Савичев О.Г.

РЕКИ ТОМСКОЙ ОБЛАСТИ:

СОСТОЯНИЕ, ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И ОХРАНА

Томск - 2003

УДК 550.42:577.4

Савичев О. Г. Реки Томской области: состояние, охрана и использование. - Томск: Изд-во ТПУ, 2003.

Изложены результаты комплексных исследований рек Томской области. Показано, что основные проблемы их использования

связаны не с дефицитом речных вод, а с несоответствием их качества установленным нормативам. В значительной степени это связано с влиянием сильной заболоченности водосборов. Установлено, что в последние 25-30 лет химический состав речных вод в целом не претерпел существенных изменений, а периодически наблюдаемые изменения минерализации, содержаний органических и биогенных веществ во многих случаях связаны с колебаниями водного стока.

Монография рассчитана на специалистов, работающих в области использования и охраны водных ресурсов, гидрологии, гидрогеологии, а также студентов соответствующих специальностей.

Табл. 67, рис. 36, библиогр. – 187 назв., прил. 1.

Рецензент:

Базанов В.А. Старший научный сотрудник НИИ биологии и биофизики при Томском государственном университете, кандидат биологических наук © Томский политехнический университет, Введение В последние десятилетия во многих регионах мира возникла напряженная водохозяйственная и экологическая ситуация вследствие нерационального использования и неудовлетворительной охраны водных ресурсов. Ее преодоление невозможно без решения целого ряда проблем, которые условно можно объединить в 4 группы:

1) научные; 2) управленческие; 3) инженерные; 4) проблемы культуры природопользования. Эти проблемы тесно взаимосвязаны и не отделимы друг от друга, но все же решение вопросов, связанных с первой группой, имеет ключевое значение в изменении водохозяйственной и экологической ситуации, поскольку состояние водных объектов невозможно улучшить, не зная как это сделать.

Благодаря работам известных отечественных и зарубежных исследователей О.А.Алекина, О.Ф.Васильева, В.В. Гордеева, С.Р.Крайнова, А.М.Никанорова, С.Л.Шварцева, В.М.Швеца, М. Мейбека, К.Б. Бернера, А. Ласага и многих других в настоящее время сформированы общие представления о гидрохимических процессах в ноосфере. Вместе с тем, степень и характер антропогенного влияния на поверхностные воды в настоящее время изучены недостаточно для научного обоснования водохозяйственной деятельности на больших территориях и на долгосрочную перспективу. В современных российских условиях это создает предпосылки для возможного усиления негативных последствий хозяйственной деятельности на водные объекты в промышленно развитых регионах страны, в том числе в западно-сибирском регионе, что обусловливает необходимость проведения комплексных гидрологических и эколого-геохимических исследований состояния речных вод этой территории.

В данной работе приведены результаты подобных исследований применительно к Томской области, расположенной в границах бассейна Средней Оби. На этой территории насчитывается более 18000 рек. Значительная часть из них в той или иной мере испытывает антропогенное воздействие, формы проявления которого многообразны и далеко не всегда очевидны. В то же время, в ряде случаев это воздействие преувеличивается, в связи с чем автором была поставлена цель – собрать и обобщить достоверные данные о водном стоке рек Томской области и химическом составе их вод. Частично приведены и некоторые выводы относительно тенденций пространственно-временных изменений гидрологических и гидрохимических показателей и причин, их обусловивших. Но все же главное назначение данной работы – это подготовка информационной основы для дальнейшего выявления механизмов формирования водного и гидрохимического режимов рек в природно-техногенных условиях.

Поскольку наиболее крупные притоки Оби – рр. Томь и Чулым – протекают большей частью на территории Кемеровской области, Красноярского края и республики Хакасия, то частично рассматривается состояние этих рек, а также некоторых их притоков и за пределами Томской области. По тем же причинам приводятся сведения о состоянии самой р. Обь на участках ее верхнего и нижнего течения. В процессе исследований были использованы данные многолетних гидрометрических и гидрохимических наблюдений в бассейне р. Обь, проводимых Росгидрометом, Томском политехническом университете (ТПУ), Томском филиале Института геологии нефти и газа (ТФ ИГНГ) СО РАН и государственном предприятии Территориальный центр «Томскгеомониторинг» (ТЦ «Томскгеомониторинг»), в том числе материалы, полученные при непосредственном участии автора в течение 1993-2003 гг. в ходе производственной и научной деятельности в последних трех организациях. Помимо гидрохимических и гидрометрических материалов, широко использовались официальные водохозяйственные данные Главного управления природных ресурсов и охраны окружающей среды (ГУПР) по Томской области, ТЦ «Томскгеомониторинг», Госкомэкологии по Томской области, ОГУ Областной комитет охраны окружающей среды и природных ресурсов Томской области (ОГУ «Облкомприрода»).

Следует отметить, что исходные материалы, использованные в данной монографии, – это результат работы очень многих людей в течение длительного времени.

Более того, само обобщение этой информации стало возможным благодаря совместным исследованиям и обсуждению водных проблем, консультациям и советам проф. С.Л. Шварцева, проф. Н.М. Рассказова, к.б.н. О.Г. Савичевой, к.б.н.

В.А. Базанова, к.ф.-м.н. М.М. Немировича-Данченко, доцента В.А. Земцова, к.г.-м.н.

В.А. Льготина, к.г.-м.н. Ю.В. Макушина, доцента Ю.Г. Копыловой, к.г.н.

В.В. Паромова, С.Ю. Краснощекова, В.М. Марулевой, А.А. Хващевской, О.В. Колоколовой и многих других. Автор выражает глубочайшую признательность всем названным лицам и, особенно, С.Л. Шварцеву, под научным руководством которого была получена значительная часть приведенных ниже результатов.

Работа выполнена при поддержке гранта Минпромнауки РФ № НШи интеграционного проекта СО РАН № 167.

1. Краткая экономико-географическая характеристика Томской области Томская область расположена в юго-восточной части Западно-Сибирской равнины на площади 316.9 тыс. км2. На юге Томская область граничит с Кемеровской и Новосибирской областями, на западе – с Омской областью, на востоке – с Красноярским краем, на севере – с Ханты-Мансийским автономным округом. Расстояние между северной и южной границами – около 600 км, западной и восточной – 780 км.

Рельеф Томской области равнинный. Крупнейшими орографическими элементами на ее территории являются Кетско-Тымская, Чулымская, Приаргинская, ВосточноБарабинская, Васюганская наклонные равнины и Обь-Тымская низменность. Максимальные высоты (250-260 м) приурочены к юго-востоку области (в пределах отрогов Кузнецкого Алатау), а минимальные (до 30 м ) – к северной ее части [41, 119, 155].

Плоский рельеф и слабая дренированность большей части рассматриваемой территории в сочетании с избыточным атмосферным увлажнением (от 400 до 570 мм/год), достаточно суровым термическим режимом (средняя годовая температура воздуха от –0.6оС до –3.5оС) и рядом других факторов обусловили исключительно широкое распространение болот и заболоченных земель, занимающих не менее половины ее площади [41, 74]. В настоящее время процесс болотообразования продолжается, причем с наиболее высокой в западно-сибирском регионе интенсивностью: скорость годового вертикального прироста составляет 0.60-2.62 мм для Васюганского болота; 0.39-0.80 мм – для прочих западно-сибирских болот [110].

