Гидрогеохимический режим заболоченных территорий в подтаёжной зоне Западной Сибири (на примере Тимирязевского болота у г. Томска)

Актуальность работы. Болота, с одной стороны, отражают
специфические условия на водосборной территории (избыточное увлажнение,
слабая дренированность и так далее), а с другой стороны, оказывают
существенное влияние на граничащие с ними природные комплексы и
компоненты окружающей среды. В частности, в процессе возникновения и
эволюции болот происходят значительные изменения водного и геохимического
режима подземных вод, особенно в Западной Сибири, где заболоченных
отдельных водосборов может превышать 60-70 %. Всё это и определяет
актуальность исследований болот, особенно в подтаёжной зоне Западной Сибири,
где в ряде случаев процессы болотообразования протекают с относительно
большой скоростью, а последствия заболачивания или, наоборот, разрушения
болот могут негативно сказаться на социально-экономическом развитии крупных
населённых пунктов, включая административный центр Томской области –
г.Томск.
Безусловно, в изучении разных аспектов функционирования болот, в
целом, и болот Томской области, в частности, достигнуты существенные успехи
благодаря работам:
в области гидрологии болот – благодаря работам А.Д. Дубах [1936, 1944],
К.Е. Иванова [1975, Болота Западной Сибири…, 1976], С.М, Новикова и других
[1964, 1988, 1990, 1991, 1999, 2001, 2003, Болота Западной Сибири…,1976,
Гидрология заболоченных…, 2011], Б.С. Маслова [1963, 1970, 1982. 1986. 2008,
2009];
в области геоботаники и геоэкологии – работам Н.Я. Кац [1971, 1958],
М.С. Боч [1972], В.А Смагина [1982, 1984, 2010], М.И. Нейштадта [1939, 1977],
Н.И. Пьявченко [1963, 1965, 1980, 1985], Ю.А. Львова [1959, 1961, 1991], Н.Н.
Пологовой [2000, 2014], Е.Д. Лапшиной [2000, 2003, 2013], В.А. Базанова и
соавторов [2009, 2010, 2011], О.Л. Лисс и соавторов [1981, 2001, 2003], Л.И.
Инишевой [2003], С.Н. Кирпотина [Строение и динамика…, 1995. 2000],
В.К.Бахнова [2004];
в области физики и химии торфов – И.И. Лиштвана [1975,1985, 2010], Е.Т.
Базина [1966, 1985], В.Н. Ефимов [1986], Л.И. Инишевой и соавторов [1991, 1994,
1996, 1997, 1999, 2003, 2005], C.И. Смолянинова [1988, 1998, 1990], В.К.
Бернатониса и соавторов [1990, 1991, 1994, 1999, 2000, 2002, 2005, 2011], С.Г.
Маслова [1990, 1999, 2005, 2009], В.С. Архипова и соавторов [1988, 1990
1994,1998, 2000, 2005 2009], Е.Э. Езупенок [2001, 2003, 2004].
Важные результаты были получены и в части изучения гидрохимии болот:
Е.Г. Нечаевой [1981,1985], С.Л. Шварцевым [1998, 2002, 2006, 2007 2012] , Н.М.
Рассказовым и соавторами [1969, 1971, 1975, 2001,2002], О.Г. Савичевым [2002,
2003, 2004, 2006, 2008, 2009, 2010, 2011, 2012, 2013, 2014, 2015], Д.В.
Московченко [2006, 2010], Ю.А. Харанжевской [2006, 2007, 2008, 2010,
2011,2015], М.А. Здвижковым [2001, 2002, 2003, 2004, 2012] А.Д. Дубах [1940],
В.Н. Ефимова [1986], Л.И. Инишевой и соавторов [1983, 1985, 1992, 1995, 1996,
1999, 2000, 2001, 2002, 2003, 2004, 2006, 2009, 2010, 2013], В.К. Бернатониса и
соавторов [1991, 2012, 2013], В.С. Архипова и соавторов [2002, 2011, 2013], Е.Э.
Езупенок [2003, 2004], В.А. Базанов [2003,2004, 2010, 2011] и другими.
Непосредственно в Западной Сибири комплексные гидрологические,
геохимические и геоэкологические исследования в разные годы проводились
специалистами Государственного гидрологического института (ГГИ),
Московского государственного университета (МГУ), Томского государственного
университета (ТГУ), Томского политехнического университета (ТПУ),
Сибирского НИИ сельского хозяйства и торфа (СибНИИТ, г. Томск), Института
почвоведения СО РАСХН (г. Новосибирск), Института мониторинга
климатических и экологических систем СО РАН (ИМКЭС СО РАН, г. Томск),
Института водных и экологических проблем СО РАН (ИВЭП СО РАН, г.
Барнаул), Томского государственного педагогического университета. Результаты
этих исследований изложены в большом количестве статей и ряде монографий,
среди которых особо следует отметить [Болота Западной Сибири…, 1976; Лисс и
др., 2001; Гидрология заболоченных…, 2011].
