Информационно-аналитическая система для фундаментальных исследований экосистемы озера и его водосбора и обоснования управленческих решений в условиях возрастающего антропогенного воздействия и изменения климата
Современные системы управления ресурсами крупных озер должны быть основаны на математических моделях, которые позволяют прогнозировать состояние экосистемы в условиях глобальных изменений климата, активной эксплуатации ресурсов (водных, био, энергетических, рекреационных, транспортных) водоема и водосбора. Такие прогнозы также необходимы для обоснованной оценки экономических, социальных и культурных последствий региональных и глобальных изменений. Разработка математических моделей экосистем для управления ресурсами (water management) больших озер продолжается несколько десятилетий (DiToro and Connoly, 1982; Scavia et al., 2016; Vinçon-Leite and Casenave, 2019; Bokaniov et al., 2016). Однако, использование моделей обычно сводится к решению ограниченного круга задач и до сих пор не послужило основой создания надежных систем управления состоянием и ресурсами озер, о чем свидетельствует недавний обзор о деградации крупных озер (Scientists’ Warning to Humanity: Rapid degradation of the world’s large lakes, 2020). Все ранее разработанные модели экосистем для таких озер как Ладожское, Онежское и Байкал (Диагноз и прогноз термогидродинамики и экосистем..., 2020) не позволяли дать корректную оценку влияния на прибрежную зону и заливы озер, где именно осуществляется непосредственное воздействие точечных и диффузных источников, из-за недостаточного пространственного-временного разрешения моделей экосистем и не использования согласованной модели стока с водосбора. Таким образом, отсутствует информационно-аналитическая основа для оценки и прогнозирования динамики системы озеро-водосбор, необходимая для фундаментальных исследований и обоснования актуальных и стратегических управленческих решений. В проекте предлагается разработать модель экосистемы озера высокого разрешения и модель водосбора с использованием доступных натурных данных. В качестве пилотной основы разработана крупномасштабная эко-гидродинамическая модель Онежского озера (Savchuk, Isaev, Filatov, 2021), в основу которой была положена модель СПБЭМ, хорошо показавшая себя в ансамбле современных математических моделей экосистемы Балтийского моря (Meier et al., 2018). Таким образом, Проект направлен на разработку информационно-аналитической системы взаимосвязанных моделей озера и его водосбора необходимой для оценки современного состояния и прогностических оценок сезонных и долгосрочных изменений экосистемы Онежского озера. Фундаментальные знания, опыт и технические решения, полученные при разработке и эксплуатации ИАС, может быть использован для сохранения и рационального использования ресурсов стратегически водных объектов Российской Федерации.
1. Филатов Николай Николаевич – чл.-корр. РАН, прф., д.г.н., г.н.с., ИВПС КарНЦ РАН, Петрозаводск.
2. Исаев Алексей Владимирович - к.г.н., с.н.с. ИО РАН, г. Москва.
3. Савчук Олег Павлович - к.г.н., с.н.с. СПб ГОИН, Санкт-Петербург.
4. Калинкина Наталья Михайловна - д.б.н., проф., Заведующая лабораторией ИВПС КарНЦ РАН, Петрозаводск.
5. Кондратьев Сергей Алексеевич.- д.ф-м.н., Заместитель директора ИНОЗ РАН, Санкт-Петербург.
6. Исакова Ксения Валерьевна инженер-исследователь лаборатории гидробиологии ИВПС КарНЦ РАН, Петрозаводск.
7. Расулова Анна Мурадовна - к.ф.-м.н., н.с.ИНОЗ РАН, Санкт-Петербург.
8. Баклагин Вячеслав Николаевич - к.т.н., с.н.с. лаборатории географии и гидрологии ИВПС КарНЦ РАН, Петрозаводск.
9. Новикова Юлия Сергеевна - стажер-исследователь, ИВПС КарНЦ РАН, Петрозаводск.
10. Галахина Наталья Евгеньевна - к.х.н., н.с. лаборатории гидрохимии ИВПС КарНЦ РАН, Петрозаводск.
В гидрохимическую базу данных по Онежскому озеру и его притокам вошли следующие показатели: БПК5, биогенные элементы (NH4+, NO2-, NO3-, Nобщ, Рмин, Робщ, кремний) и кислород. В базу по Онежскому озеру не вошли данные 1961-1990 гг. по причине их несопоставимости с периодом 1992-2021 гг. в связи с тем, что за 60-летний период изменились методы анализа некоторых химических показателей. Так, визуальное определение и титрование, широко применявшееся для большинства показателей в середине прошлого века, постепенно было заменено аппаратными средствами измерений, исключающими элемент субъективной оценки и имеющие более высокие точность и воспроизводимость результатов анализа.
Методы химического анализа, применявшиеся в различное время для определения рассматриваемых химических показателей
|
Показатель |
Метод определения |
Период |
Результаты сравнения |
Ссылки |
|
NO3- |
1. Дифениламиновый |
До 1986 |
(1) и (2) дают существенное завышение результатов и не применимы для поверхностных вод по сравнению с (3) |
(Лозовик, 2006) |
|
2. С салициловой кислотой |
||||
|
3. Восстановление на Cd-Cu редукторе |
С 1986 |
|||
|
Pобщ |
1. По Кельдалю |
До 1988 |
(1) дает существенное завышение результатов по сравнению с (2) от 20 до 50% |
(Лозовик, 2006) |
|
2. Персульфатный |
С 1988 |
Определение Pобщ осуществлялось двумя способами путем его перевода в растворимые формы: по Кельдалю, применявшийся до 1988 г., и путем окисления с персульфатом аммония на кипящей водной бане, используемый и в настоящее время. Первый метод дает существенное завышение результатов анализа (от 20 до 50%) по сравнению со вторым [Лозовик, 2006].
Метод определения нитрат-ионов с салициловой кислотой, применявшийся до 1986 г. завышает результаты определения, поскольку анализ осуществляется в сухом остатке с обработкой пробы серной кислотой, что приводит к обугливанию органических веществ и увеличению оптической плотности раствора [Лозовик, 2006].
Пелагическая часть озера, в которую были объединены Центральное Онего, Большое, Малое и Южное Онего, Петрозаводская и Кондопожская губы, Повенецкий и Заонежский заливы, сохраняет высокое качество воды [Galakhina et al., 2022], которое существенно не изменилось за последние несколько десятилетий. Статистическая обработка химических данных за 30-летний период (1992-2021 гг.) показала, что в пелагической части Онежского озера в целом, а также в отдельных ее районах (Центральном и Южном районах, Заонежском заливе, Малом и Большом Онего) наблюдается снижение концентрации N-NO3 (тест Пирсона, p << 0,01), тогда как тенденции в изменении концентрации Pобщ в этих районах отсутствуют (тест Пирсона, p > 0,01) [Galakhina et al., 2022]. С одной стороны, снижение концентрации нитратов может быть связано с увеличением их потребления в результате протекания продукционных процессов [Dove, Chapra, 2015]. С другой стороны, это может быть следствием изменения азотной нагрузки от атмосферных осадков [De Pinto et al., 1986]. Сейчас трудно установить точную причину данного тренда, но в любом случае это является плохим знаком для экосистемы озера в целом. В связи с этим соотношение минерального азота (Nмин = N-NO3 + N-NH4 + N-NO2) к Pобщ может быть применено для оценки лимитирования БЭ в озере [Dove, Chapra, 2015]. В настоящее время в пелагической части озера оно имеет тенденцию к снижению с 33,7 в 1992-1995 гг. до 23,7 мг N/мг P [Galakhina et al., 2022]. В данный момент он намного выше по сравнению с коэффициентом Редфилда (7,2 мг N/мг P), что можно объяснить снижением лимитирования фосфором, но в будущем это может привести к постепенному эвтрофированию озера [Dove, Chapra, 2015].