Перечисленные выше природные факторы создали условия для формирования густой речной сети (табл.1.1) и определили основные черты водного режима территории, характеризующегося хорошо выраженной широтной зональностью пространственного распределения стока и достаточно большой долей его подземной составляющей, высокой водностью и естественной зарегулированностью стока в течение года [118, 150]. Основные водотоки Томской области, в которых сосредоточены почти все ресурсы речных вод – Обь, Томь, Чулым, Кеть, Тым, Васюган, Парабель, Чая, Кия.

Реки, как правило, извилисты, с малыми уклонами. Преобладающий тип руслового процесса в бассейнах рек Васюгана, Кети, Тыма, Парабели, Чаи, Чулыма – свободное меандрирование. Достаточно часто встречаются незавершенное меандрирование, русловая и пойменная многорукавность, реже – прочие типы русловых процессов [118, 150].

Таблица 1. Количество и протяженность рек на территории Томской области Градация водо- Длина рек, км Число еди- % Суммарная длина рек, км % 1 – данные ГУПР по Томской области, приведены по [150] Административно Томская область состоит из 16 районов, 137 сельских администраций (округов), 601 населенного пункта, в том числе – 6 городов (гг. Томск, Северск, Асино, Колпашево, Стрежевой, Кедровый). Численность населения на 01.01.2001 г. составила – 1064.8 тыс. человек, из них 483.1 тыс. человек проживало в г. Томск. Специфика хозяйственного комплекса во многом определяется наличием богатых природных ресурсов. Прежде всего, это – углеводородное сырье (разведано 1.5 млрд. т нефти, 73.6 млрд. м3 газоконденсата, 757 млрд. м3 газа), лес (запас древесины –2760 млн. м3). В структуре промышленности лидирующее положение занимают предприятия топливной и химической промышленности, цветной металлургии, машиностроения. Кроме перечисленных, достаточно успешно действуют предприятия легкой и пищевой промышленности. Сельское хозяйство развито преимущественно в южных районах, причем сельскохозяйственные угодья составляют всего 4.4 % от всей территории области (из них 56 % – пашни) [155, 180, 181].

В целом, Томская область представляет собой средний по социальноэкономическим показателям российский регион с четко выраженным доминирующим центром и слабо развитой периферией, что определяет специфические черты хозяйственного комплекса (неравномерность пространственного распределения, значительная роль ресурсодобывающих отраслей, наличие экологически опасных производств и т.д.) и его воздействия на водные объекты рассматриваемой территории [155].

История гидрологических исследований в бассейне р. Обь, согласно [10, 41], насчитывает несколько столетий, из которых последние 110-120 лет представляют собой период использования более или менее современных подходов, основанных на систематическом изучении водного режима рек на гидрологических постах и станциях в сочетании с обобщениями результатов инженерно-гидрологических изысканий и гидрографических исследований данной территории. Первые посты на рр. Обь (гг. Барнаул, Камень-на-Оби, Новосибирск и Сургут, сс. Кругликово и Молчаново), Томь (г. Новокузнецк, сс. Крапивино и Поломошное) и Чулым (г. Ачинск, сс. Тегульдет и Зырянское) были открыты в 1893 г., но наиболее интенсивное развитие сети гидрологических наблюдений пришлось на 1930-е гг. в рамках деятельности Госгидрометслужбы СССР, с использованием единых методик и систематической публикацией полученных материалов [10, 57].

Обобщением и анализом этих данных по бассейну р. Обь в разное время занимались М.И. Львович, Б.Д. Зайков, П.С. Кузин, В.И. Бабкин, Г.А. Плиткин, А.А. Земцов, Я.И. Марусенко, В.С. Мезенцев, А.М. Комлев, Д.А. Бураков, С.П. Никитин, О.Ф. Васильев, Л.К. Малик, В.А. Земцов, В.М. Савкин, Н.В. Белоненко, В.В. Паромов и многие другие исследователи, результаты работы которых изложены в многочисленных статьях и монографиях. При этом следует отметить, что большая часть крупных гидрологических обобщений была сделано в 1970е гг.

В частности, П.С. Кузиным совместно с другими авторами выполнено детальное гидрологическое районирование и описание территории бывшего СССР, включая и рассматриваемую территорию [70]; С.Г. Агарковым и соавторами проведен анализ стоковых рядов, накопленных к началу 1970-х гг [1]; Д.А. Бураковым подробно рассмотрены вопросы формирования водного стока весеннего половодья в равнинной, заболоченной части обского бассейна, что позволило указанному автору разработать эффективную математическую модель для расчета гидрографа рек [11];

А.М. Комлевым проведены подробнейшие исследования зимнего стока рек Западной Сибири [57]; С.П. Никитиным и В.А. Земцовым выявлены зависимости водного стока западно-сибирских рек от определяющих факторов и установлены причины пространственно-временной изменчивости гидрологических показателей в обском бассейне [91]; наконец, в справочном издании Государственного водного кадастра «Водные ресурсы СССР и их использование» (1987) были приведены результаты обобщения материалов гидрологических наблюдений на территории СССР в целом и в частности обского бассейна, включая данные о водном балансе водосборов рр. Томь, Чулым и Кеть.

Из последних работ, опубликованных во второй половине 1990-х гг.- начале 2000-х гг., следует отметить коллективный труд специалистов РосНИИВХ и ИВЭП СО РАН [123], содержащий обобщенные сведения о состоянии и использовании российских рек, в том числе и р. Обь, монографию [139], в которой рассмотрены вопросы антропогенного воздействия на ресурсы речных вод западно-сибирского региона, работу коллектива авторов [100] по водным ресурсам Хакасии, включая территорию бассейна р. Чулым, а также монографию [103], где приведена подробная характеристика ресурсов речных вод сопредельных с рассматриваемой территорией площадей бассейна Верхней Оби.

С учетом полученных в Государственном гидрологическом институте (ГГИ), Московском государственном университете (МГУ), Западно-Сибирском региональном гидрометеорологическом институте, Институте водных и экологических проблем (ИВЭП) СО РАН, Томском государственном университете (ТГУ), ТПУ и других организациях результатов исследований водного стока и режима обского бассейна, в рамках данной работы был проведен анализ материалов Росгидромета о среднегодовых и среднемесячных расходах воды за период с 1930-40-х гг. до 2002 г. на предмет выявления тенденций многолетних изменений среднегодовых и среднемесячных расходов вод р. Обь и ряда ее крупных притоков. Этот анализ, частично проведенный совместно с В.А. Земцовым, В.В. Паромовым [49], С.Ю. Краснощековым и др. [138, 151], включал в себя проверку при уровне значимости 5 % рядов наблюдений: 1) на случайность по критерию Питмена; 2) на однородность по критериям Уилкоксона и Фишера. Расчетные уравнения и последовательность вычислений были приняты согласно [113, 121, 160]. Описание использованной методики приведено в [49].

