ухудшению качества воды. Реликтовое озеро относится к латеральным морено-запрудным водоемам, к подтипу аккумулятивных горных озер [10]. Форма озера – неправильный овал, площадь водоема более 0,02 км2, размеры меняются в зависимости от водного уровня. В июле 2021 г. его длина составила 295 м, ширина – 145 м (рисунок). Оно бессточное, питание осуществляется за счет небольшого ручья, стекающего с хребта Кель-Баши, атмосферных осадков и ключей, бьющих со дна. Берега у озера не крутые.
Дно озера ровное, к северу отмечается сближение изобат. Увеличение глубины довольно равномерно идет к середине озера, и максимальные глубины достигают 9,0–10,0 м в зависимости от уровня воды.
Органолептические свойства поверхностной воды озера находились в пределах нормы. Сумма главных анионов составила 121,9 мг/л. Поверхностная вода озера пресная, суммарное содержание минеральных веществ составило 0,2 г/дм3. Вода в озере относится к классу мягкой воды, так как общая жесткость составила 2,25 ммоль/л эквивалента. Водородный показатель (рН) озерной воды составил 7,5 и характеризует природную воду как нейтральная (нормальная).
Схема озера Кара-Кель
Таблица 1
Расчет индексов загрязнения воды озера Кара-Кель в 2021 г.
|
Дата отбора пробы |
Концентрации, мг/дм3 |
ИЗВ |
|||||
|
Растворенный кислород |
БПК5 |
Общее железо |
Общие фенолы |
Аммонийный азот |
Марганец |
||
|
06.05.2021 |
10,2 |
1,4 |
0,03 |
0,0018 |
0,10 |
0,005 |
0,64 |
|
14.07.2021 |
9,1 |
2,4 |
0,30 |
0,0012 |
0,11 |
0,008 |
1,11 |
|
07.10.2021 |
6,0 |
0,7 |
0,20 |
0,0009 |
0,70 |
0,014 |
1,15 |
|
16.12.2021 |
12,0 |
1,8 |
0 |
0,0015 |
0,11 |
0,016 |
0,74 |
|
Ср. значения |
9,3 |
1,6 |
0,13 |
0,0014 |
0,26 |
0,011 |
0,91 |
В 2021 г. на озере Кара-Кель отбирались средние пробы воды ежеквартально в основные гидрологические фазы. Наблюдения за химическим составом природной воды проводили по 16 ингредиентам.
Для всех сезонов года мы рассчитали индекс загрязнения воды [4] (табл. 1).
В течение года качество поверхностной воды 3 класса «умеренно загрязненная» зарегистрировано в летний и осенний периоды. Зимой и весной озерная вода характеризовалась 2-м классом «чистая». Среднегодовое значение ИЗВ составило 0,91 и попадает в градацию «от 0,2 до 1,0». В соответствии с этим поверхностная вода озера Кара-Кель по ИЗВ относится ко 2-му классу качества воды и характеризуется как «чистая».
Используя методику комплексной оценки степени загрязненности поверхностных вод по гидрохимическим показателям [6], на первом этапе мы провели детальный покомпонентный анализ химического состава воды и его режима – оценочных составляющих. На втором этапе, используя полученные оценочные составляющие, дали оценку качеству воды.
Среднегодовой коэффициент комплексности загрязненности (К) составил 14,06%. В течение года он изменялся от 6,25 до 18,75. В соответствии с методическими указаниями [6] при комплексности К≥10% целесообразно применять метод комплексной оценки качества воды и рассчитывать удельный комбинаторный индекс загрязненности (табл. 2).
Из 16 химических ингредиентов отобранной пробы у 5 концентрации превышали нормы. Концентрации общих фенолов в течение 2021 г. изменялись от 0,0009 до 0,0018 мг/дм3, превышения ПДК отмечены в весенний, летний и зимний периоды, у соединений марганца превышения наблюдались осенью и зимой. Индекс частных оценочных баллов по повторяемости загрязнения у этих двух элементов был равен 4 и характеризовал загрязненность воды этими ингредиентами как «характерная». Превышение ПДК аммонийного азота наблюдалась в осенний период биологического потребления кислорода летом. Частный оценочный балл по повторяемости в течение года составил 2,75 и носил «неустойчивый» характер. По остальным химическим элементам частный оценочный балл был равен 0.
В 2021 г. по каждому химическому ингредиенту определялся индекс уровня загрязненности воды. Значения частных оценочных баллов биохимического потребления кислорода, общих фенолов, аммонийного азота, соединений марганца носили низкий уровень загрязненности и изменялись от 1,2 до 1,5 (табл. 2). В поверхностной воде озера наблюдался средний уровень загрязнения общим железом. Частный оценочный балл составил 2,1, а превышения ПДК отмечены в летний и осенний периоды. Максимальные значения обобщенного оценочного балла зафиксированы для общего железа (8,24), минимальные – для биологического потребления кислорода (3,30). Критические показатели загрязненности этого водного объекта в 2021 г. не выявлены.
В результате комплексной оценки загрязненности комбинаторный индекс загрязнения воды составил 27,4, удельный комбинаторный индекс загрязненности –1,7. Качество поверхностной воды можно охарактеризовать как «слабо загрязненная» 2-го класса.