В результате статистического анализа данных химического состава, полученных в 2019-2021 гг., установлено, что Кондопожская и Петрозаводская губы, Кижские шхеры, подверженные значительному антропогенному воздействию, существенно отличаются от центральной части Онежского озера [Galakhina et al., 2022]. Для периода 1992-2021 гг. в воде Кижских шхер установлены тренды снижения концентрации Pобщ, и нитратов (тест Пирсона, p << 0,01) [Galakhina et al., 2022], что может быть связано со снижением антропогенного воздействия.
Химический состав воды Петрозаводской губы находится под влиянием трех мощных факторов: стока р. Шуя, сточных вод г. Петрозаводска и озерных вод. Река Шуя является причиной высокого содержания ОВ, взвешенных веществ, Fe, Pобщ, а также низкой минерализации и pH в воде Петрозаводской губы, и тем самым ухудшает ее качество, особенно зимой и весной. Поступление в залив сточных вод очистных сооружений как источника аммония, нитратов и фосфатов по-прежнему сказывается на содержании БЭ в заливе, особенно зимой в придонном слое. Вода высокого качества, поступающая из центральной части озера, благоприятно влияет на Петрозаводскую губу, улучшая ее качество. Благодаря гидродинамическим процессам химический состав воды в Петрозаводской губе летом и осенью наиболее близок к центральной части озера, тогда как в зимне-весенний период в большей степени соответствует водам р. Шуя.
В период с 1992 по 2021 гг. на некоторых станциях в Петрозаводской губе (ст. P1-P5) в эпилимнионе (10 м) в весенний период наблюдался тренд увеличения концентрации Pобщ [Galakhina et al., 2022], что согласуется с ранее описанными тенденциями для ст. P2 [Kalinkina et al., 2020] и подтверждает влияние стока р. Шуя на изменение содержания Pобщ в заливе. На ст. P7 (рядом с очистными сооружениями г. Петрозаводска) какая-либо динамика содержания Pобщ в этот период не выявлена [Galakhina et al., 2022]. В течение последних тридцати лет в Петрозаводской губе во все сезоны наблюдается тренд снижения нитратов, ставший причиной уменьшения соотношения Nмин:Pобщ [Galakhina et al., 2022]. Гипотетически, уменьшение концентрации нитратов в Петрозаводской губе может быть связано с увеличением их поглощения в результате протекания продукционных процессов, вызванным увеличением концентрации Pобщ. Аналогичный эффект потребления нитратов ранее был отмечен для высокопродуктивного оз. Эри [Dove, Chapra, 2015].
На химический состав воды Кондопожской губы влияние оказывают сток р. Суны, сточные воды Кондопожского целлюлозно-бумажного комбината [Сабылина, 2015], а также форелевые хозяйства [Галахина, Зобков, 2022]. При этом речной сток способствует улучшению качества воды в вершине губы в результате разбавления, одновременно усиливая перенос загрязняющих веществ в открытую часть озера. Тогда как сточные воды комбината и форелевые хозяйства являются главными источниками поступления в залив ОВ и БЭ [Сабылина, Рыжаков, 2007; Galakhina et al., 2022, Галахина, Зобков, 2022].
Влияние форелевых хозяйств на химический состав воды Кондопожской губы существенно усиливается в зимний период [Галахина, Зобков, 2022]. По данным, полученным в марте-апреле 2022 г., в придонном слое воды рядом с садками происходило накопление минерального фосфора (до 787 мкг/л) и ионов аммония (до 0,40 мгN/л), а также наблюдался дефицит кислорода (0,8 мг/л), вызванный окислением органического вещества. В период открытой воды 2019-2021 гг. придонный слой воды у садков также отличался повышенными концентрациями Робщ (до 86 мкг/л с преобладанием минеральных форм (69%)) и аммония (до 0,09 мгN/л) [Zobkov et al., 2022].
В центральной части Кондопожской губы, в которой расположены форелевые хозяйства, с 1992 г. по настоящее время наблюдается тренд увеличения концентрации Pобщ (тест Пирсона, p << 0,01), тогда как в вершине и внешней части залива какая-либо динамика Робщ не выявлена (тест Пирсона, p > 0,01) [Galakhina et al., 2022]. Это указывает на то, что форелевые хозяйства способствуют расширению зоны эвтрофирования в Кондопожской губе и вместе со сточными водами ЦБК оказывают влияние на содержание БЭ в ней. В то же время во всей губе наблюдается статистически значимое снижение соотношения Nмин:Pобщ (тест Пирсона, p << 0,01) [Galakhina et al., 2022].
В крупнейших заливах озера обнаружена тенденция увеличения содержания Робщ: в Петрозаводской губе – за счет влияния р. Шуи, в Кондопожской – в результате совместного функционирования форелевых хозяйств и деятельности ЦБК. В пелагиали Онежского озера снижение соотношения Nмин:Pобщ за последние тридцать лет может трактоваться как один из признаков начинающегося процесса эвтрофирования.
Пелагическая часть озера, в которую были объединены Центральное Онего, Большое, Малое и Южное Онего, Петрозаводская и Кондопожская губы, Повенецкий и Заонежский заливы, сохраняет высокое качество воды [Galakhina et al., 2022], которое существенно не изменилось за последние несколько десятилетий. Статистическая обработка химических данных за 30-летний период (1992-2021 гг.) показала, что в пелагической части Онежского озера в целом, а также в отдельных ее районах (Центральном и Южном районах, Заонежском заливе, Малом и Большом Онего) наблюдается снижение концентрации N-NO3 (тест Пирсона, p << 0,01), тогда как тенденции в изменении концентрации Pобщ в этих районах отсутствуют (тест Пирсона, p > 0,01) [Galakhina et al., 2022]. С одной стороны, снижение концентрации нитратов может быть связано с увеличением их потребления в результате протекания продукционных процессов [Dove, Chapra, 2015]. С другой стороны, это может быть следствием изменения азотной нагрузки от атмосферных осадков [De Pinto et al., 1986]. Сейчас трудно установить точную причину данного тренда, но в любом случае это является плохим знаком для экосистемы озера в целом. В связи с этим соотношение минерального азота (Nмин = N-NO3 + N-NH4 + N-NO2) к Pобщ может быть применено для оценки лимитирования БЭ в озере [Dove, Chapra, 2015]. В настоящее время в пелагической части озера оно имеет тенденцию к снижению с 33,7 в 1992-1995 гг. до 23,7 мг N/мг P [Galakhina et al., 2022]. В данный момент он намного выше по сравнению с коэффициентом Редфилда (7,2 мг N/мг P), что можно объяснить снижением лимитирования фосфором, но в будущем это может привести к постепенному эвтрофированию озера [Dove, Chapra, 2015].