2.1. Многолетние изменения среднегодовых расходов речных вод К началу 2000-х гг. Росгидрометом был накоплен значительный объем гидрологической информации, однако ее использование без предварительного анализа временных изменений может привести к необъективным выводам и действиям в области использования и охраны водных ресурсов. Первый этап такого анализа заключается в выявлении многолетних изменений годового водного стока, а полученные при этом материалы позволяют получить общее представление о гидрологических условиях на рассматриваемой территории.

В результате проверки на случайность гидрометрических рядов с начала наблюдений был выявлен статистически значимый линейный тренд годового стока р. Обь у г. Колпашево, р. Томь у г. Междуреченск, р. Яя у пгт. Яя, р. Тым у с. Напас, р. Шегарка у с. Бабарыкино (табл.2.1). Для последних двух рек (рр. Тым и Шегарка) этот тренд связан с заметным увеличением годового стока, а в остальных случаях – с его уменьшением [49, 50, 149, 150]. Последующая проверка рядов на однородность показала, что для указанных выше и ряда других рек обского бассейна характерно статистически значимое изменение среднегодовых расходов воды и их дисперсии, причем в большинстве случаев нарушение однородности произошло в конце начале 1970 гг. (табл.2.2).

С 1970-х гг. по 2002 г. не было отмечено заметных изменений среднемноголетних значений и дисперсии среднегодовых расходов, а также не выявлены значимые тренды среднегодовых расходов воды для большинства изученных рек, в том числе и там, где они были обнаружены за весь период наблюдений (табл.2.1, 2.2). Все это позволяет охарактеризовать данный период времени как соответствующий условно стационарному режиму формирования годового водного стока. При этом отметим, что, помимо указанных выше нарушений однородности водного стока, В.А. Земцовым, вслед за авторами работы [1], по 48-летнему временному интервалу (до 1990 г.) выделены 11-12-летние циклы в колебаниях среднегодовых и среднемесячных расходов воды равнинных рек бассейна Средней Оби и циклы различной продолжительности (от 3-4 до 16 лет) – в водном стоке рек Алтае-Саянского региона [50].

Неоднородность рядов годового стока р. Томь у г. Томск и р. Обь у г. Колпашево, выявленная в результате статистического анализа, объясняется следующим. Гидрометрические наблюдения на р. Томь в г. Томск проводятся с 1918 г., однако до 1941 г. расходы воды, преимущественно, не измерялись, а рассчитывались по зависимостям от уровня воды. Причем в недостаточной мере учитывались подпорные явления, вследствие чего значения годовых и весенних расходов оказались завышенными [48].

Автокорреляция между стоком смежных лет и значения критерия Питмена для рядов среднегодовых расходов воды1 (исходные данные Росгидромета) Шегарка с. Бабарыкино 1 - r(1) - коэффициент автокорреляции; r(1) – ошибка коэффициента автокорреляции; r - значение критерия Питмена; кр – критическое значение критерия Питмена; 2 –параметры уравнения Qг=aГод+b, где Qг – среднегодовой расход воды; полужирным шрифтом выделены значения r для створов, в которых обнаружен тренд После 1941 г. стали проводиться регулярные измерения расходов воды, и их значения закономерно уменьшились. По этой причине при определении характерных параметров стока р. Томь необходимо рассматривать не весь период наблюдений с 1918 г., а только с 1941-1942 гг.[49]. Проверка же сокращенного ряда (с 1942 г. по 2002 г.) при уровне значимости 5 % не выявила ни нарушений однородности (по среднему и дисперсии), ни значимых трендов годового водного стока (табл.2.1, 2.2).

Среднегодовые расходы воды (Q) и их стандартные отклонения ( ), полученные по выделенным однородным рядам при уровне значимости 5 % бель 1 – фактические (W) и критические (W1 и W2) значения критерия Уилклоксона; 2 – фактические (F) и критические (Fкр) значения критерия Фишера; полужирным шрифтом выделены значения критериев, превышающие критические В случае р. Обь объяснение нарушения однородности рядов наблюдений у г. Колпашево с 1915 г. по 2002 г. несколько иное. В конце 1950-х гг. на этой реке было введено в эксплуатацию Новосибирское водохранилище сезонного регулирования.

Несмотря на то, что на участке от г. Новосибирск до г. Колпашево в р. Обь впадает ряд полноводных притоков, было выявлено уменьшение нормы стока на 700 м3/с [49].

В работе [23] упоминается о выявленной ее авторами систематической 12 %-ой погрешености определения расходов воды р. Обь у г. Колпашево до 1962 г., что примерно и соответствует 700 м3/с, но при этом ничего не было сказано о природе этой погрешности и ее внутригодовом распределении. С учетом этого обстоятельства и, самое главное, регулирования стока р. Обь Новосибирским водохранилищем целесообразно, как и для р. Томь, рассматривать не весь ряд наблюдений с 1915 г. по 2002 г., а только его часть, соотвествующую установившемуся режиму регулирования стока и единообразной методике наблюдений, то есть с 1962 г. В пределах этого периода значимые тренды годового стока и нарушения однородности рядов по среднему и дисперсии не выявлены.

Для объяснения наличия значимых трендов и нарушения однородности рядов среднегодовых расходов прочих рек в течение последних 60-70 лет был проведен анализ многолетних изменений среднемесячных расходов воды с целью выявления процессов формирования неоднородных по своему происхождению составляющих годового стока и их изменения в многолетнем разрезе. Результаты этого анализа приведены ниже. В целом же, в последние 25-30 лет можно константировать, во-первых, отсутствие заметных изменений среднемноголетних значений годового водного стока большинства изученных рек. Во-вторых, для многих притоков рр. Томь и Чулым, сток которых формируется в лесостепной зоне, горных и полугорных районах, характерно уменьшение дисперсии среднегодовых расходов воды за период 1970-2000 гг.

по сравнению с предшествующими десятилетиями. В-третьих, наблюдается определенное увеличение годового водного стока некоторых рек, протекающих на сильно заболоченных территориях. Наиболее выражено это увеличение на северо-востоке рассматриваемой территории (р. Тым).

2.2. Многолетние изменения среднемесячных расходов воды Проверка рядов среднемесячных расходов воды р. Оби и ряда ее притоков на однородность показала, что в последние десятилетия происходит изменение внутригодового распределения стока, характеризующееся изменением дисперсии меженного стока (и в летне-осенний, и в зимний периоды) и увеличением среднемесячных расходов воды ряда рек в зимнюю межень (приложение). Аналогичный вывод по р. Томь ранее был получен в работах [101, 126], по рекам Кузнецкого Алатау и Горной Шории (включая р. Томь) – в [102], а по рр. Тяжин и Яя – в [50].

Увеличение меженного водного стока наблюдается, прежде всего, на реках с нарушениями дисперсии годового стока, что позволяет связать между собой эти факты и сделать вывод о, как минимум, региональных масштабах процессов перестройки водного режима рассматриваемой территории. На одних реках, где доля меженного стока относительно невысокая и существует природная или искусственная зарегулированность стока, эти процессы пока не сказываются на величине нормы годового стока. На других реках они более значимы, что с учетом более стабильного во времени меженного стока и приводит к выравниванию стока за год, а следовательно, и к уменьшению дисперсии среднегодовых расходов воды.

