София Романова.

Бессточные водоемы Казахстана. Том 1. Гидрохимический режим



скачать книгу бесплатно

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

ПТК – природно-технический комплекс;

ЕЭС – Европейское экономическое сообщество;

КазНУ – Казахский Национальный Университет им.аль-Фараби;

НАН РК – Национальная Академия Наук Республики Казахстан;

МОН РК – Министерство Образования и Науки Республики Казахстан;

КазНИИРХ– Казахский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства;

КазУГКС – Казахское управление по гидрометеорологии и контролю природной среды;

ЕДК – ежегодные данные о качестве поверхностных вод суши;

СУАР КНР – Синьцзян-Уйгурский Автономный район Китайской Народной Республики;

НОТЭП– Новосибирское отделение «Теплоэлектропроекта»;

КазНИИМОСК – Казахский научно-исследовательский институт мониторинга окружающей среды и климата;

КазНИИЭ – Казахский научно – исследовательский институт энергетики;

ВНИИГ – Всесоюзный научно – исследовательский институт галургии;

ГГИ – Государственный гидрологический институт;

ГХИ – Гидрохимический институт (г. Ростов – на – Дону);

ОГСНК – Общегосударственная служба наблюдений и контроля за загрязненностью объектов природной среды;

ВОТЭС – водохранилище-охладитель тепло – электростанций;

ЭТЭК – Экибастузский топливно-энергетический комплекс;

ЭГРЭС-1, 2, 3 – Экибастузские ГРЭС-1, 2, 3;

ЮК ГРЭС – Южно – Казахстанская ГРЭС;

ВО – водохранилище – охладитель;

КЕК – Канал Ертис – Караганда им. К. Сатпаева;

ЭРВ – Экибастузское резервное водохранилище;

ГЗУ – гидрозолоудаление;

ПОК – пуско – отопительный комплекс;

НС – насосная станция;

мБС– единица измерения уровня поверхности вод по Балтийской системе;

НПУ – нормальный подпорный уровень;

ОТШ – отшнурованное озеро от оз. Балкаш;

ПОТШ – полуотшнурованное озеро от оз. Балкаш;

СС – самоочищающая способность;

ПС– перерабатывающая способность;

ИЗВ – индекс загрязненности вод;

КЗ – коэффициент загрязненности;

КИЗВ– комплексный индекс загрязнения воды;

ЛПВ– лимитирующий признак вредности;

ОПК– обобщенный показатель качества;

ПКВ– показатель качества воды;

ПДК – предельно-допустимая концентрация;

ПДС– предельно-допустимый сброс;

ГИ – главные ионы;

ОВ – органическое вещество;

ЗВ– загрязняющие вещества;

ПО – перманганатная окисляемость;

БО – бихроматная окисляемость;

ТМ – тяжелые металлы;

Сорг. – органический углерод;

НП– нефтепродукты;

ЯВ – ядовитые вещества;

СПАВ – синтетические поверхностно-активные вещества;

ХПК – химическое потребление кислорода;

БЭ– биогенные элементы;

ХОП– хлорорганические пестициды;

ЛОВ– летучие органические вещества;

РОВ– растворимые органические вещества;

БПК5 – биохимическое потребление кислорода в течение 5 суток;

ПК– поглощающий комплекс;

СОЕ – сорбционная обменная емкость, ммоль-экв./г;

ПР(MgCO3) – произведение растворимости карбоната магния;

ммоль/л – содержание компонентов химического состава в ммоль Z эквивалентов на 1 л воды;

– фактор эквивалентности;

х. ч. – вещество марки «химически чистый»;

ГН – государственный норматив;

– индекс воды по О.А.

Алекину (сульфатный класс, группа натрия, второй тип);

ЗБ – Западный Балкаш;

ВБ – Восточный Балкаш;

Главные ионы – количественно преобладающие в природных водах ионы. К главным ионам обычно относят: ионы хлоридные, сульфатные, гидрокарбонатные, карбонатные, кальция, магния, натрия и калия;

Биогенные вещества – вещества, наиболее активно участвующие в жизнедеятельности водных организмов. К биогенным веществам относят: соединения азота, фосфора, кремния, железа и соединения некоторых микроэлементов;

Биогенные элементы – химические элементы, входящие в состав биогенных веществ;

Водородный показатель (рН) – величина, характеризующая активность или концентрацию ионов водорода в растворах, численно равная отрицательному десятичному логарифму активности или концентрации ионов водорода;

Эмерджент ность – свойство системы, только ей присущее, которым не может обладать ни один компонент, ни одна часть этой системы;

Самоочищающая способность природных вод – способность загрязненных природных вод восстанавливать первоначальные свойства и состав при протекании совокупности гидрологических, химических и биологических процессов;

Перерабатываю щая способность водных объектов – способность водного объекта принимать и перерабатывать за счет процессов самоочищения определенную массу загрязняющих веществ в единицу времени без нарушения норм качества воды в контролируемом створе или пункте водопользования;

Фигуративная точка– Точка, отвечающая составу чистой соли (в %) на химической диаграмме академика Н.С. Курнакова «состав-свойство».