В результате статистического анализа данных химического состава, полученных в 2019-2021 гг., установлено, что Кондопожская и Петрозаводская губы, Кижские шхеры, подверженные значительному антропогенному воздействию, существенно отличаются от центральной части Онежского озера [Galakhina et al., 2022]. Для периода 1992-2021 гг. в воде Кижских шхер установлены тренды снижения концентрации Pобщ, и нитратов (тест Пирсона, p << 0,01) [Galakhina et al., 2022], что может быть связано со снижением антропогенного воздействия.
Химический состав воды Петрозаводской губы находится под влиянием трех мощных факторов: стока р. Шуя, сточных вод г. Петрозаводска и озерных вод. Река Шуя является причиной высокого содержания ОВ, взвешенных веществ, Fe, Pобщ, а также низкой минерализации и pH в воде Петрозаводской губы, и тем самым ухудшает ее качество, особенно зимой и весной. Поступление в залив сточных вод очистных сооружений как источника аммония, нитратов и фосфатов по-прежнему сказывается на содержании БЭ в заливе, особенно зимой в придонном слое. Вода высокого качества, поступающая из центральной части озера, благоприятно влияет на Петрозаводскую губу, улучшая ее качество. Благодаря гидродинамическим процессам химический состав воды в Петрозаводской губе летом и осенью наиболее близок к центральной части озера, тогда как в зимне-весенний период в большей степени соответствует водам р. Шуя.
В период с 1992 по 2021 гг. на некоторых станциях в Петрозаводской губе (ст. P1-P5) в эпилимнионе (10 м) в весенний период наблюдался тренд увеличения концентрации Pобщ [Galakhina et al., 2022], что согласуется с ранее описанными тенденциями для ст. P2 [Kalinkina et al., 2020] и подтверждает влияние стока р. Шуя на изменение содержания Pобщ в заливе. На ст. P7 (рядом с очистными сооружениями г. Петрозаводска) какая-либо динамика содержания Pобщ в этот период не выявлена [Galakhina et al., 2022]. В течение последних тридцати лет в Петрозаводской губе во все сезоны наблюдается тренд снижения нитратов, ставший причиной уменьшения соотношения Nмин:Pобщ [Galakhina et al., 2022]. Гипотетически, уменьшение концентрации нитратов в Петрозаводской губе может быть связано с увеличением их поглощения в результате протекания продукционных процессов, вызванным увеличением концентрации Pобщ. Аналогичный эффект потребления нитратов ранее был отмечен для высокопродуктивного оз. Эри [Dove, Chapra, 2015].
На химический состав воды Кондопожской губы влияние оказывают сток р. Суны, сточные воды Кондопожского целлюлозно-бумажного комбината [Сабылина, 2015], а также форелевые хозяйства [Галахина, Зобков, 2022]. При этом речной сток способствует улучшению качества воды в вершине губы в результате разбавления, одновременно усиливая перенос загрязняющих веществ в открытую часть озера. Тогда как сточные воды комбината и форелевые хозяйства являются главными источниками поступления в залив ОВ и БЭ [Сабылина, Рыжаков, 2007; Galakhina et al., 2022, Галахина, Зобков, 2022].
Влияние форелевых хозяйств на химический состав воды Кондопожской губы существенно усиливается в зимний период [Галахина, Зобков, 2022]. По данным, полученным в марте-апреле 2022 г., в придонном слое воды рядом с садками происходило накопление минерального фосфора (до 787 мкг/л) и ионов аммония (до 0,40 мгN/л), а также наблюдался дефицит кислорода (0,8 мг/л), вызванный окислением органического вещества. В период открытой воды 2019-2021 гг. придонный слой воды у садков также отличался повышенными концентрациями Робщ (до 86 мкг/л с преобладанием минеральных форм (69%)) и аммония (до 0,09 мгN/л) [Zobkov et al., 2022].
В центральной части Кондопожской губы, в которой расположены форелевые хозяйства, с 1992 г. по настоящее время наблюдается тренд увеличения концентрации Pобщ (тест Пирсона, p << 0,01), тогда как в вершине и внешней части залива какая-либо динамика Робщ не выявлена (тест Пирсона, p > 0,01) [Galakhina et al., 2022]. Это указывает на то, что форелевые хозяйства способствуют расширению зоны эвтрофирования в Кондопожской губе и вместе со сточными водами ЦБК оказывают влияние на содержание БЭ в ней. В то же время во всей губе наблюдается статистически значимое снижение соотношения Nмин:Pобщ (тест Пирсона, p << 0,01) [Galakhina et al., 2022].
В крупнейших заливах озера обнаружена тенденция увеличения содержания Робщ: в Петрозаводской губе – за счет влияния р. Шуи, в Кондопожской – в результате совместного функционирования форелевых хозяйств и деятельности ЦБК. В пелагиали Онежского озера снижение соотношения Nмин:Pобщ за последние тридцать лет может трактоваться как один из признаков начинающегося процесса эвтрофирования.
Классификация типов подстилающей поверхности на водосборе Онежского озера по данным коллекции CGLS
Цвет |
Код цвета |
Класс |
Описание класса |
FFBB22 |
20 |
Кустарники. Древесные многолетние растения с устойчивыми и одеревеневшими стеблями, без выраженного главного стебля, высотой менее 5 м. Кустарниковая листва может быть как вечнозеленой, так и листопадной. |
|
FFFF4C |
30 |
Травянистая растительность. Растения без устойчивого стебля или побегов над землей и без определенной твердой структуры. Покрытие древесно-кустарниковой растительностью менее чем на 10 %. |
|
F096FF |
40 |
Возделываемая и управляемая растительность / сельское хозяйство. Земли, покрытые однолетними культурами с последующим сбором урожая и периодом голой почвы (например, одно- и многосекционные системы). |
|
FA0000 |
50 |
Городские территории/застройки. На территории находятся здания и другие искусственные сооружения. |
|
B4B4B4 |
60 |
Голая/редкая растительность. Земли с открытой почвой, песком или камнями. Никогда не имеют более чем 10 % растительного покрова в любое время года. |
|
0032C8 |
80 |
Постоянные водоемы. Озера, водохранилища и реки. Могут быть как пресными, так и солеными. |
|
0096A0 |
90 |
Травянистое болото. Земли с постоянной смесью воды и травянистой или древесной растительности. Растительность может присутствовать в соленой, солоноватой или пресной воде. |
|
58481F |
111 |
Сомкнутый лес, вечнозеленый игольчатый лист. Сомкнутость полога деревьев больше 70 %, почти все хвойные деревья остаются зелеными круглый год. Навес никогда не бывает без зеленой листвы. |
|
70663E |
113 |
Сомкнутый лес, лиственный игольчатый лист. Сомкнутость полога деревьев больше 70 %. Территория состоит из сезонных хвойных древесных сообществ с годовым циклом периодов облиственности и распускания листьев. |
|
00CC00 |
114 |
Сомкнутый лиственный лес. Сомкнутость полога деревьев больше 70 %. На площади преобладают сезонные лиственные древесные сообщества с годовым циклом периодов появления и отсутствия листьев. |
|
4E751F |
115 |
Сомкнутый лес, смешанный. |
|
007800 |
116 |
Закрытый лес, не соответствующий ни одному из других определений. |
|
666000 |
121 |
Открытый лес вечнозеленый игольчатый лист. Верхний ярус – деревья 15–70 %, второй ярус – смешанный из кустарников и лугов. Почти все хвойные деревья остаются зелеными круглый год. Навес никогда не бывает без зеленой листвы. |
|
8D7400 |
123 |
Редкий лес, листопадный лиственный. Верхний ярус – деревья 15–70 %, второй ярус – смешанный из кустарников и лугов, состоит из сезонных лиственных древесных сообществ с годовым циклом периодов появления и отсутствия листвы. |
|
A0DC00 |
124 |
Редкий листопадный лиственный лес. Верхний ярус – деревья 15-70 % и второй ярус – смешанный из кустарников и лугов, состоит из сезонных лиственных древесных сообществ с годовым циклом периодов появления и отсутствия листвы. |
|
929900 |
125 |
Редкий смешанный лес. |
|
648C00 |
126 |
Открытый лес, не соответствующий ни одному из других определений. |
Значение площадей различных подстилающих поверхностей по данным коллекции CGLS на территории частных водосборов Онежского озера.
