Том 52, № 5 (2025)

Проведено исследование влияния горизонтального градиента давления во внутренних водоемах (озерах и водохранилищах) на процессы формирования концентраций растворенных газов. В качестве инструментов для проведения расчетов использовались трехмерная гидростатическая модель и одномерная модель, основанная на осреднении трехмерных уравнений по горизонтальному сечению водоема и дополненная параметризацией градиента давления для учета гравитационных колебаний (сейш). По результатам проведенных численных экспериментов можно заключить, что использование параметризации имеет принципиальное значение для описания формирования концентраций растворенных газов: выключение градиента давления в модели дает результаты, соответствующие постановке Като—Филиппса, и не позволяет корректно воспроизвести распределение газов в водоемах конечного размера. Параметризация влияния градиента давления и горизонтальной диффузии в одномерной модели LAKE позволяет с достаточной точностью воспроизводить биогеохимические процессы в соответствии с эталонными результатами, полученными с помощью полной трехмерной модели.

Рассмотрены наиболее существенные особенности моделирования круговорота соединений биогенных элементов азота и фосфора и динамики растворенного кислорода в экосистеме Телецкого озера. Выполнена калибровка модели с учетом данных многолетних наблюдений за качеством воды 1985–2003 гг., а также сценарного варианта гидрологического режима 2016 г. Проведен анализ внутригодовой изменчивости переменных состояния, внешних и внутренних потоков соединений азота и фосфора в воде Телецкого озера. Рассчитана предварительная величина допустимой нагрузки азота и фосфора на озеро. Модельный анализ показал, что у озера ассимиляционный потенциал по отношению к соединениям фосфора – незначителен, практически отсутствует. По отношению к соединениям азота небольшой запас самоочищения пока имеется. Вода Телецкого озера – чистая по причине до сих пор низкой антропогенной нагрузки. Полученные модельные результаты свидетельствуют о неотложной необходимости приведения исследований на Телецком озере к современному уровню как по числу наблюдательных пунктов мониторинговой сети в характерных зонах, увеличению перечня контролируемых показателей и частоты контроля, так и по повышению качества инструментальной и методической базы.

Элементный состав вод р. Сочи подвержен резким изменениям при смене фаз водного режима. В период паводка он довольно богатый, в межень сравнительно бедный. В паводок воды реки относительно средних содержаний в речной воде континентов (кларков) обогащены 19 химическими элементами, а в период межени лишь 7. Суммарные содержания избыточных химических элементов в разные фазы водного режима, напротив, выше в межень за счет присутствия в водах реки в составе избыточных элементов Са и Mg, абсолютные содержания которых на два порядка выше, чем концентрации приоритетных паводковых макроэлементов (Fe и Al). Эта особенность отражается на общей минерализации вод. В межень общая минерализация речных вод в среднем для реки (109 мг/л) выше в 1.4 раза, чем в паводок (80 мг/л). В паводок воды реки существенно насыщаются редкоземельными элементами, а также Sn, Fe, Al, Mn, Zr, Cs, Pb, Th, Be, Ti, Co, Cu, Tl, V, Bi, As. Активное поступление перечисленных химических элементов в воды реки в паводок обусловлено обильным почвенным стоком и способностью этих элементов образовывать органические и неорганические комплексы, прочно связываться с коллоидами железа и сорбироваться на поверхности почвенных коллоидов. В более сухой период межени, когда питание подземными водами вносит больший вклад в формирование стока реки, содержания большинства элементов, в том числе редкоземельных элементов, снижаются. При контрастных геологических условиях изученной территории, при которых наблюдается неоднократная смена нейтральных артиллитов на щелочные мергели, большее влияние на состав вод в межень оказывают геохимически обедненные карбонатные породы. Сравнительный анализ состава вод в паводок и межень позволил выделить вторую группу элементов – Ba, Sb, B, S, Na, U, Mo, K, Sr, Ca, Mg, Li, Re, Rb, Si, Zn, поступление которых в воды реки связано с подземным питанием и, соответственно, спецификой горных пород. Изучение вариаций элементного состава вод р. Сочи в разные фазы водного режима позволило выявить группы элементов, повышенные содержания которых при определенной фазе режима будут связаны не с техногенной нагрузкой, а с фактором состава пород геологического основания (в межень) или обильного почвенного стока (в паводок).

Проведена оценка загрязнения Кондопожской губы и малых притоков Онежского озера дибутилфталатом – самым распространенным и применяемым в промышленности эфиром фталевой кислоты. Пробы воды анализировались на содержание органического вещества, биогенных элементов, тяжелых металлов, лигносульфонатов и на ионный состав воды. Концентрацию дибутилфталата определяли методом газовой хроматографии и масс-спектрометрии. Отбор проб проводили в период ледостава в марте 2023 г. на акватории Кондопожской губы Онежского озера, подверженной влиянию сточных вод Кондопожского ЦБК, и ряде малых водотоков в окрестностях г. Петрозаводска, принимающих стоки с селитебных территорий и полигонов захоронения отходов. Выявлено, что на акватории Кондопожской губы содержание дибутилфталата в среднем составляет 6.7 мкг/л, а в малых притоках оно несколько выше – в среднем 11.9 мкг/л. Во всех проанализированных пробах наблюдается превышение ПДК по дибутилфталату для рыбохозяйственных водоемов (1 мкг/л). В то же время не выявлено статистически значимых связей содержания дибутилфталата с компонентами-маркерами сточных вод (лигносульфонатами, биогенными элементами). Выявлены статистически значимые связи концентрации дибутилфталата с содержанием лигофильных элементов (Fe, Mn, Si), а также органических веществ природного происхождения (по цветности, общему органическому углероду, растворенному органическому углероду, химическому потреблению кислорода), что указывает на их совместное поступление с водосборной территории. Установлено, что Кондопожский ЦБК не оказывает значимого влияния на содержание дибутилфталата в Кондопожской губе Онежского озера, а источники его поступления в озеро – преимущественно атмосферные осадки, поверхностный и речной сток. Повышенное содержание дибутилфталата в насыщенных органическим веществом речных водах бореальной зоны может отчасти иметь природное происхождение. Выявленное в процессе данного исследования загрязнение Онежского озера и его малых притоков дибутилфталатом соизмеримо с ранее исследованным загрязнением водных объектов России и других стран.

Рассмотрено изменение водозабора на территории бывшего СССР после его распада вплоть до 2020 г. Проанализирована динамика водозабора и структуры использования воды как в целом на постсоветском пространстве, так и по отдельным суверенным государствам. Выявлено резкое снижение водозабора, особенно значительное в 1990-е гг., для большинства государств, в том числе в самом крупном водопотребителе – Российской Федерации. Фактический водозабор на постсоветском пространстве оказался в разы меньше, чем прогнозировалось для этой территории в ряде публикаций в 1960–1980-х гг. При общей тенденции уменьшения водозабора практически на всем постсоветском пространстве этот процесс в каждом суверенном государстве происходит разными темпами, наиболее быстро — в прибалтийских республиках. Показаны изменения в структуре водопользования воды, которые выразились в снижении доли промышленности и росте доли воды, расходуемой на хозяйственно-бытовые и в меньшей степени — сельскохозяйственные нужды. Проведено сравнение динамики водозабора на постсоветском пространстве и в мире. Если на территории бывшего СССР он в целом снижался по сравнению с периодом до 1990 г., то в мире водозабор возрастал в основном за счет орошаемого земледелия при том, что в ряде развитых стран происходило его снижение в результате внедрения ряда водосберегающих технологий.