Hydrochemical runoff of rivers in various regions of Russia with wetland catchments

Abstract

В связи с интенсивным хозяйственным освоением заболоченных территорий России, возникла проблема изменения естественного фона рек, принимающих болотный сток. Вопросы влияния болот на химический состав вод рек с сильно заболоченными водосборами в современной литературе, к сожалению, изучены недостаточно. Отсутствуют и нормативы предельно допустимых сбросов промышленных вод на заболоченные территории. Актуальность данной темы заключается в количественной оценке изменения качества вод рек, принимающих болотный сток в связи с усиливающейся антропогенной нагрузкой на их водосборные территории. Наиболее надежным показателем изменения гидрохимического состояния рек под влиянием болот является сток химических веществ, позволяющий оценить степень загрязнения рек и их водосборов. Цель работы - оценка стока растворенных веществ рек, принимающих сток с разнотипных болот России – Иласского, Васюганского, Ларьянского и Тарманского – в фоновых и нарушенных условиях. На основе статистического анализа гидрохимических данных Роскомгидромета и Томского Политехнического Университета установлены среднемноголетние фоновые гидрохимические показатели болотных и речных вод (рН, общая минерализация, биогенные элементы, цветность, органические и загрязняющие вещества) за период 1958г – 2017г.. Представлена гидрохимическая характеристика рек, принимающих сток с болот различного генезиса - олиготрофных и эвтрофных, расположенных в разных регионах Российской. На основе корреляционного анализа выявлены различия формирования ионного и биогнного состава болотных и речных вод. Установлены среднемноголетние характеристики модулей стока различных химических веществ для рек, принимающих сток с разнотипных болот. Установлены диапазоны изменения ионного стока РИ для олиготрофных болот (10,7 – 25,4 т/км2 год), стока органических веществ РС (3,4 – 19,1 т/км2), стока минерального азота РN (40 – 289 кг/км2), модулей стока фосфатов PPO4 (3,1 – 8,7 кг/км2), стока общего железа PFe (252 – 287 кг/км2) и кремния PSi (569 – 1 689 кг/км2). Средние показатели ионного стока для мелиорированных олиготрофных болот изменяются в более широком интервале – от 4,5 до 52,4 т/км2, стока общего железа – от 154 до 1 434 кг/км2 и нитратного азота. На основе данных многолетних наблюдений на Тарманском болоте, расположенном на юге Западной Сибири, установлены среднемноголетние значения стока растворенных веществ для низинных болот РИ – 12,4 т/км2, РС – 1,3 т/км2, РN – 4,8 кг/км2, PPO4 – 2,3 кг/км2, PFe – 64 кг/км2, PSi – 219 кг/км2. Показано, что для внутригодового распределения модулей гидрохимического стока основная часть выносимых веществ приходится на период весеннего половодья, минимальная – на летнюю и зимнюю межень. Полученные характеристики стока различных химических веществ для рек, принимающих сток с олиготрофных и эвтрофных болот, могут быть использованы при разработке нормативов предельно допустимых сбросов загрязняющих веществ на болота и для прогноза изменения качества речных вод при хозяйственном использовании заболоченных водосборных территорий.

In connection with the intensive economic development of the swampy territories of Russia, a problem arose of the change in the natural background of the rivers receiving the marsh sink. Unfortunately, the problems of the influence of bogs on the chemical composition of river waters with heavily waterlogged catchments in modern literature have not been adequately studied. There are also no standards for the maximum permissible discharges of industrial waters into wetlands. The quality of the waters of rivers receiving marsh drain in connection with the increasing anthropogenic pressure on their catchment areas. The most reliable indicator of changes in the hydrochemical state of rivers near the marshes is the run-off of chemicals, which makes it possible to assess the degree of pollution of rivers and their catchments. The aim of this work is to estimate the run-off of the dissolved substances of the rivers that receive the runoff from the diverse bogs of Russia – Ilass bog, Vasyugan bog, Laryan bog and Tarman bog - in the background and disturbed conditions. Based on the statistical analysis of hydrochemical data of Roskomgidromet and Tomsk Polytechnic University, the mean annual hydrochemical indicators of bog and river waters (pH, total mineralization, biogenic elements, chromaticity, organic and pollutants) were established for the period 1958 - 2017. The hydrochemical characteristics of rivers receiving runoff from the marshes of different genesis - oligotrophic and eutrophic, located in different regions of the Russian. Based on the correlation analysis, differences in the formation of ionic and biogenic composition of bog and river waters are revealed. The average long-term characteristics of the drainage modules of various chemicals for rivers receiving runoff from diverse marshes have been established. The ranges of ion flow change in the РИ for oligotrophic bogs (10.7 - 25.4 tons/km2 year), the flow of РС organic matter (3.4 - 19.1 tons/km2), the flow of mineral nitrogen РN (40 - 289 kg/km2), phosphate runoff modules PPO4 (3.1 - 8.7 kg/km2), total iron PFe (252 - 287 kg/km2) and silicon PSi (569-1 689 kg/km2). The average values of ion flow for meliorated oligotrophic bogs vary over a wider range - from 4.5 to 52.4 tons/km2, total iron runoff varies from 154 to 1,434 kg/km2 and nitrate nitrogen. Based on the data of long-term observations on the Tarman swamp located in the south of Western Siberia, the mean annual values of the runoff of dissolved substances for lowland bogs of the РИ are 12.4 tons/km2, РС = 1.3 tons/km2, РN = 4.8 kg/km2), PPO4 - 2.3 kg/km2), PFe - 64 kg/km2), PSi - 219 kg/km2. It is shown that for the intra-annual distribution of the hydrochemical drainage modules the bulk of the discharged substances falls on the period of spring flood, the minimum for summer and winter low water. Obtained characteristics: the use of various chemicals for rivers that receive runoff with oligotrophic and eutrophic bogs can be used to develop standards for maximum permissible discharges of pollutants into bogs and for predicting changes in the quality of river waters in the economic use of wetland catchment areas.