При этом следует отметить, что увеличение меженного стока зафиксировано даже для притока р. Томь – малой реки Порос, водосбор которой расположен в пределах одного из крупнейших в России Томского подземного водозабора. Ее сток, особенно в меженный период, по идее, должен уменьшаться вследствие отбора подземных вод (около 200 тыс. м3/сут). Однако было обнаружено лишь уменьшение уровней воды в этой реке. Ее годовой водный сток в течение 27 лет не претерпел существенных изменений, а в изменении сентябрьских расходов воды было отмечено статистически значимое (при уровне значимости 5 %) увеличение в 1990-е гг. по сравнению с 1970-1980 гг. [138].

Наиболее важным (с точки зрения формирования водного стока) представляется увеличение зимнего меженного стока рр. Томь, Чулым, Кеть и других рек, достигающее максимума на северо-востоке рассматриваемой территории (р. Тым), где его рост настолько ощутим, что приводит к увеличению среднегодовых расходов воды (приложение). Можно константировать возрастание в последние 2-3 десятилетия зимнего меженного стока рек. Для р. Обь выявлена иная тенденция – статистически значимое уменьшение среднемесячных расходов воды в мае и июле, что, предположительно, объясняется эффектом сезонного регулирования стока этой реки Новосибирским водохранилищем.

В целом, результаты статистического анализа свидетельствуют о неслучайных многолетних изменениях зимнего стока и нарушении однородности рядов меженных расходов воды, преимущественно, на границе 1960-1970-х гг. На основании этих фактов можно сделать вывод о том, что с 1930-1940-х гг. до настоящего времени наиболее стабилен сток весеннего половодья. Статистически постоянный летне-осенний сток, в значительной мере определяемый притоком подземных вод, наблюдается уже не за весь рассматриваемый период, а только в последние 20-30 лет.

Зимний сток, почти целиком состоящий из подземных вод, напротив, постепенно возрастает с 1970-1980-х по 2002 гг., причем для некоторых рек отмечена существенная корреляционная связь между среднемесячными значениями расходов воды и температуры приземных слоев воздуха. Учитывая, что в последние десятилетия в южной части Западной Сибири [103] отмечается хорошо выраженное увеличение температуры воздуха, можно сделать предположение о влиянии процессов потепления климата на водный режим. В частности, потепление климата представляется наиболее вероятной причиной смещения границ гидрологических сезонов (рис.2.1). Кроме того, В.В. Паромовым и соавторами (2001) было высказано предположение о возможном увеличении снегозапасов в горных районах (достаточно слабо охваченных гидрометеонаблюдениями), где формируется значительная часть стока рр. Томь и Чулым.

Расход воды,куб.м/с Анализ результатов проверки рядов среднегодовых и среднемесячных расходов воды на однородность и случайность позволил выделить условно однородные временные интервалы для рек бассейна р. Обь и рассчитать норму их водного стока. Результаты определения среднемноголетних значений суммарных расходов воды приведены в табл.2.3.

Оценка подземной составляющей Qподз. водного стока рек была проведена за однородные периоды формирования годового стока (табл.2.3) путем расчленения среднемесячного гидрографа реки по уравнению (1), полученному в соответствии с изложенным в [21] алгоритмом:

где Qср. мес – среднемесячный расход воды реки; Qмарт и Qдекабрь – среднемесячные расходы воды за март и декабрь соответственно; n – номер рассчетного календарного месяца (1 – январь, 2 – февраль, 3 – март, 12 - декабрь). С учетом распространенных в гидрологической практике представлений, результаты вычислений по уравнению (1), по сути, характеризуют наиболее устойчивую часть подземного питания из глубоко залегающих водоносных отложений [21, 64, 111].

Основные реки бассейна Средней Оби и их гидрологические характеристики р.Обь г. Колпашево р.Обь с. Прохоркино р.Чулым с. Тегульдет р.Чулым с. Батурино с. Средний Васюган р.Кеть с.Родионовка р.Чая с. Подгорное При этом следует отметить, что выбор такого способа расчленения гидрографа объясняется следующим. Во-первых, Л.И. Дубровской и Н.А. Ермашовой [40] на примере Обь-Томского междуречья показано, что разгрузка грунтовых вод в реки осуществляется круглогодично, а оценка подземного водного стока по минимальному меженному расходу речных вод (один из наиболее распространенных способов) является недостаточно объективной. Во-вторых, использование способов расчленения гидрографа, учитывающих характер связи поверхностных и подземных вод достаточно часто также не целесообразно, поскольку во время весеннего половодья на одном и том же участке может одновременно наблюдаться и подпор речными водами грунтового стока в низкой пойме, и приток грунтовых вод со стороны яра. В качестве примера можно привести створ р. Томь у г. Томска, на правом, высоком берегу которой происходит разгрузка грунтовых вод и верховодки, а на левом, низком берегу весной могут отмечаться обратные уклоны грунтовых вод [68, 69, 152, 153].

Таким образом, с учетом погрешности определения расходов речных вод и при отсутствии результатов детальных гидрогеологических исследований нет особых оснований (без риска допустить ошибки в ту или иную сторону) проводить расчленение гидрографа речного стока иным, чем по уравнению (1), способом. Полученные сведения о величине Qподз представлены в табл.2.4.

Подземная составляющая среднемноголетнего водного стока рек бассейна Оби (в м3/с и % от суммарного среднемноголетнего расхода воды реки) с. Средний Васюган 1 – [22]; 2 – в створе п. Коммунарка; 3 – доля от годового стока, приведенного в [118] В процентном отношении от суммарного речного стока они (с учетом погрешности определения расходов воды не менее 5 % и отмеченных выше нарушений однородности гидрологических рядов) достаточно хорошо согласуются с данными [27, 57, 118, 119]. При этом следует отметить и определенные отличия. Согласно [118], для р. Томь и ряда других рек подземная составляющая их водного стока вниз по течению может как увеличиваться, так и уменьшаться, в то время как результаты выполненных нами расчетов свидетельствуют о повсеместном увеличении подземного питания рек от верховий к устью (табл.2.4). Кроме того, изменение модулей подземного стока на равнинной части рассматриваемой территории в большей степени, чем это показано на карте изолиний в [27], подчиняется широтной зональности.

2.4.Внутригодовое распределение водного стока рек Рассматриваемая территория обского бассейна отличается весьма разнообразными природными условиями, предопределившими и различия в сезонном водном стоке. С учетом этого установившаяся в последние десятилетия картина внутригодового распределения речного стока не может быть охарактеризована вне схем гидрологического районирования, наибольшее распространение среди которых в отечественной гидрологии получили классификации Б.Д. Зайкова, М.И. Львовича и П.С. Кузина.