Класс подстилающей поверхности |
р. Шуя |
р. Суна |
р. Водла |
Восточные притоки |
Южные притоки |
Заонежье |
Западные притоки |
|||||||
км2 |
% |
км2 |
% |
км2 |
% |
км2 |
% |
км2 |
% |
км2 |
% |
км2 |
% |
|
20 |
43.49 |
0.46 |
64.51 |
0.92 |
600.23 |
4.29 |
77.54 |
2.07 |
86.69 |
0.96 |
9.95 |
0.21 |
0.53 |
0.04 |
30 |
192.74 |
2.06 |
132.27 |
1.89 |
188.35 |
1.35 |
30.34 |
0.81 |
224.11 |
2.49 |
27.80 |
0.60 |
10.96 |
0.93 |
40 |
156.55 |
1.67 |
12.46 |
0.18 |
59.27 |
0.42 |
4.32 |
0.12 |
162.81 |
1.81 |
43.97 |
0.94 |
21.15 |
1.80 |
50 |
11.73 |
0.13 |
5.42 |
0.08 |
2.57 |
0.02 |
0.28 |
0.01 |
7.56 |
0.08 |
2.55 |
0.05 |
12.65 |
1.08 |
60 |
0.06 |
0.00 |
0.06 |
0.00 |
0.03 |
0.00 |
0.00 |
0.00 |
0.05 |
0.00 |
0.01 |
0.00 |
0.02 |
0.00 |
80 |
942.75 |
10.06 |
663.83 |
9.47 |
682.46 |
4.88 |
159.62 |
4.27 |
285.51 |
3.17 |
629.71 |
13.50 |
20.01 |
1.70 |
90 |
35.62 |
0.38 |
31.52 |
0.45 |
780.64 |
5.59 |
17.03 |
0.46 |
62.30 |
0.69 |
4.01 |
0.09 |
1.16 |
0.10 |
111 |
4690.06 |
50.06 |
4115.27 |
58.68 |
5779.54 |
41.35 |
1928.52 |
51.57 |
1650.71 |
18.35 |
1999.77 |
42.88 |
486.74 |
41.39 |
114 |
283.00 |
3.02 |
146.96 |
2.10 |
631.57 |
4.52 |
123.41 |
3.30 |
1851.57 |
20.58 |
400.69 |
8.59 |
120.91 |
10.28 |
115 |
1958.72 |
20.91 |
1009.22 |
14.39 |
3302.94 |
23.63 |
975.38 |
26.08 |
3593.37 |
39.94 |
1128.67 |
24.20 |
441.01 |
37.50 |
116 |
365.53 |
3.90 |
250.72 |
3.58 |
690.91 |
4.94 |
146.19 |
3.91 |
615.07 |
6.84 |
140.28 |
3.01 |
22.90 |
1.95 |
121 |
172.66 |
1.84 |
117.55 |
1.68 |
111.16 |
0.80 |
38.26 |
1.02 |
15.08 |
0.17 |
39.00 |
0.84 |
6.84 |
0.58 |
124 |
0.90 |
0.01 |
0.16 |
0.00 |
0.32 |
0.00 |
0.06 |
0.00 |
6.74 |
0.07 |
0.73 |
0.02 |
0.16 |
0.01 |
125 |
13.77 |
0.15 |
3.76 |
0.05 |
9.09 |
0.07 |
3.22 |
0.09 |
6.99 |
0.08 |
4.32 |
0.09 |
1.74 |
0.15 |
126 |
502.01 |
5.36 |
458.79 |
6.54 |
1137.69 |
8.14 |
235.46 |
6.30 |
427.40 |
4.75 |
232.10 |
4.98 |
29.18 |
2.48 |
Общая площадь водосбора |
9369.57 |
7012.50 |
13976.76 |
3739.63 |
8995.94 |
4663.54 |
1175.94 |
|||||||
Притоками Онежского озера являются 194 реки, из которых лишь 57 имеют длину более 10 км и лишь 4 реки имеют протяженность более 100 км. 59,9 % площади водосбора Онежского озера занято водосборами 3 основных притоков: рек Шуя (площадь водосбора 10,26 тыс. км2), Суна (6,79 тыс. км2), Водла (13,64 тыс. км2). После строительства в 1953 г. на р. Свирь Верхне–Свирской ГЭС, водосборная площадь Верхне–Свирского водохранилища составила 55772 км2, площадь зеркала – до 9774 км2. Для расчета элементов водного баланса Онежского озера был выбран период с 1956 по 2017 гг. (60 лет), после превращения озера в водохранилище. Для расчета составляющих элементов водного баланса получены сведения об объеме притока воды, поступающего с водосборной площади Онежского озера; количество осадков, выпадающих на зеркало водоема; испарения с акватории озера; объем стока р. Свирь. Методы определения всех характеристик изложена в работе [Балаганский и др., 2020]. Среднемноголетний приток в Онежское озеро с водосборной площади составляет 17,3 км3. Среднее количество осадков на зеркало Онежского озера за период 1956–2015 гг. составляет 6.4 (8,32-5,04) км3. Доля осадков в общем объеме приходной части составляет 27%. В течение исследуемого периода доля осадков от среднего составляла от 25% (1962 год) до 60% (1973 год). В зависимости от водности года доля осадков составляла от 50% - в маловодный 1960 год и - до 25% в многоводный 1962 г. Анализ временной изменчивости элементов водного баланса Онежского озера показал, что отсутствуют значимые тренды за последние 60 лет. В маловодные годы доля общего притока с водосбора озера уменьшалась до 60 % (1960 г.), в многоводном 1962 г. речной приток составлял 78 % общего прихода. Анализ полученного временного ряда среднегодового притока в Онежское озеро позволяет сделать вывод, что закономерности колебаний стока за последние 25 лет существенно не изменились в сравнении с предшествующим периодом (1956-1990 гг.).
Изменчивость суммарного среднегодового притока воды в Онежское озеро с водосборной площади за период 1956-2016 гг. в км3/год
По данным измерений изменчивости стока рек в Онежское озеро нет значимых трендов, отмечаются квазипериодические колебания с временными масштабами несколько лет. Подземный приток в озеро составляет менее 2 %. Анализ изменчивости элементов водного баланса и уровня воды в Онего показывает, что при заметном потеплении климата на водосборе озера, осадки на акваторию Онего и испарение с его поверхности имеют небольшой положительный тренд, однако суммарный приток, так же как и сток из озера р. Свирь из Онего (Верхне-Свирского водохранилища) не имеют тренда [Балаганский и др., 2020]. Климатические изменения на водосборе отражаются на гидрологическом режиме и в основном на ее зимнем стоке.