В июле 2012 г. в рамках экспедиционных исследований была отобрана средняя проба воды в озере и выполнен ее химический анализ. Концентрации алюминия, марганца и меди в озерной воде превышали ПДК и соответственно составили 0,06 мг/л, 0,02 мг/л и 0,002 мг/л [11]. В июле 2021 г. превышения по этим элементам не обнаружены, наблюдалось увеличение общего железа в 3 раза, среднегодовое превышение составило 1,3 ПДК.
Таблица 2
Комплексная оценка степени загрязненности поверхностной воды озера Кара-Кель в 2021 г.
|
Ингредиенты |
Частный оценочный балл по повторяемости случаев загрязненности |
Частный оценочный балл по кратности превышения ПДК |
Обобщенный оценочный балл |
|
Нефтепродукты |
0 |
0 |
0 |
|
Общее железо |
4 |
2,06 |
8,24 |
|
Общие фенолы |
4 |
1,50 |
6,00 |
|
Химическое потребление кислорода |
0 |
0 |
0 |
|
Растворенный кислород |
0 |
0 |
0 |
|
Анионные поверхностно-активные вещества |
0 |
0 |
0 |
|
Азот нитритный |
0 |
0 |
0 |
|
Аммонийный азот |
2,75 |
1,40 |
3,85 |
|
Нитратный азот |
0 |
0 |
0 |
|
Сульфат-ион |
0 |
0 |
0 |
|
Хлорид-ион |
0 |
0 |
0 |
|
Биологическое потребление кислорода (5) |
2,75 |
1,20 |
3,30 |
|
Соединения никеля |
0 |
0 |
0 |
|
Соединения цинка |
0 |
0 |
0 |
|
Соединения марганца |
4 |
1,51 |
6,04 |
|
Соединения меди |
0 |
0 |
0 |
|
Комбинаторный индекс загрязнения воды |
27,43 |
||
|
Удельный комбинаторный индекс загрязнения воды |
1,7 |
||
В 2012 г. наблюдалось превышение в озерной воде нефтепродуктов в 1,5 раза и общих фенолов в 5,7 раза. В июле 2021 г. в отобранной пробе воды нефтепродукты были в норме, концентрация общих фенолов превышала ПДК в 1,2 раза, это в 4,7 раза меньше, чем в 2012 г.
Ухудшение экологического состояния поверхностных вод водоема в 2012 г. нефтепродуктами, фенолами и тяжелыми металлами, по нашему мнению, связано с реконструкцией федеральной автодороги Черкесск – Домбай, непосредственно проходящей по береговой линии озера. Была уничтожена сформировавшаяся растительность в виде естественно отграничивающей дорогу от озера полосы (7–10 м), и появился уклон вновь выложенного асфальтового покрытия дороги в сторону озера, без водоотводного желоба, вдоль оградительных конструкций автодороги [11]. В районе озера не было оборудованной автостоянки, машины оставляли на песчаном пляже непосредственно у воды, что привело к дополнительному попаданию нефтепродуктов в озеро.
Через 9 лет растительный покров в районе автодороги восстановился, а почвенный покров и растительные сообщества обладают эффектами усвоения, задержания и разложения многих загрязняющих веществ. В районе водоема рекультивированы все отвалы, оборудована автостоянка, установлен шлагбаум, арендаторы регулярно в прибрежной зоне озера собирают и вывозят твердые коммунальные отходы (ТКО).
Для оценки эвтрофирования поверхностных вод озера мы рассчитали индекс трофического состояния ITS [7]. В качестве критерия трофического состояния водных экосистем мы использовали величину рН и насыщение воды кислородом. ITS озера Кара-Кель в 2021 г. составил 7,89 и характеризовал водоем как мезотрофный. Мезотрофные озера занимают промежуточное положение между эвтрофными и олиготрофными водоемами. Озеро Кара-Кель характеризуется умеренным количеством растворенных в воде питательных веществ, слабой температурной стратификацией. Содержание растворенного кислорода в течение года довольно высокое. Вода озера отличается слабой минерализацией, достаточно высокой прозрачностью. Цвет озерной воды зеленоватый. Озеро Кара-Кель отличается значительным развитием водной растительности. До 20% его прибрежной зоны покрыто зарослями урути (Myriophyllum) и плавающего рдеста (Potamogetonlucens). В озере можно встретить диатомовые, перидиниевые, нитчатые водоросли и вольвоксы [12].
Заключение
В 2021 г. гидрохимическая структура поверхностной воды озера Кара-Кель характеризовалась 2-м классом – «слабо загрязненная». К основным загрязнителям воды в этот период можно отнести: общее железо, общие фенолы, аммонийный азот, соединения марганца.
За девятилетний период наблюдалось сокращение влияния антропогенного фактора на озерный ландшафт, что нашло отражение в повышении качества поверхностных вод и нормализации естественного природного режима функционирования водной экосистемы.
Индекс трофического состояния озера в 2021 г. составил 7,89, наличие органических вкраплений и водорослей характеризует водоем как мезотрофный.
Геоэкологический мониторинг озера Кара-Кель позволяет контролировать экологическое состояние водоема, управлять природно-антропогенными процессами и сохранять уникальный водный объект региона.
Библиографическая ссылка
Дега Н.С., Онищенко В.В., Узденов У.Б. ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ОЗЕРА КАРА-КЕЛЬ КАРАЧАЕВО-ЧЕРКЕССКОЙ РЕСПУБЛИКИ // Успехи современного естествознания. – 2022. – № 9. – С. 33-38;URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=37889 (дата обращения: 03.12.2024).