Согласно классификации Б.Д. Зайкова, реки равнинной части бассейна Средней Оби относятся к Западно-Сибирскому типу, характеризующемуся растянутым, сравнительно невысоким половодьем, низкой зимней меженью и повышенным стоком в летне-осенний период, а верховья р. Томь и Чулым – к Алтайскому типу, отличающемуся невысоким, обычно гребенчатого вида половодьем, повышенным осенним и низким зимним стоком. По М.И. Львовичу, равнинные реки обского бассейна отнесены к рекам с преимущественно снеговым питанием (50-80 %), водотоки горных и прилегающих к ним территорий – к рекам со смешанным питанием с преобладанием снегового [8].

В соответствии с классификацией П.С. Кузина (наиболее подробной из рассматриваемых), в пределах Томской области и прилегающих территорий выделяются следующие гидрологические районы [70]:

1) Иртышско-Енисейский район (рр. Кеть, Тым, Васюган, Парабель, Чая, Шегарка), охватывающий реки лесной зоны с весенне-летним половодьем, максимум которого приходится на начало июня, летними и осенними паводками, зимней меженью с низким водным стоком и ледоставом средней продолжительности;

2) Чумышский район (р. Яя, левобережные притоки р. Томь в ее среднем течении), реки которого с весенним половодьем с максимумом в начале мая, с летними и осенними паводками, зимней меженью с низким водным стоком и ледоставом средней продолжительности, также как и реки Иртышско-Енисейского района, относятся к лесной зоне;

3) Минусинско-Чулымский район, объединяющий ряд малых и средних рек степной зоны в бассейне р. Чулым с весенним половодьем с максимумом в конце апреля начале мая, с летними паводками, зимней меженью с низким водным стоком и ледоставом средней продолжительности;

4) район Кузнецкого Алатау, реки которого (верховье Томи, Кия, Белый Июс, Уса, Верхняя, Средняя и Нижняя Терси, Тайдон) относятся к горно-лесной зоне и характеризуются весенне-летним половодьем с максимумом в конце мая, с летними и осенними паводками, средней по водности зимней меженью, ледоставом средней продолжительностью;

5) Алтайско-Западно-Саянский район включает в себя крупные притоки р. Томь рр. Кондома и Мрас-Су (к этому району относится ряд крупных рек обского и енисейского районов, включая и р. Катунь), также относящиеся к горно-лесной зоне с летними и осенними паводками, зимней меженью средней водности и весенне-летним половодьем; однако максимум последнего, в отличие от района Кузнецкого Алатау, приходится не на конец, а на середину мая.

Фактическое внутригодовое распределение водного стока рек рассматриваемой территории за выделенные однородные периоды соответствует приведенным выше схемам гидрологического районирования, составленным еще до 1960 г. Определенные отличия от этих схем из числа изученных водотоков характерны только для малых притоков р. Томь, например, р. Порос. В целом же, для рек бассейна Средней Оби можно константировать вполне закономерное растягивание половодья и запаздывание его максимума по мере движения водных масс от верховий к устью (табл.2.5).

Месячный водный сток рек в среднем за многолетний период табл.

I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

1 – [98] Изучением химического состава речных вод в бассейне Средней Оби в разное время занимались О.А. Алекин (1949), В.П. Казаринов и др. (1965), А.Э. Конторович и др. (1971), Г.С. Коновалов и др. (1966), А.А. Бондарев, И.Ю. Шульга (1983), А.В. Мальцева и др. (1984), В.М. Иваник, О.А. Клименко (1990), Е.Г. Нечаева (1990, 1994), Е.Е. Лобченко и др. (1991), Ю.Г. Покатилов (1993), В.В. Головина и др. (1996), В.П. Зверев и др. (1996), О.Ф. Васильев и др. (1997), Т.С. Папина, Е.И. Третьякова (1997), Ю.П. Туров и др. (1998, 1999), В.В. Гордеев и др. (2002), Л.Г. Коротова и др.

(1998), Н.П. Солнцева (1998), Н.Л. Добежина, В.М. Калинин (2000), В.П. Парначев и др. (2003) и многие другие, использовавшие как материалы многолетних режимных наблюдений Росгидромета, так и данные собственных исследований.

С 1990 г. комплексные работы по изучению эколого-геохимического состояния рр. Обь, Томь и их притоков стали проводиться под руководством проф.

С.Л. Шварцева в ТПУ и ТФ ИГНГ СО РАН, в результате чего был опубликован ряд работ [117, 130, 132, 162-165, 167-170 и т.д.].

Значительный объем гидрохимической информации, особенно по малым рекам, был получен в ТЦ «Томскгеомониторинг» при выполнении работ по ведению государственного мониторинга поверхностных водных объектов, водохозяйственных систем и сооружений на территории Томской области, ответственным исполнителем которых в 2001-2003 гг. являлся автор [149-151], до этого в течение нескольких лет принимавший участие в составлении ежегодных обзоров Госкомэкологии о состоянии водных объектов [177-180].

Таким образом, анализ эколого-геохимического состояния речных вод на территории Томской области за период 1970-2000 гг. основывается на обширном и представительном фактическом материале, полученном в Росгидромете, ТЦ «Томскгеомониторинг», Госкомэкологии по Томской области, ТПУ, ТФ ИГНГ СО РАН и ряде других научных и производственных организаций с использованием современных методов исследований. Методика полевых, лабораторных и камеральных работ изложена в [127, 130, 163, 167].

Река Обь. Воды р. Обь на участке от устья р. Томь до устья р. Иртыш характеризуются по классификации О.А. Алекина как пресные с малой и средней минерализацией (от 70 мг/л в период весеннего половодья до 430 мг/л в зимнюю межень).

Суммарное содержание главных ионов (и) в водах Средней Оби уменьшается по мере движения водных масс с юга на север (рис.3.1). При этом оно несколько выше соответствующего показателя для больших рек мира (табл.3.1), протекающих в зоне тундры и северной тайги (Енисей, Печора и др.). В то же время, величина и обских вод значительно меньше, чем сумма главных ионов в речных водах лесостепной и степной зон (Волга, Урал, Днепр, Дон и др.) [2, 3, 22, 118, 161].

По химическому составу воды р. Оби являются гидрокарбонатными кальциевыми, причем соотношение концентраций главных ионов в основном соответствует второму типу по классификации О.А. Алекина, что указывает на формирование макрокомпонентного состава речных вод преимущественно при взаимодействии с различными осадочными породами [3, 154]. Распределение содержаний Ca2+ и HCO3- по длине реки как в весовом, так и в эквивалентном выражении примерно то же, что и распределение минерализации (то есть уменьшение с юга на север). Концентрации прочих макрокомпонентов (в мг/л) также уменьшаются на участке от г. Колпашево до с. Александровское. Однако их доля в процентном отношении либо практически не меняется, либо возрастает.

Сумма главных ионов, мг/л Рис.3.1. Изменение среднемноголетних значений и вод Средней Оби и ее притоков Средние концентрации макрокомпонентов, значения суммы главных ионов и pН рр. Обь, Томь и Чулым за период 1970-2002 гг. (исходные данные Росгидромета, ТПУ 1 – здесь и далее N – количество наблюдений; 2 – среднеарифметическое на участке от с.Киреевск до г. Стрежевой; 3 – ПДКр и ПДКх – предельно допустимые концентрации вещества в водных объектах рыбохозяйственного и хозяйственно-питьевого назначения соответственно [93, 107]; 4 – ПДК для всех растворимых форм По величине pH воды относятся в среднем к нейтральным (табл.3.1), в летнеосенний период – к нейтральным и слабощелочным. При этом отмечается уменьшение значений pH по мере движения водных масс вниз по течению, хотя в межень может наблюдаться и обратная картина [163].