Тем не менее, многие вопросы, сопряжённые, например, с изучением
закономерностей изменения химического состава болотных вод по глубине
торфяной залежи и во времени (как внутри года, так и в многолетнем разрезе),
остались недостаточно полно раскрыты, что негативно сказывается на
достоверности оценок состояния гидравлически связанных болотных и
подземных вод. В значительной степени это определяется методологической и
технической сложностью опробования болотных вод в заданной точке без
смешения вод различных горизонтов, а также трудоёмкостью болотных
исследований в целом. Также следует отметить сохраняющиеся пробелы в
понимании взаимосвязей болот с другими компонентами окружающей среды, что
затрудняет объективную оценку фактического и допустимого антропогенного
воздействия на болота и связанные с ними подземные воды. Необходимость такой
оценки имеется в районе размещения многих крупных подземных водозаборов, в
том числе и у г. Томска, расположенного в подтаёжной зоне Западной Сибири.
Всё это и определило цель и задачи рассматриваемых исследований.
Объектом исследования являются болотные и подземные воды
Тимирязевского болота переходного типа, расположенного в 2 км на юго-запад от
п. Тимирязево и 3,5 км на запад от г. Томска в левобережной части долины р.
Томи. Окраина исследуемого болота находится в 50-60 м от первой
эксплуатационной скважины Томского подземного водозабора. Выбор объекта
обусловлен его типичностью для условий подтаёжной зоны Западной Сибири и
близостью к первой очереди Томского подземного водозабора, что определяет
возможность изучения его влияния на окружающую среду. Общепризнанного
названия у исследуемого болота нет, поэтому автором используется название по
ближайшему значительному населённому пункту (п. Тимирязево).
Целью работы является выявление закономерностей
гидрогеохимического режима переходного болота в подтаёжной зоне Западной
Сибири и природно-антропогенных условий его формирования.
Задачи исследования:
1) разработка методического комплекса для проведения
гидрогеохимических исследований на болотах с целью изучения закономерностей
изменения химического состава болотных и грунтовых вод в вертикальном
разрезе торфяной залежи и во времени;
2) выявление закономерностей изменения химического состава вод
переходного болота в вертикальном разрезе торфяной залежи в течение года;
3) изучение факторов формирования гидрогеохимического режима
переходного болота, включая анализ влияния Томского подземного водозабора на
эколого-геохимическое состояние Тимирязевского болота.
Предмет исследования – гидрогеохимический режим заболоченных
территорий и условия его формирования.
Методы исследования и исходный материал: ландшафтно-
геохимический, географо-гидрологический, статистический; методы определения
концентраций растворённых в воде веществ: инверсионно-вольт-
амперометрический, атомно-абсорбционный, кондуктометрический,
потенциометрический, атомно-эмиссионная спектрометрия, ионная
хроматография, фотометрический, титриметрический. Определение химического
состава вод выполнено в аккредитованной гидрогеохимической лаборатории
Томского политехнического университета (ТПУ) с использованием
аттестованных методов и современной приборной базы.
Фактический материал. В основу диссертации положен материал,
полученный при изучении Тимирязевского болота у г. Томска (Западная Сибирь)
в течение 2010–2015 гг. Было отобрано и проанализировано 59 проб болотных
вод, выполнено определение 48 фильтрационных расходов болотных вод (с
одновременным измерением уровней болотных и грунтовых вод) в разные фазы
водного режима.
Личный вклад автора заключается в: разработке методического
комплекса гидрогеохимических исследований, включающего в себя создание и
апробацию оборудования для отбора проб болотных вод и методик его
размещения и применения; проведении полевых работ; анализе полученных
данных, формулировке и обосновании защищаемых положений, подготовке
статей для публикации.
Научная новизна работы заключается в разработке усовершенствования
методического комплекса проведения исследований условий формирования
гидрохимического режима болотных вод с позиций особенности вертикальной
зональности, просматриваемой в результате анализа впервые полученных в ходе
его применения данных, основанных на аналитической обработке результатов
лабораторных исследований проб болотных вод, отобранных на новом
качественном уровне.
Практическая значимость исследования состоит в том, что:
– разработанный комплекс для проведения гидрогеохимических
исследований болот является важным этапом развития системы экологического
мониторинга на заболоченных территориях и повышения его эффективности и
достоверности;
– выявленные с помощью разработанного методического комплекса
закономерности зонально-временных изменений химического состава болотных
вод позволяют более объективно оценивать гидрогеохимические процессы, что
важно при проектировании мероприятий по защите подземных вод от загрязнения
в процессе добычи нефти и газа на заболоченных территориях Западной Сибири и
Европейской части Российской Федерации;
– полученные с помощью разработанного методического комплекса
данные позволяют более объективно оценивать характер и степень
антропогенных воздействий на окружающую среду на заболоченных территориях
(включая влияние одного из крупнейших в России Томского подземного
водозабора).
Основные научные положения, выносимые на защиту:
1. Разработан и апробирован методический комплекс исследования
гидрогеохимических условий на болотах, представляющий совокупность
оборудования, методик его размещения, проведения гидрогеохимических