Гидрогеодинамические и гидрогеохимические условия самоочищения вод Обского болота (Западная Сибирь)

Abstract

Актуальность. Хозяйственная деятельность на заболоченных территориях Западной Сибири в условиях изменения климата требует научного обоснования методики экологического мониторинга и природоохранных мероприятий. Один из эффективных способов такого обоснования с учетом дефицита наблюдений - математическое моделирование гидрогеодинамических и гидрогеохимических процессов в болотных экосистемах. Цель: выявление механизмов природно-техногенного распределения концентраций Cl- в водных вытяжках из торфов по глубине торфяной залежи. Методы: полевой эксперимент, методы определения химического состава болотных вод и водных вытяжек из торфов и минеральных отложений, методы математического моделирования. Результаты и выводы. Проведен эксперимент по изучению самоочищения эвтрофного Обского болота на юге Томской области (выпуск на поверхность болота 50 л раствора NaCl с концентрацией 20 г/дм3) и установлен характер изменения концентраций Cl- в торфяной залежи до и после выпуска раствора. Для объяснения выявленных фактов выполнены разработка и апробация математических моделей водного и геохимического режима участка торфяного болота. В результате показано, что: 1) болотные воды образуют общий поток с подземными водами в сторону реки Оби; на границе болота возможны периодические колебания напора подземных вод; 2) в нижней части торфяной залежи на исследуемом участке сформировался локальный водоупор, препятствующий распространению веществ по торфяной залежи; 3) распределение индикатора (Cl-) по торфяной залежи в значительной мере зависит не только от первоначальных объема и концентрации NaCl и наличия водоупора, но и от характера увлажнения болота. Даны рекомендации по использованию результатов моделирования.

Relevance. Economic activity in the wetlands of Western Siberia in the conditions of climate change requires scientific justification of both methods of environmental monitoring and environmental protection measures. One of the effective ways of such justification, taking into account the lack of observations, is mathematical modeling of hydrogeodynamical and hydrogeochemical processes in fen ecosystems. The aim of the research is to identify the mechanisms of natural-technogenic distribution of Cl- -concentrations in water extracts from peat over the depth of peat deposits. Methods: field experiment, methods of definition of a chemical composition of peat and water, methods of mathematical modeling. Results and conclusions. An experiment was conducted to study the self-purification of the eutrophic Obskoe fen in the south of the Tomsk region (release of 50 liters of NaCl solution with a concentration of 20 g/dm3 to the fen surface), and the nature of changes in Cl- - concentrations in peat deposits before and after the release of the solution was established. To explain the revealed facts, mathematical models of the water and geochemical regime of the peat fen site were developed and tested. As a result, it is shown that: 1) fen waters form a common flow with groundwater towards the Ob river; periodic fluctuations in groundwater pressure are possible at the border of the fen; 2) in the lower part of the peat deposit, a local water barrier has formed in the study area, preventing the spread of substances in a peat deposit; 3) distribution of the indicator (Cl- ) over the peat deposit largely depends not only on the initial volume and concentration of NaCl and the presence of a water barrier, but also on the nature of the wetness of the fen. Recommendations on the use of simulation results are given.