Формы миграции. Основной формой миграции макрокомпонентов (кроме K+, находящегося в основном во взвеси [72]) в пресных поверхностных водах, включая и воды р. Обь, является раствор [29, 53, 59]. В растворенном состоянии, согласно [72], преобладают незакомплексованные ионы Ca2+, Mg2+, Na+, HCO3-, SO42-, Cl-. Причем для макрокомпонентов характерно последовательное уменьшение способности к комплексообразованию: для анионов в ряду CO3->>SO42->HCO3->Cl-; для катионов Mg2+>Ca2+>>Na+ [67].

Для оценки форм миграции макрокомпонентов в р. Обь и ее притоках в растворенном состоянии были проведены термодинамические расчеты по методике, изложенной в работе [137], на основе среднемноголетних данных о химическом составе речных вод (табл.3.1). Концентрация CO32- определялась расчетным путем согласно [3]. Полученные результаты подтвердили выводы ряда авторов о преобладании в растворе незакомплексованных (главных) ионов, процентное содержание которых увеличивается по мере уменьшения pH (табл.3.2). Доля комплексов CaHCO3+ и MgHCO3+ составляет 3.4-4% и 2.5-3% от валового содержания кальция и магния, соответственно. Вклад прочих комплексов этих элементов не превышает 1%.

Преобладающие формы миграции макрокомпонентов в водах средних рек бассейна Средней Оби за период 1970-2002 гг., % от валового содержания р. Обь – выше г. Колпашево 95.19 96.12 99.81 >99.9 97.97 95.26 >99. р. Обь – с. Александровское 95.82 96.64 99.84 >99.9 98.23 95.79 >99. р. Томь – г. Междуреченск 97.50 97.95 99.90 >99.9 98.92 97.30 >99. р. Томь – выше г. Новокузнецк 95.51 95.96 99.81 >99.9 98.12 96.09 >99. р. Томь – выше г. Томск 96.08 96.71 99.84 >99.9 98.32 95.95 >99. р. Чулым – с. Тегульдет 94.91 95.94 99.80 >99.9 97.60 94.26 >99. р. Чулым – с. Батурино 94.94 95.98 99.81 >99.9 97.93 95.22 >99. Соответствие нормативам качества. В целом, содержания макрокомпонентов и минерализация вод р. Обь удовлетворяют российским нормативам качества. Не только за 1970-2002 гг., но и за весь период гидрохимических наблюдений на участке от с. Киреевск до г. Стрежевой не зафиксировано ни одного достоверного случая превышения ПДКр или ПДКх даже по содержанию хлоридов и сульфатов, являющихся характерными компонентами сточных вод. Этого нельзя сказать о величине pH, примерно в 30-32 % случаев выходящей за установленные границы интервала 6.5-8. [149]. Причем нарушения нормативов носят хорошо выраженный сезонный характер:

pH менее 6.5 наблюдаются в весенний период, когда в водном стоке возрастает доля талых вод, и/или в результате увеличения притока кислых и слабокислых болотных вод; pH более 8.5 обычно приурочены к летней межени (отмечаются в южной части области).

Река Томь. Воды этой реки, как и воды р. Обь, пресные мало- и среднеминерализованные, гидрокарбонатные кальциевые, преимущественно нейтральные или слабощелочные (табл.3.1). В то же время, в отличие от Оби, для р. Томь в течение последних трех десятилетий было характерно не последовательное уменьшение минерализации и концентраций главных ионов по мере движения водных масс вниз по течению, а значительное увеличение содержаний растворенных солей на участке среднего течения (по сравнению с верховьями реки) и последующее их снижение в нижнем течении (рис.3.2).

Рис.3.2. Среднемноголетние значения pH и минерализации вод р. Томь [117] От верховий к устью заметно меняется и соотношение главных ионов. Так, от г. Междуреченск до пгт. Крапивинский в многолетнем разрезе происходит увеличение доли ионов Na+ и HCO3- при уменьшении вклада ионов Ca2+. В створе г. Томск наблюдается уже противоположная картина – доля ионов Na+ и HCO3- уменьшается, а ионов Ca2+, SO42- и Cl- увеличивается. В целом же, содержание главных ионов в р. Томь ниже, чем в р. Обь, а значения pH сопоставимы с соответствующим показателем для обских вод на участке от устья р. Томь до г. Колпашево.

Формы миграции. Преобладающей формой миграции макрокомпонентов в водах р. Томь, как и в р. Обь, является растворенное состояние в виде незакомплексованных ионов (табл.3.2). Изменение доли незакомплексованных ионов в р. Томь в целом обратно пропорционально изменению их валовых содержаний, в результате чего доли Ca2+, Mg2+, Na+ достигают максимальных значений в верхнем течении р. Томь, а минимальных – на участке ее среднего течения, в пределах которого они наиболее близки к соответствующим показателям для р. Обь.

Соответствие нормативам качества. Максимальные значения минерализации вод р. Томь превышают 600 мг/л, что заметно отличается от нормы (табл.3.1).

Тем не менее, достоверные случаи превышения ПДК по минерализации или содержанию отдельных главных ионов не зафиксированы. Вероятность обнаружения pH вод р. Томь на территории Томской области за пределами 6.5-8.5 составляет 46 % [150].

Наибольшие значения pH отмечаются в летний период, причем достаточно часто они приурочены к участку, расположенному ниже по течению от г. Новокузнецк. Так, в июле 1994 г. в 30 км ниже этого города зафиксирована величина pH 9.6. Несколько меньшее значение было обнаружено в это же время в устье притока р. Томь – р. Кондома (pH 9.0), а также в самой Томи в июле 1997 г. в 35 км выше г. Томск (pH 9.2) [127].

Река Чулым. Воды р. Чулым на участке от с. Тегульдет до устья содержат несколько большее количество растворенных солей, чем рр. Томь и Обь. Средний уровень суммарного содержания главных ионов в водах р. Чулым остается достаточно стабильным на всем участке нижнего течения. Так, в створе с. Тегульдет среднемноголетнее значение суммы главных ионов (и) составляет 196.3±16.5 мг/л, у с. Зырянское - 197.3±14.8 мг/л, у с. Батурино - 189.4±11.9 мг/л. По химическому составу речные воды гидрокарбонатные кальциевые, нейтральные или слабощелочные [9, 109], причем в нижнем течении происходит некоторое увеличение в макрокомпонентном составе доли ионов Ca2+, Na+ и HCO3- при снижении вклада ионов Mg2+.