ВВЕДЕНИЕ

Многолетний опыт выполнения комплексных гидрохимических и гидроэкологических исследований бессточных водоемов Казахстана позволил сформулировать основные принципиальные положения и предложить конкретные рекомендации по изучению их гидрохимического режима.

Казахстан является самым малообеспеченным водными ресурсами государством среди стран СНГ. Более 60% территории РК расположено в аридной зоне, имеющей низкое увлажнение и крайне неравномерное распределение водных ресурсов. Аридность климата, бессточность значительной части территории, недостаток водных ресурсов, дисбаланс между потребностями и наличием определяют значение воды, как главного фактора в обеспечении стабильности природно-хозяйственных систем, ограничивают решение ряда социально-экономических задач и нормализацию экологической ситуации в кризисных бассейнах (Арал, Балкаш). Все речные бассейны практически полностью используют водные ресурсы на нужды народного хозяйства. Так, за счет возросшего потребления поверхностных вод ИлеБалкашского региона на ирригацию, заполнение Капшагайского водохранилища и другие мероприятия в значительной мере сократился приток вод в оз. Балкаш. Возрастает забор воды из р. Иле на развитие экономики на территории соседнего СУАР КНР. В настоящее время он составляет 5 км3/год, а в перспективе дойдет до 8 км3/год и составит 50% среднемноголетнего стока р. Иле в зоне формирования стока на территории КНР. В самом озере и в Прибалкашье продолжают происходить серьезные изменения гидроэкологического состояния, связанные главным образом с влиянием антропогенного фактора. Следствием этого являются процессы опустынивания значительных территорий и ухудшение состояний экосистем. В перспективе ситуация может обостриться, так как по мере развития водоемких отраслей народного хозяйства, естественно, будет увеличиваться и водопотребление. Поэтому опасение за гидроэкологическую безопасность Казахстана вполне обоснованно. По этим причинам по предложению ЮНЕСКО оз. Балкаш и другие объекты включены в международный перечень систем, подлежащих первоочередному исследованию и охране.

В настоящее время негативные экологические явления имеют макрорегиональное или зонально-региональное значение и всестороннее их изучение является актуальным.

Растущие потребности общества в водных и энергетических ресурсах обусловливают необходимость сооружения крупных гидротехнических объектов, которые сопряжены с реконструкцией существующих и созданием новых водоемов и водотоков. Так, в 1977 г. были приняты постановления: «О создании Экибастузского топливно-энергетического комплекса и строительстве линии передачи постоянного тока напряжением 1500 кВт. Экибастуз-Центр», «Об ускоренном развитии Экибастузского топливно-энергетического комплекса» и др. В связи с этим предусмотрено построить 5 тепловых электростанций общей мощностью 20 млн. кВт. В настоящее время уже две электростанции Экибастузская ГРЭС-1 и ГРЭС-2 работают на полную мощность, планируется строительство Южно-Казахстанской ГРЭС на оз. Балкаш.

Вода водохранилищ-охладителей (ВО) ЭГРЭС-1,2 используется для уменьшения температуры и давления пара на выходе из турбин с целью увеличения КПД последних. Данные ВО созданы на основе промытого ложа соляных озер, соответственно, Жанкельды и Шандаксор. Поэтому отличительной чертой ВО является необычный термический режим, который накладывает отпечаток на гидрохимию, гидробиологию, гидрологию, морфометрию водоемов, вызывая нежелательные процессы (накипеобразование, биологическое обрастание агрегатов, евтрофирование и пр.). Все это диктует настоятельную необходимость оценки влияния гидротехнического и энергетического строительства на водные объекты и разработки мероприятий по оптимизации использования и обеспечения благоприятных условий функционирования их экосистем.

Вместе с тем, водоемы-охладители тоже являются бессточными озерами аридной зоны; они расположены в таких же физико-географических и климатических условиях. Поэтому логично было предположить, что закономерности, найденные ранее для оз. Балкаш и других природных объектов, можно будет использовать для ВО, достаточно крупных искусственных озер.