Изменения и изменчивость климата за период более, чем 100 лет на водосборе Онежского озера изучены как по данным натурных измерений на станциях и постах Росгидромета, так и с использованием баз данных (БД) с применением реанализа достаточно надежно [Выручалкина, Панин, 2020; Климат Карелии, 2004; Крупные озера и водохранилища, 2015; Назарова и др. 2022; Filatov et al, 2019]. Ранее по результатам исследований климата на водосборе Онежского озера по гранту РНФ 14-17-00740 «Озера России – диагноз и прогноз состояния экосистем при климатических и антропогенных воздействиях» были исследованы региональные особенности климата и оценено влияние изменений климата на гидрологические и химико-биологические характеристики озера [Диагноз и прогноз.., 2020; Руховец, Филатов, 2014]. По данным работ [Назарова и др., 2022; Filatov et al, 2019] показано, что в период с 1955 по 2020 г. температура воздуха на водосборе Онежского озера, выпавшие осадки и испарение имели тенденцию к росту, тогда как приток, сток в озеро и уровни воды не имели значимого тренда. Было показано, что термический и ледовый режим озера чувствителен к климатическим изменениям. Продемонстрировано, что продолжительность ледовитости Онежского озера за тот же период сократилась примерно на 20 дней. В работе [Filatov et al, 2019] показано, что потепление климата последние 3 десятилетия на водосборе привело к сезонным и многолетним изменениям состава вод, поступающих с речным стоком, и самого водосбора.
По обновленным данным в рамках гранта РНФ № 22-17-00193 уточнены особенности изменений климата на водосборе Онежского озера. На рисунке представлено изменение средней годовой температуры воздуха на территории водосбора Онежского озера за 1930 -2020 гг.
Изменение средней годовой температуры воздуха на территории водосбора Онежского озера за 1930 -2020 гг. По данным на станциях Росгидромета: Медвежьегорск (1); Кондопога (2); Пудож (3); Петрозаводск (4); Вытегра (5).
В условиях потепления климата отмечаются более мягкие зимы, увеличивается число и продолжительность оттепелей. Жидкие и смешанные осадки зимой способствуют обводнению почв и вымыванию гумуса [Назарова и др. 2022]. Полученные результаты свидетельствуют о значимом тренде возрастания среднегодовой температуры воздуха на водосборе Онежского озера. Отмечаются также квазициклические флуктуации с временными масштабами порядка нескольких и 30 лет. Начиная с 1989 г. по 2020 г. температура воздуха превышала климатическую норму 1961–1990 гг. на 0.9–1.2°C. На севере Онежского озера (МС Медвежегорск) климатическая норма в 1991-2020 гг. возросла в два раза с 1.5 до 2.9°C, в средней части озера (МС Петрозаводск) с 2.2°C до 3.2°C, а на юге озера - с 2.6.°C до 3.8°C.
Среднемноголетняя температура воздуха (норма) на станциях, расположенных вокруг Онежского озера, ˚С за 1931-2020 гг.
Метеостанции |
1931-1960 |
1961-1990 |
1991-2020 |
Медвежьегорск |
1.5 |
1.5 |
2.9 |
Петрозаводск |
2.2 |
2.4 |
3.7 |
Пудож |
2.2 |
2.2 |
3.2 |
Вытегра |
2.6 |
2.7 |
3.8 |
В работе [Назарова и др., 2022] по среднемесячным данным для этих же станций показано, что в зимний период температура воздуха возрастает на 1.7–3.0°C. Возрастает частота зимних оттепелей и при этом уменьшилась глубина промерзания почв, увеличиваются запасы влаги в почвах.
 |
 |
| а | б |
Средняя месячная температура воздуха за периоды 1961-1990 (1) и 1991-2020 (2) по данным наблюдений МС Петрозаводск (а) и Медвежьегорск (б). (Л.Е.Назарова, 2022, из доклада на конференции «Оценка состояния ресурсов экосистем озер и морей в условиях современных изменений климата и социо-экономического развития»)
За период 1961–1990 гг. годовое количество осадков составляло в среднем 570 мм, за период 1961–2019 гг. оно увеличилось до 610 мм. В многолетней динамике сумм атмосферных осадков холодного периода года (октябрь–март) отмечаются тенденции как к увеличению, так и снижению количества выпадающих осадков. В последние годы наблюдается положительная динамика этого показателя [Назарова и др., 2022].
Изменчивость годовых сумм атмосферных осадков, мм, по станции МС Петрозаводск (Л.Е.Назарова, 2022, из доклада на конференции «Оценка состояния ресурсов экосистем озер и морей в условиях современных изменений климата и социо-экономического развития»)
Изучены наиболее значимые индикаторы влияния изменений климата на озерные экосистемы – температура вод и ледяной покров [Sharma, S., et al. 2015]. Повышение температуры воздуха влияет на температуру воды озера. По данным многолетних наблюдений температуры воздуха и поверхностности воды (ТПВ), рассчитанной по данным ГМС Петрозаводск (Онежское озеро), оценим закономерности изменчивости ТПВ за период с 1955 по 2016 г. В работе [Filatov et al., 2019] рассмотрено влияние климата на изменения температуры поверхности воды Онего по данным измерений. Статистически значимые линейные тренды (p<0,01) средней температуры поверхности воды (ТПВ) составили 0,40°С/декаду для Петрозаводской губы (Онежское озеро). Средние скорости повышения температуры поверхностных вод за период потепления составляют 0,040°С/год для Онежского озера. Среднее значение ТПВ увеличилось на 2,2°С в Онежском озере за период наблюдений с 1955 г. Темпы роста ТПВ с 1976 составили 0,069°С/год. Подобные тенденции отмечаются на озерах С.Америки [Sharma, S., et al. 2015].
Средняя за июнь-октябрь температура поверхности воды (ТПВ) в прибрежной зоне Петрозаводской губы Онежского озера (за период с 1955 по 2016 г. а) данные Госгидромета, б) сплошная линия — тренд ТПВ. [Fialtov et al., 2019]
Анализ используемых в работе спутниковых данных по концентрации Хл-а показал, что массив GlobColour обеспечивает в значительной степени бОльшим пространственно-временной покрытием, чем данные OC-CCI. Данные GlobColour обеспечили 85% покрытие по среднему значению концентрации Хл-а за период 1998-2022, в то время как в случае OC-CCI - лишь за 9-ти летний период: с 2002-2011. Проведенный регрессионный анализ временных рядов сезонных значений концентрации Хл-а показал, что многолетняя изменчивость средней сезонной концентрации Хл-а в поверхностных водах Онежского озера за период 1998-2022 гг. не обнаруживает статистически значимого тренда.
Средние за сезон (май-октябрь) значения Хл-а в поверхностных водах Онежского озера за период 1998-2022 гг., рассчитанные по данным спутниковых наблюдений: 1 –GlobColour; 2 – OC-CCI.
Можно отметить, что между временными рядами данных GlobColour и OC-CCI имеется умеренная корреляционная связь (коэффициент парной корреляции средних сезонных значений составляет 0,37), однако значения концентрации Хл-а в поверхностных водах Онежского озера согласно данным OC-CCI, имеют более высокие значения (в среднем в 3 раза), чем полученные по данным GlobColour.