Формы миграции. В отличие от р. Томь, для р. Чулым, имеющей на участке от с. Тегульдет до с. Батурино более высокую минерализацию вод, в среднем характерно уменьшение доли незакомплексованных ионов кальция, магния, гидрокарбонатов и сульфатов по сравнению с рр. Обь и Томь, компенсируемое увеличением доли комплексов CaHCO3+, MgHCO3+, CaSO42- и MgSO42-.

Соответствие нормативам качества. Как и в случае рр. Обь и Томь, нарушение допустимых нормативов отмечается не по содержанию макрокомпонентов и минерализации, а по величине pH. Причем эти нарушения связаны не с высокими, а, напротив, низкими значениями pH (менее 6.5), изредка отмечаемыми в период весеннего половодья.

Река Обь. В целях упорядочения и систематизации сведений при изучении содержаний микроэлементов в природных водах целесообразно применять геохимические классификации. Для этого, как и в одной из предыдущих работ [162], использовалась геохимическая классификация элементов, разработанная В.И. Вернадским. В соответствии с данной классификацией выделяются циклические, рассеянные, редкоземельные и радиоактивные элементы [18].

Циклические элементы. Содержания этих элементов в речных водах бассейна Средней Оби изучены лучше других групп микрокомпонентов. Результаты обобщения материалов, полученных в различных научных и производственных организациях, представлены в табл.3.3 и 3.4. Предварительный анализ этих данных показал, что все элементы по степени изменения содержаний вдоль русла р. Обь могут быть разделены на две группы: 1) сильноизменяющиеся с коэффициентами вариации больше 0.5 и 2) малоизменяющиеся с коэффициентом вариации меньше 0.5. Первоначально к первой группе были отнесены Hg, Ti, Mn, Sb, Zn, Ag, Bi, Ba, а ко второй Co, Ni, Pb, Cu, Hf [162-164]. Однако в результате дальнейших исследований, проведенных в 1997-2001 гг., было установлено, что содержания практически всех изученных микроэлементов подвержены очень значительным колебаниям (табл.3.3).

Не только максимальные, но и средние содержания многих элементов, например, Cr, Mn, Zn, Sr, Hg, Pb (относительно данных [184]), V, превышают средние концентрации для рек мира, по крайней мере, в 1.5-2 раза. Примерно равны средние (для р. Обь и рек мира) содержания Ba, Co и Mo, а концентрации Ti, Ag, Sb, Mo, Al в р. Обь меньше, чем для прочих крупных водотоков (табл. 3.3). При этом необходимо отметить, что по сравнению с реками промышленно развитых регионов мира содержания цинка и ряда других компонентов в р. Обь существенно ниже. Так, согласно [92], в 1986-1988 гг. в водах р. Эльба отмечены следующие среднегодовые концентрации (в мкг/л): Zn 50; Cu 12; Cd 0.3; Cr 7; Hg 0.3; Ni 10, а по данным работы [82], в водах р. Рейн содержится в среднем (мкг/л): Cu 12; As 7; Cr 23; Cd 1.5.

Изменения средних концентраций циклических микроэлементов по длине реки практически не выходят за границы стандартной погрешности определения соответствующих норм содержания в целом для Средней Оби, хотя нельзя не отметить определенную тенденцию увеличения средних содержаний Al, Cr и Cu на участке от г. Колпашево до с. Александровское (табл.3.4). Согласно [94], в водах р. Обь ниже по течению от г. Стрежевой (в пределах Ханты-Мансийского автономного округа) среднегодовые концентрации Cu возрастают до 16-25 мкг/л, Zn – 10-30 мкг/л, Mn – от мкг/л и более. Еще севернее, у г. Салехард, по данным, приведенным в [22], средний уровень содержания марганца и цинка превышает 20 мкг/л. В то же время, концентрации меди снижаются до 3 мкг/л, то есть до уровня, характерного для р. Обь у г. Колпашево (табл.3.4).

Средние (А) и максимальные (Max) за 1990-2002 гг. концентрации микроэлементов в водах Средней Оби, погрешности определения средних (А), коэфициенты вариации (Cv), количество опробований (N) (исходные данные ТПУ, ТФ ИГНГ СО РАН, Росгидромета), мкг/л ЦиклиCr6+ 1 - [108]; 2 – [32, 184]; 3 – ПДК для всех растворимых форм; 4 – предполагается отсутствие в речных водах Средние концентрации микроэлементов в водах рр. Оби, Томь и Чулым за период 1990-2002 гг.1 (исходные данные Росгидромета, ТПУ, ТФ ИГНГ СО РАН), мкг/л с. Александровское г. Междуреченск г. Hовокузнецк пгт.Крапивинский р. Томь – выше г.Томск 44.3(68) 12.5(89) 3.2(64) 17.7(34) 1.1(89) 0.09(24) 2.7(57) 200(25) р. Томь – с. Козюлино 25.8(40) 6.2(64) 2.6(28) 6.6(6) 1.9(60) 0.02(2) 1.8(25) 160(11) Обь – г. Новосибирск Обь – г. Салехард 1 – здесь и далее в скобках указано количество определений В соответствии с эмпирическим правилом Оддо-Гаркинса элементы, имеющие четную атомную массу, преобладают над нечетными, образуя при этом триады элементов. Согласно А.М.Никанорову и А.В.Жулидову [90], отклонения от этого правила могут быть связаны с антропогенным воздействием на природную систему. Поэтому представляет определенный интерес сравнение концентраций четных и нечетных элементов, проведенное для бассейна Средней Оби впервые в [162] и уточненное в рамках данной работы.

Сопоставление соотношений элементов, приведенных в [90], и полученных нами результатов свидетельствует о нарушении правила для концентраций Co-Ni-Cu и Yb-Lu-Hf в речных водах (табл.3.5).

Соотношения средних концентраций микроэлементов в речных водах бассейна Средней Оби (концентрации в мкг/л) О более высоких содержаниях Cu в речных водах бассейна Оби по сравнению с Ni свидетельствуют также материалы других авторов [4, 88 и др.]. Так, по данным Е.Г. Нечаевой среднее содержание Cu в р. Обь на участке с. Александровское – г. Салехард и ряде ее притоков составляет 4.7 мкг/л, а Ni - 2.4 мкг/л. В то же время, соотношения Mn-Fe-Co, Fe-Co-Ni, Mg-Al-Si соответствуют правилу Оддо-Гаркинса.

Согласно [4], средние концентрации меди в водах Новосибирского водохранилища составляют 2-14 мкг/л, а концентрации никеля – 1.2-5 мкг/л.

Рассеянные элементы. Из рассеянных элементов нами изучены содержания Li, Sc, Rb, Cs (табл.3.3). По их распределению в водах Оби выделяется участок, расположенный ниже по течению от г. Колпашево до г. Стрежевой. В пределах этого участка отмечены наиболее высокие концентрации Sc. Особенно отличаются точки у сел Нарым и Лукашкин Яр и выше устья р. Тым, где в 1991 г. зафиксированы наиболее высокие содержания в первой из них Li, Sc, Rb, Cs, во второй и в третьей - Sc, Rb и Cs [163, 164]. В 1999 г. картина изменения концентраций Li и Sc была похожей на пространственное распределение этих элементов в 1991 г., однако уровень содержания скандия был значительно выше (рис.3.3).