Исследования гидрохимических и гидроэкологических процессов, происходящих в действующих ВО ЭГРЭС-1, 2 и ВО строящейся ЮК ГРЭС проведены автором впервые и они в целом подтвердили сделанное предположение.

Целью исследований является выявить закономерности антропогенной трансформации гидрохимического режима естественных и искусственных бессточных водоемов Казахстана. В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

– установить основные процессы, определяющие уникальность гидрохимической системы континентальных озер аридной зоны в природных условиях (на примере оз. Балкаш);

– изучить процессы, поставляющие некоторые элементы (Cu, Zn, Mn, Cd, P) в воду и выводящие вещества из воды;

–оценить влияние изотермического испарения и политермического охлаждения воды оз. Балкаш на протекание процессов карбонатообразования и карбонатонакопления в природных и искусственных условиях;

– выяснить особенности формирования химического состава воды водохранилищ-охладителей действующих Экибастузских ГРЭС-1, 2 и подготовленного водоема для строящейся Южно-Казахстанской ГРЭС и каналов их подпитки в антропогенно – измененных условиях;

– установить закономерности формирования минерализации, ионного состава, газов, биогенных элементов, органических веществ, микроэлементов, нефтепродуктов в воде природных и искусственных водоемов;

– произвести оценку характеристики засоленности и загрязнения донных отложений, воды водоемов, почв, атмосферных осадков и грунтовых вод в изучаемых водных бассейнах;

В ходе исследований были использованы: опубликованные материалы по рекам и озерам Прибалкашья и Приертисья в «Ресурсах поверхностных вод СССР» (Центральный и Южный Казахстан), «Ежегодниках качества поверхностных вод и эффективности проведенных мероприятий по территории КазССР», «Государственном водном кадастре ЕДК поверхностных вод суши»; проектно-изыскательские материалы отдела изысканий Новосибирского отделения «Теплоэлектропроекта» и ПО «Южтехэнерго»; материалы полевых исследований (1985-1988 гг.) Института географии АН РК по Иле-Балкашскому бассейну; отчеты о НИР Института энергетики и Института зоологии АН РК по водохранилищам-охладителям ЭГРЭС-1, 2 (1980-1985 гг.).

В основу учебного пособия положены также многолетние систематические, комплексные, экспериментальные (в полевых и стационарных условиях) исследования автора на водоемах и водотоках Прибалкашья и Приертисья, которые проведены в соответствии с утвержденными и действующими наставлениями и инструкциями.

Применены следующие методики: экспедиционная и лабораторная (экспериментальная) – определение гидрохимических параметров в объектах; расчетно-аналитическая – статистическая обработка обширного материала по гидрохимии водоемов и водотоков (1941-2004 гг.). Комплексность проведенных исследований предусматривает использование специфических материалов по гидрохимии, гидробиологии, почвоведению, метеорологии, гидроэкологии водных объектов.

Научная новизна выполненных исследований состоит в развитии нового перспективного направления в гидрохимии и гидроэкологии, связанного с теорией и практикой оценки последствий антропогенного влияния на природные и вновь созданные водоемы аридных зон Казахстана, что важно учитывать при разработке мероприятий по охране и рациональному использованию водных ресурсов.

Практическая значимость работы заключается в том, что полученная информация по комплексным исследованиям является фундаментальной основой для понимания процессов формирования гидрохимического режима бессточных естественных и искусственных водоемов аридных зон. Эти материалы необходимы и полезны для составления и уточнения солевого баланса, прогноза химического состава, качества воды действующих и проектируемых аридных водоемов, разработки современной концепции рационального использования и охраны водных и природных ресурсов от загрязнения и истощения.

Данные по определению порядка и концентрационных пределов образования и осаждения солей могут успешно использоваться при разработке методов прогноза и поиска континентальных солей, солевого баланса и других целей.

Разработанный автором подход и полученные результаты могут быть рекомендованы при изучении других бессточных водоемов и водотоков в аналогичных физико-географических условиях, что существенно снизит время и затраты на новые исследования.

Работа выполнена на кафедре неорганической химии КазНУ им. альФараби в соответствии с планами НИР по госбюджетным и хоздоговорным темам, входящим в координационные планы НИР АН СССР, ГКНТ СССР и НАН РК по проблемам: «Экология» (1978-1993 гг.); «Неорганическая химия» (раздел 2.17.15, 1985-1990 гг.); «Или – Балкаш» (1985-1988 гг.); «Интенсификация-90» и др. Некоторые исследования выполнены автором на инициативной основе.