Результаты сравнения спутниковых данных с имеющимися опубликованными натурными данным, полученными в результате экспедиционных исследований показали, что данные GlobColour в большей степени согласуются с натурными данными, собранными с исследовательских судов на Онежском озере (Калинкина и др., 2017; Калинкина и др., 2021; Крупнейшие…, 2015; Теканова, Тимакова, 2006; Теканова и др., 2018), чем данные OC-CCI (таблица 10) – средние значения абсолютных ошибок за период 1998-2020 гг. составляют 2,97 мкг/л (n=509) и 5.24 мкг/л (n=33) соответственно.
В связи с этим, статистическая оценка межгодовой изменчивости концентрации Хл-а в поверхностных водах Онежского озера выполнена по данным GlobColour.
Средние значения абсолютных ошибок (, мкг/л) спутниковых данных восстановления концентрации Хл-а за периоды 1998-2022 и 2002-2011 гг. соответственно по данным GlobColour и OC-CCI на основе сравнения с результатами экспедиционных исследований за период 1998-2022 гг. (Крупнейшие…, 2015; Калинкина и др., 2017; Калинкина и др., 2021; Теканова, Тимакова, 2006; Теканова и др., 2018, Сабылина и др., 2018).
|
Районы |
GlobalColour |
ОС-CCI |
|
Южное Онего |
2,11 |
4,36 |
|
Центральное Онего |
2,09 |
4,71 |
|
Большое Онего |
3,23 |
5,76 |
|
Малое Онего |
3,72 |
6,31 |
|
Петрозаводская губа |
3,40 |
7,34 |
|
Кондопожская губа |
3,56 |
6,16 |
|
Заонежский залив |
2,69 |
- |
|
Повенецкий залив |
2,75 |
9,60 |
В пользу сделанного выбора использования данных свидетельствует и тот факт, что полученные значения концентрации Хл-а (мкг/л) в ходе экспедиционных исследований в августе 2017 г. варьируют в интервале 2,0-3,2 мкг/л для вод центральной и южной частей Онежского озера (Теканова и др., 2018) и оказываются в близком соответствии с оценками значения этого параметра (2,47 мкг/л) на тот же год и месяц по данным GlobColour в августе 2017 года. Осредненные концентрации Хл-а в июне на основе собранных натурных данных за период 2001-2019 гг. для вод центральной части Онежского озера также имеют значения схожие с полученными по данными GlobColour и составляют соответственно 0,3-0,9 мкг/л и 0,89 мкг/л (Калинкина и др., 2021).
Максимальные (более 3 мкг/л) значения сезонной концентрации Хл-а в поверхностных водах акватории Онежского озера за рассматриваемый период по данным GlobColour наблюдались в 2002, 2003, 2016 и 2018 гг.; при этом максимальное среднемесячное значение концентрации Хл-а отмечалось в сентябре 2003 г. (более 6 мкг/л); минимальные значения концентрации Хл-а зарегистрированы в 2012, 2013 гг. (менее 0,6 мкг/л). Максимальное среднее значение концентрации Хл-а за июнь в центральной части Онежского озера отмечалось в 2020 г. (3,22 мкг/л), что весьма хорошо согласуется со значением концентрации Хл-а (2,48 мкг/л), за этот период, полученными в ходе экспедиционных исследований изучения реакции экосистемы Онежского озера в весенне-летний период на аномально высокую температуру воздуха зимой 2019-2020 гг.
Следует отметить, что концентрация Хл-а в целом по акватории озера распределяется приблизительно равными значениями, однако в июне, июле, августе можно наблюдать более высокие значения в Уницкой губе (3,0-6,0 мкг/л), Повенецком заливе (3,0-4,0 мкг/л), а также в южной части Онежского озера (2,5-3,0 мкг/л). В сентябре и октябре высокие значения концентрации Хл-а отмечаются в Заонежском заливе (4,0-4,5 мкг/л). Эти результаты согласуются с пространственными распределениями концентрации Хл-а, полученными по спутниковым данным MERIS/ENVISAT (англ. Environmental Satellite) (Крупнейшие…, 2015): по обоим источникам данных в некоторых заливах Онежского озера зафиксированы высокие концентрации Хл-а.
Сравнение спутниковых данныхMERIS/ENVISAT и GlobColour по среднемесячным значениям концентрации Хл-а (мкг/л) за август 2011 г. в некоторых районах Онежского озера.
|
Районы Онежского озера |
MERIS/ENVISAT |
GlobColour |
|
Уницкая губа |
4,0-5,0 |
3,0-6,0 |
|
Повенецкий залив |
4,0-5,0 |
3,0-4,0 |
|
Южная часть |
3,0-3,5 |
2,5-3,0 |
Отсутствие статистически значимого тренда многолетней изменчивости концентрации Хл-а в поверхностных водах Онежского озера за период наблюдений 1998-2022 гг. по данным GlobColour подтверждает результаты ранее проведенных судовых исследований за 2000-2020 гг. (Калинкина и др. 2021; Коросов и др., 2021; Крупнейшие…, 2015; Теканова и др., 2018. Величина концентрации Хл-а в поверхностных водах Онежского озера не претерпела значительных изменений за последние 20 лет и, согласно классификации Китаева (Китаев, 2007), подтверждает сохранение олиготрофного статуса озера. Этому в большой степени способствует улучшение работы очистных сооружений в городах, расположенных на побережье озера, а также снижение количества сточных вод, поступающих в Онежское озеро от промышленных предприятий (Калинкина и др., 2017).
При всей предпочтительности использования спутниковых данных GlobColour по концентрации Хл-а в сравнении с аналогичными данными ОС-ССI, полученные осредненные пространственно-временные распределения этого параметра в поверхностных водах Онежского озера не избавлены от неточностей, особенно в случае небольших заливов, для вод которых характерны высокие уровни мутности и окрашенности. В частности, спутниковые данные по таким участкам акватории Онежского озера не отражают тех высоких значений концентраций Хл-а, которые были выявлены в ходе судовых исследований.
Однако в случае больших заливов/губ, таких как Петровская и Кондопожская губы, спутниковые данные по концентрации Хл-а в поверхностных водах оказываются вполне адекватными.
В целом можно с уверенностью констатировать, что спутниковые наблюдения за трофическим статусом Онежского озера представляют уникальные на сегодняшний день возможности выявления наиболее характерных черт пространственно-временной динамики распределения концентрации Хл-а. Таким образом полученные в работе данные могут быть успешно применены для калибрации и верификации модельных расчетов экосистемы Онежского озера.
Онежское озеро и его крупнейший приток Илекса – Водла является верхним звеном самой большой европейской озерно-речной системы Невы. Озеро дренирует значительную территорию различную по геологическому строению, рельефу, орографии и гидрографии. Бассейн Онежского озера вытянут в широтном направлении и асимметричен: озеро делит его на 2 неравные части – западную (64%) и восточную (36%), что определяет неравномерность времени добегания воды для разных притоков.
В естественном состоянии озеро принимало сток с водосборного бассейна площадью 53100 км2. Площадь самого водоема составляла 9720 км2. После строительства в 1953 г. на р. Свири Верхнее-Свирской ГЭС озеро стало водохранилищем с водосборной площадь равной 57300 км2 и площадью зеркала 9840 км2 [Государственный водный кадастр, 1986]. Около 70% территории бассейна относится к Республике Карелия, остальная часть расположена в Ленинградской, Вологодской и Архангельской областях. Более половины бассейна занято водосборами трех главных его притоков: рек Шуи (площадь водосбора 10,1 тыс. км2), Суны (7,7 тыс. км2), Водлы (13,7 тыс. км2). Вытекает из озера лишь одна река – Свирь – крупнейший приток Ладожского озера [Государственный водный кадастр, 1986].