Концентрация Sc, мкг/л Концентрации Rb и Cs в 1999 г. по сравнению с 1991 г. были, напротив, меньше, причем ниже по течению от устья р. Чая и у с. Александровское отмечено их резкое увеличение (содержание Cs у с. Александровское и г. Нижневартовск 0.09 мкг/л, в остальных пунктах – меньше 0.01 мкг/л; содержание Rb ниже устья р. Чая – 3.2 мкг/л, у с. Александровское – 4.7 мкг/л, в прочих пунктах – меньше 1 мкг/л) [168]. В целом, (табл.3.3). Менее подвержены колебаниям содержания Li, распределенные не только в р. Оби, но и в притоках, практически равномерно [164]. Сравнение со средними данными по рекам мира показало, что в р. Обь содержания рассеянных элементов, за исключением рубидия, являются более высокими. Особенно велика разница для Sc – в сотни раз, что на современном этапе изученности этого элемента в водах, вероятно, допустимо.

Редкоземельные элементы. Редкоземельные элементы в водах р. Обь содержатся в среднем в количестве сотых и десятых долей мкг/л (табл.3.3). В то же время, были обнаружены значительные колебания концентраций этих элементов [162, 163].

Особенно велики они для Eu, Tb, Yb и Lu. Как и в случае с циклическими и рассеяными элементами, по данным 1991 и 1999 гг. выделяется уже отмеченная выше аномалия на участке р. Обь ниже по течению г. Колпашево (рис.3.4).

Концентрация La, мкг/л Сравнение со средними концентрациями редкоземельных элементов для рек мира показало, что обские воды содержат значительно большее количество этих элементов [163]. Вероятнее всего, что это связано с проявлением природной аномалии, поскольку повышенные концентрации были отмечены и в 1991 г., и в 1999 г. при том, что в сточных водах предприятий региона подобные вещества отсутствуют [150].

Радиоактивные элементы. Из радиоактивных элементов (по классификации В.В. Вернадского) были изучены содержания U и Th (табл.3.3). По имеющимся данным, их содержания в водах Средней Оби, как и концентрации большинства других микроэлементов, изменяются достаточно сильно (коэффициент вариации концентраций обоих элементов составляет 1.11). Учитывая наличие потенциального источника радиоактивных элементов – сточных вод Сибирского химического комбината (СХК), поступающих в р. Томь, особый интерес представляет сопоставление содержаний Th и U в водах рр. Обь и Томь и анализ их изменений в р. Обь по мере удаления от устья р. Томь.

Средние содержания тория в рр. Обь и Томь, согласно данным, полученным в 1991 г., были приблизительно на одном уровне, но наиболее высокие значения зафиксированы водах р. Обь - у с. Нарым (0.41 мкг/л) и с. Лукашкин Яр (0.3 мкг/л). При этом максимальные концентрации Тh в водах р. Томь составили 0.25 мкг/л (в районе г. Северск). В 1999 г. наибольшее содержание тория (0.11 мкг/л) также отмечено в р. Обь в створе 25 км ниже с. Каргасок (в р. Томь примерно в это же время концентрации Th не превышали 0.008 мкг/л).

Несколько иная картина наблюдается в распределении содержаний урана, максимумы которого были зафиксированы: в 1991 г. в р. Томь на участке сброса стоков СХК (1.11 мкг/л), а в 1999 г. – в р. Обь в 15 км ниже устья р. Томь (1.1 мкг/л), у сс. Кривошеино и Могочино. При этом следует отметить, что в 1999 г. изменение концентраций U по длине р. Обь можно интерпретировать как постепенное уменьшение по мере удаления водных масс от устья р. Томь. В 1991 г., в отличие от 1999 г., какое-либо влияние р. Томь на уровень содержания урана в р. Обь практически не прослеживалось.

Формы миграции. Взвешенная и растворенная формы миграции микроэлементов в р. Оби в разное время исследовались А.Э. Конторовичем, Г.С. Коноваловым, Т.В. Ланбиной, Б.А. Воротниковым, О.Ф. Васильевым, В.М. Савкиным, С.Я. Двуреченской и другими, показавшими, что такие элементы, как Ba и Cu, находятся в речных водах большей частью в растворе, а Mn, Be, Co, Al, Pb – в виде взвесей [16, 25, 26, 58, 59, 71].

Для Zn, V и других элементов разными авторами отмечаются различные соотношения между растворенной и взвешенной формами, что объясняется большей зависимостью миграции этих элементов от меняющихся в течение года и по длине реки физико-химических показателей – pH, содержаний взвешенных и органических веществ, в том числе фульвокислот, образующих с металлами водорастворимые соединения, и гуминовых кислот – наиболее высокомолекулярной и наименее растворимой части гумусовых кислот, характеризующейся как комплесообразующий сорбент [12, 13, 14, 17, 72]. В целом же, согласно [9, 58, 71], отмечается существенное увеличение роли взвешенной формы миграции многих микроэлементов в период весеннего половодья, когда заметно возрастает твердый сток.

По данным Б.С. Смолякова и соавторов (2000), в растворенном состоянии основными формами миграции в Новосибирском водохранилище при pH=8-9 для меди и свинца являются нейтральные комплексы CuOH20 и Pb(CO3)20, а при pH=6-7 – комплексы с органическими лигандами и незакомплексованные ионы. Для кадмия же практически во всем диапазоне возможных pH характерно преобладание Cd2+ и комплексов с органическими лигандами. Согласно А.Г. Кочаряну (1999), в таежной зоне основными формами миграции в речных и грунтовых водах являются: для кадмия – комплексы с фульво- (ФК) и гуминовыми (ГК) кислотами, Cd2+; для алюминия – AlOH00 и AlФК; для кобальта – Cо2+; CоФК, CоГК; для цинка – Zn2+; ZnФК, ZnГК;

для меди и свинца – незакомплексованные ионы, соединения с ГК, ФК, карбонатами и гидрокарбонатами, гидроксиды. Несколько иная картина характерна для лесостепной зоны, где уменьшается доля комплексов с ФК и увеличивается – с сульфатами и хлоридами [67]. Сходные данные о формах миграции меди, цинка, кобальта, алюминия и кадмия приведены в работе [56].

Проведенные нами термодинамические расчеты на основе среднемноголетних данных о химическом составе вод р. Обь в целом подвердили применимость указанных выше выводов для рассматриваемого участка среднего течения р. Обь (табл.3.6) и показали, что по преобладающим формам миграции алюминия, меди и цинка обские воды занимают промежуточное место между водами таежной и лесостепеной зон, тяготея при этом к последним.

Соответствие нормативам качества. Согласно [150], для р. Оби в пределах Томской области характерно повышенное относительно ПДКр содержание таких элементов, как Cu, Mn (вероятность превышения более 30 %), Zn и Al (верорятность превышения 10-30 %). Нарушение российских нормативов для объектов рыбохозяйственного назначения также может наблюдаться по содержанию Hg, Mo, V, Sr, Ni.

Преобладающие (0.01 %) растворенные формы миграции микроэлементов и железа в р. Обь и ее притоках, % от валового содержания катиона