Экспериментальные материалы по гидрохимии ВО ЭГРЭС – 1,2 использовались ИЗ МОН РК для составления рекомендаций по борьбе с биологическими помехами в системе охлаждения конденсаторов турбин ГРЭС; КазНИИЭ – для расчета солевого баланса и прогноза ионного состава и минерализации на перспективу; «Атомтеплоэлектропроект» (г. Новосибирск) – в качестве справочного материала.

Результаты по химическому составу воды оз. Балкаш, залива Шымпек, изотермическому испарению, состоянию карбонатно-кальциевого равновесия вошли в Банк данных «Ежегодника качества поверхностных вод» и «Государственного водного кадастра ЕДК поверхностных вод суши» (1987 – 1990 гг.).

На основе выполненных исследований автором разработаны специальные курсы лекций и лабораторные занятия по дисциплинам «Основы гидрохимии», «Химия природных вод Казахстана», «Химия природных вод и солей», «Химия рассолов и солей», «Охрана вод суши», «Физикохимия рек и озер», «Природные соли Казахстана» и др., которые читаются студентам бакалаврам и магистрантам химического, биологического и географического факультетов КазНУ им. аль-Фараби.

Автор выражает благодарность многим людям, возлагавшим на меня свои надежды, так как научные поиски и исследования не ведутся в одиночку. С особой теплотой вспоминаю своего учителя профессора Б.А. Беремжанова, проторившего тропу в гидрохимическую науку Казахстана и внесшего бесценный вклад в развитие теории континентального солеобразования. Особую благодарность адресую профессору А.А. Турсунову, чьи мудрость, прозорливость и забота постоянно поддерживали меня; профессорам Н.Н. Нурахметову, М.Р. Танашевой, Г.С. Куанышевой, М.М. Буркитбаеву, Г.Д. Чирковой за ценные советы и помощь в решении иногда возникавших трудностях при выполнении полевых и лабораторных исследований; А.Р. Медеу, Н.А. Амиргалиеву, М.Ж. Бурлибаеву, И.М. Мальковскому, В.П. Благовещенскому, Э.И. Чембарисову, чьи забота и внимание к процессу подготовки и выполнения научных разработок постоянно поддерживали и вдохновляли меня; к.х.н. Г.С. Кунанбаевой, к.х.н. С.С. Крученко, к.х.н. Н.Б. Казангаповой и н.с. Г.В. Тараниной за трудолюбие, поддержку и верность общему делу.

Глава 1. ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВОДОСБОРНЫХ БАССЕЙНОВ И КОНЕЧНЫХ ВОДОЕМОВ

Большие размеры территории, ее внутриконтинентальное замкнутое положение, наличие больших замкнутых, бессточных бассейнов, орографическая, климатическая, геологическая, гидрогеологическая неоднородность приводят к значительному разнообразию природных условий.

1.1 Географическое положение и геоморфология

Бассейн оз. Балкаш и изучаемая его часть, Прибалкашье, расположены на юго-востоке Казахстана и включает территории Алматинской, юго-восточной части Карагандинской, юго-западной части Восточно-Казахстанской и восточную часть Жамбылской областей, а также северо-западную часть провинции Синьцзян КНР. Водоразделом бассейна на севере является Каркаралы-Актауский массив и хребет Чингиз-тау, на востоке – хребет Тарбагатай, на юге – восточные отроги хребтов Терскей, Кунгей Алатау и Илейского Алатау, на западе – Шу-Илейские горы (рисунок 1.1). Площадь Прибалкашья составляет более 500 тыс. км2, в том числе в пределах РК 400 тыс.км2 [1]. Протяженность бассейна с запада на восток более 900 км, с севера на юг 680 км. Координаты оз. Балкаш следующие: 730 261 в. д., 440591 с. ш.

По характеру рельефа на водосборном бассейне оз. Балкаш выделяются 5 физико-географических областей: мелкосопочник и низкогорья Казахстанской складчатой страны, равнины Балкаш – Алакольской впадины, системы Казахстано – Жонгарской горной области, Шу – Илейские горы и восточная часть Северно Тянь-Шанской горной области.

Сопки с куполовидными вершинами Казахского мелкосопочника поднимаются на 30 – 40, иногда до 100 – 200 м над прилегающей равниной [2; 3]. Хребет Чингиз Тау возвышается над окружающей местностью на 500 – 600 м. Высота хребта Тарбагатай составляет 2000 – 2500 м, а в центральной части до 3000 м. Здесь преобладают сопки, поднимающиеся в виде отдельных куполов.