Изучаемая территория относится к Европейской сельскохозяйственной провинции среднетаежной зоны холодного пояса, для которой характерны низкая биоклиматическая продуктивность и избыточное увлажнение. Сельскохозяйственное производство здесь сосредоточено в основном в южной части водосбора и представлено личными подсобными и фермерскими хозяйствами.
В последние годы в Карелии получило бурное развитие товарное рыбоводство на внутренних водоемах (преимущественно форелеводство). По объему производимой продукции Карелия занимает первое место в России. Сконцентрировано рыбоводство главным образов в северо-западных частях водосбора (Заонежье, водосборы рек Шуя и Суна).
Наиболее крупные точечные источники биогенной нагрузки (Петрозаводский и Медвежьегорский промузлы, Кондопожский ЦБК) сбрасывают очищенные и недостаточно очищенные стоки непосредственно в Онежское озеро. Более мелкие точечные сбросы на территории водосбора приурочены к очистным сооружениям населенных пунктов (пос. Шуя, г. Суоярви, пос. Эссойла, пос. Пиндуши, пос. Новая Вилга, пос. Марциальные воды, пос. Пудож и др.)
Основным инструментом решения поставленных задач явилась математическая модель выноса биогенных элементов с водосбора и формирования биогенной нагрузки на водные объекты ILLM, разработана сотрудниками Института озероведения РАН (ИНОЗ РАН) и модифицированная при участии сотрудников Института агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства (ИАЭП) [Кондратьев, Шмакова, 2019; Брюханов и др., 2016].Согласно принятой схемы расчета основными составляющими внешней нагрузки валовых (нефильтрованных) форм азота и фосфора на водный объект являются рассредоточенная эмиссия биогенных элементов подстилающей поверхностью, не подверженной в настоящее время сельскохозяйственному воздействию, нагрузка, сформированная в результате сельскохозяйственной деятельности, сбросы точечных источников загрязнения в гидрографическую сеть водосбора и непосредственно в водоем водоприемник, а также массообмен с атмосферой.
Эффективным средством расчета нагрузки, сформированной на полях сельхозпредприятий, является блок модели, предложенный специалистами ИАЭП, достоинством которого является расчет выноса биогенных элементов не только с учетом доз внесения удобрений и выноса азота и фосфора с урожаем, но и в зависимости от типов почв, слагающих сельскохозяйственный водосбор, их механического состава, удаленности поля от водного объекта. Кроме того, модель позволяет давать оценку снижения биогенной нагрузки при использовании наилучших доступных технологий ведения сельскохозяйственного производства. Модель работает с шагом по времени в 1 год.
В материалах Хельсинкской комиссии [Applied…, 2019] представлено описание моделей, которые могут использоваться для расчета внешней нагрузки на водные объекты бассейна Балтийского моря. В их число входит и модель ILLM. В качестве входной информации для выполнения расчетов необходимы сведения о различных типах подстилающей поверхности, формирующих рассредоточенный вынос биогенных элементов со стоком, интенсивности точечных источников, сбрасывающих стока в гидрографическую сеть водосбора, атмосферных выпадениях азота и фосфора, количестве произведенной продукции на рыбоводческих фермах, количестве домашних животных и птицы, а также внесенных минеральных и органических удобрений.
Для калибровки и верификации модели выноса биогенных элементов с водосборной территории, а также для задания граничных условий для 3D модели экосистемы Онежского озера проведен сбор, анализ и синтез данных натурных наблюдений за гидрохимическими характеристиками притоков озера, выполненных сотрудниками ИВПСевера КарНЦ РАН, а также полученных в рамках государственного мониторинга водных объектов Росгидромета. На основе результатов экспертной оценки условий формирования стока и выноса биогенных элементов с водосбора Онежского озера осуществлена привязка результатов измерений гидрохимических параметров на притоках к условиям выноса азота и фосфора с территорий, не освященных данными наблюдений. Результатом явились массивы входной информации о поступлении биогенных элементов в озеро со всех семи подбассейнов (рисунок 64) за период с 1984 по настоящее время.
Динамика выноса общего азота и общего фосфора с подбассейнов Онежского озера 1984-2021 г.
Обращает на себя внимание выброс на графике выноса Робщ в 2008 – 2013 гг. Анализ условий формирования нагрузки, как от точечных, так и от рассредоточенных источников, а также гидрологических условий в указанный период не выявил каких-либо причин такого скачкообразного увеличения выноса. При этом удалось выявить смену методик пробоотбора и гидрохимического анализа, что, по-видимому, и явилось причиной возникновения выброса. В последующих расчетах по 3D модели экосистемы представленный на рис 64 выброс устранен.
С целью информационного обеспечения модели формирования биогенной нагрузки проведена классификации типов подстилающих поверхностей водосбора. Дифференциация земного покрова производилась за счет коллекций многоспектральных спутниковых снимков. В данном исследовании использовалась коллекция Copernicus Global Land Service Collection 3 (CGLS-LC100) [Tsendbazar, 2020]. Коллекция CGLS-LC100 основана на спутниковых снимках PROBA-V, Sentinel-2, Lansat 7, 8. Для базовой классификации поверхности на здания и инфраструктуру, лес и гидрографическую сеть используется цифровая модель рельефа WorldDEMТМ составленная по данным спутников TanDEM-X и TerraSAR-X. Пространственное разрешение коллекции данных CGLS-LC100 составляет 100 м. Анализ подстилающих поверхностей показал, что на различные типы леса приходится более 80% площади территории всего водосбора, постоянные водоемы занимают около 7% (с наибольшим процентным отношением в районе Заонежья и наименьшим в районе западных притоков). На сельскохозяйственные угодья приходится около 1% от площади всего водосбора, при этом наибольшая доля возделываемых территорий приходится на южные притоки и водосбор р. Шуи. Для расчета нагрузки на водный объект наиболее приемлемым было выделение 5 классов: поймы, луга, лесостепь; сельскохозяйственные угодья; города и другие антропогенные ландшафты; лес, болото; постоянные водные объекты. Для каждого типа подстилающей поверхности на основе анализа литературных данных [Кондратьев, Шмакова, 2019] приближенно оценены эмиссионные характеристики поступления общего азота и общего фосфора в сток.
Для оценки вклада точечных источников в формирование биогенной нагрузки на озеро была предпринята попытка использования данных статистических форм 2ТП -водхоз, которая закончилась неудачно ввиду их абсолютной информационной неадекватности. Как отмечено в работе [Лозовик и др., 2016] «… данные статотчетности «2ТП-водхоз» для расчета нельзя использовать. Во-первых, в них отсутствуют сведения по содержанию Робщ и Nобщ, необходимые для оценки биогенной нагрузки на озеро. Во-вторых, нет уверенности в достоверности значений…». Поэтому в настоящей работе при расчетах внешней нагрузки на озеро использованы данные по содержанию азота и фосфора в сточных водах точечных источников, полученные специалистами ИВПС КарНЦ РАН за многолетний период, а именно: 738 тN/год и 65.3 тР/год для всего водосбора с последующим распределением по подбассейнам пропорционально их площади. Также на основе данных работы [Лозовик и др., 2016] задавались значения атмосферных выпадений: 0.046 тN/(км2 год) и 0.0013 тР/(км2 год).