Средняя высота равнинного плато Северного Прибалкашья около 400 – 450 м. Рельеф представлен обособленными холмами и короткими невысокими горными цепями. Дно Балкаш – Алакольской впадины ровное, местами занято солеными и горько – солеными озерами, топкими солончаками. Абсолютные отметки 340 – 450 м [1]. Общий наклон поверхности котловины направлен к ее центру.

Жонгарский Алатау характеризуется платообразными пространствами («сырты»). Юго-восточным продолжением Жонгарского Алатау является хребет Борохоро, северный склон которого ограничивает Эби – Нурскую котловину с юга, а южный – Илейскую впадину с севера.

Абсолютная высота Илейской впадины меняется от 600 м у границы КНР до 500 м в районе плотины Капшагайской ГЭС. Илейский Алатау, являющийся наиболее северной цепью Тянь-Шаня длиной около 250 км, шириной 30 – 40 км, образует полого – вогнутую к югу дугу широтного направления. В центральной части высота хребтов достигает около 4 км и более. К востоку и западу, высоты хребта понижаются, к северу – склоны становятся крутыми. Для среднегорий и высокогорий Илейского Алатау наиболее характерен крутосклонный глубокорасчлененный рельеф.


1 -горные хребты; 2 – абсолютная высота местности; 3 – пески; 4 – районы оледенения.

Рисунок 1.1 – Схема орографического строения территории бассейна озера Балкаш (по Ж. Достаю)


К водоемам и водотокам Экибастузского топливно-энергетического комплекса (далее ЭТЭК) относятся: канал Ертис-Караганда им. К. Сатпаева (далее КЕК); Экибастузское резервное водохранилище (далее ЭРВ); ВО Экибастузской ГРЭС-1 (далее ЭГРЭС-1), созданное в промытой котловине мелководного горько-соленого озера Жанкельды, с впадающей в него р. Лог Жанкельды; ВО Экибастузской ГРЭС-2 (далее ЭГРЭС-2), построенное в котловине соляного озера Шандаксор; р. Актасты, впадающая в оз. Шандаксор; оз. Карасор, понижение которого используется для гидрозолоудаления (далее ГЗУ, рисунок 1.2).

Экибастузские ГРЭС-1 и ГРЭС-2 расположены на территории Павлодарской области, соответственно, в 16 и 30 км к северо-востоку от г. Экибастуза, и 120-134 км западнее г. Павлодара. Район имеет своеобразный гидрографический характер с очень редкой сетью временных водотоков и логов, действующих только в период снеготаяния.

Рельеф района представляет собой плоскую равнину с отдельными понижениями и впадинами, часто занятыми мелководными горько-солеными озерами. Характерной чертой этих озер является их периодическое наполнение и высыхание. В наиболее сухие годы эти озера пересыхают полностью. Цикл наибольшего наполнения повторяется примерно через 10-12 лет в наиболее многоводные годы [4-7].

На берегу одного из таких озер, Жанкельды, расположена площадка Экибастузской ГРЭС-1, а на берегу оз. Шандаксор – Экибастузская ГРЭС-2.

Котловина оз. Жанкельды вытянута с юга на север (6х8 км2), имеет пологие склоны. Абсолютные отметки дна 150-150,5 м (уровень существующего озера). Плоские поверхности, которые образуют пологие склоны котловины, имеют отметки 160-165 м на севере, 175-180 м на юге.

Берега озера крутые, низкие (1,5-2 м), глинистые, супесчаные или суглинистые, покрыты скудной степной растительностью. В прибрежной части развиты солонцы с характерной для них растительностью – солянкой и солеросом. С северо-западной стороны в озеро направлен лог Жанкельды, сток воды по которому происходит только в период снеготаяния. Еще несколько мелких логов направляются в озеро с разных сторон.

Озеро Шандаксор расположено в 30 км к северо-востоку от г. Экибастуза. Состоит из нескольких западин, соединяющихся друг с другом, с замысловатой конфигурацией берегов и плоским дном. В бессточной озерной впадине насчитывается три наиболее крупных котловины – западная, восточная и южная, соединяющиеся между собой узкими лентами понижений. Отметки дна основных котловин различаются на 0,7-0,8 м; наименьшей отметкой дна характеризуется восточная котловина (119,6 м), наибольшей – южная (120,4 м). Максимальное наполнение озера в многоводные годы не превышает 1,5м.



скачать книгу бесплатно

страницы: 1 2 3 4 5 6 7

Поделиться ссылкой на выделенное