Данные по объемам товарной продукции рыбоводства в Карелии получены из литературных источников [Китаев и др.,2006] и по данным Ассоциации форелеводов Карелии (http://kareliatrout.ru/). А также по представлению Минсельхоза РК. В пределах рассматриваемого водосбора наибольшее количество товарной форели производится в бассейне р. Суна (старое русло р. Суна и Кондопожский канал) – 46% от производимой на водосборе озера. На водоемах Заонежъя выращивается 35% всей форели, а в бассейне р. Шуя – 19%. Эти значения были приняты постоянными для распределения объемов выращивания на водосборе озера по подбассейнам при выполнении расчетов на перспективу. По данным [Китаев и др.,2006] от 1 т товарной продукции рыбоводства в водные объекты поступает 8 кг Робщ/год и 50 кг Nобщ/год.. Собранная информация позволила установить тренды возрастания рыбопродуктивности и соответствующей биогенной нагрузки на водные объекты за последние годы как на всем водосборе, так и на трех основных рыбопроизводящих подбассейнах: Заонежье и водосборах рек Суны и Шуи.
В результате сбора данных для оценки поступления азота и фосфора в водные объекты изучаемых подбассейнов от сельскохозяйственного производства за последние годы сформирована база данных о поголовье животных, образовании органических удобрений и содержании в них азота и фосфора. Также определены координаты размещения крупных сельскохозяйственных товаропроизводителей, получены данные о количестве азота и фосфора в составе используемых минеральных удобрений, оценена площадь возделываемых сельскохозяйственных земель, рассчитано удельное поступление общего азота и общего фосфора на один гектар возделываемых сельскохозяйственных земель. На рисунок 65 представлено распределение по изучаемым подбассейнам посевных площадей и объемов образуемого навоза в животноводстве. Из приведенных данных следует, наибольшая сельскохозяйственная активность характерна для водосбора реки Шуи.
Посевные площади (а) и выход навоза в животноводстве (б) изучаемых подбассейнов.
Для верификации модели на всем водосборе Онежского озера и на отдельных его подбассейнах использовались данные, представленные в таблица 12 и полученные в результате синтеза результатов государственного мониторинга Росгидромета и материалов натурных исследований ИВПС КарНЦ РАН на притоках Онежского озера.
Вынос Робщ и Nобщ (т/год) с изучаемых подбассейнов по данным мониторинга Росгидромета и натурных исследований ИВПС КарНЦ РАН
|
год |
Робщ |
Nобщ |
Робщ |
Nобщ |
Робщ |
Nобщ |
Робщ |
Nобщ |
Робщ |
Nобщ |
Робщ |
Nобщ |
Робщ |
Nобщ |
|
|
Водла |
|
Шуя |
|
Суна |
|
Запад. |
|
Заонежье |
|
Вост. |
|
Южн. |
|
|
2000 |
183 |
3283 |
133 |
1979 |
30 |
1309 |
7 |
358 |
33 |
1102 |
49 |
686 |
166 |
1931 |
|
2001 |
183 |
3330 |
141 |
2111 |
30 |
1313 |
7 |
374 |
33 |
1097 |
50 |
705 |
166 |
1982 |
|
2002 |
145 |
2665 |
106 |
1594 |
27 |
1173 |
5 |
277 |
30 |
988 |
40 |
570 |
130 |
1596 |
|
2003 |
173 |
3056 |
120 |
1785 |
29 |
1248 |
7 |
331 |
32 |
1058 |
45 |
630 |
158 |
1780 |
|
2004 |
233 |
4123 |
174 |
2581 |
38 |
1636 |
9 |
474 |
41 |
1386 |
61 |
853 |
210 |
2403 |
|
2005 |
194 |
3546 |
141 |
2109 |
34 |
1507 |
7 |
374 |
38 |
1264 |
54 |
753 |
177 |
2118 |
|
2006 |
157 |
2814 |
94 |
1411 |
28 |
1234 |
5 |
257 |
31 |
1038 |
42 |
589 |
145 |
1665 |
|
2007 |
194 |
3535 |
148 |
2208 |
33 |
1446 |
7 |
392 |
36 |
1220 |
53 |
752 |
175 |
2109 |
|
2008 |
249 |
4395 |
178 |
2696 |
30 |
1303 |
10 |
533 |
41 |
1362 |
68 |
947 |
220 |
2536 |
|
2009 |
183 |
3315 |
138 |
2080 |
27 |
1179 |
9 |
444 |
39 |
1319 |
58 |
813 |
195 |
2260 |
|
2010 |
152 |
2769 |
115 |
1740 |
23 |
1035 |
7 |
382 |
34 |
1140 |
51 |
721 |
169 |
2020 |
|
2011 |
139 |
2557 |
119 |
1806 |
21 |
939 |
6 |
338 |
34 |
1155 |
46 |
652 |
156 |
1836 |
|
2012 |
204 |
3636 |
159 |
2381 |
36 |
1528 |
7 |
387 |
36 |
1221 |
55 |
774 |
188 |
2177 |
|
2013 |
152 |
2728 |
102 |
1556 |
25 |
1113 |
5 |
282 |
34 |
1136 |
46 |
652 |
154 |
1833 |
|
2014 |
155 |
2867 |
70 |
1067 |
23 |
1058 |
5 |
260 |
29 |
975 |
37 |
523 |
120 |
1466 |
|
2015 |
150 |
2719 |
97 |
1463 |
27 |
1178 |
5 |
243 |
26 |
884 |
35 |
499 |
118 |
1400 |
|
2016 |
155 |
2795 |
146 |
2173 |
26 |
1172 |
7 |
339 |
35 |
1165 |
52 |
732 |
179 |
2060 |
|
2017 |
231 |
4110 |
182 |
2725 |
32 |
1390 |
8 |
416 |
38 |
1277 |
57 |
804 |
198 |
2267 |
|
2018 |
186 |
3344 |
132 |
2005 |
27 |
1231 |
7 |
362 |
36 |
1208 |
50 |
696 |
163 |
1958 |
|
2019 |
193 |
3460 |
100 |
1520 |
24 |
1083 |
5 |
276 |
30 |
1017 |
44 |
620 |
151 |
1749 |
|
2020 |
227 |
4130 |
163 |
2483 |
35 |
1564 |
6 |
301 |
32 |
1064 |
45 |
627 |
151 |
1764 |
|
2021 |
172 |
3093 |
127 |
1903 |
31 |
1353 |
7 |
343 |
34 |
1141 |
46 |
650 |
158 |
1834 |
На рисунке представлен долевой вклад выноса фосфора и азота с подбассейнов в суммарную биогенную нагрузку на Онежское озеро в 2021 г. (год средней водности). Нетрудно видеть, что основными поставщиками биогенных элементов в озеро являются южные притоки, а также реки Шуя и Водла.
Долевой вклад выноса фосфора (а) и азота (б) с изучаемых подбассейнов в суммарную нагрузку на Онежское озеро в 2021 г. (год средней водности): 1 р.Водла, 2 - р.Шуя, 3 – р.Суна, 4 – западные притоки, 5 – Заонежье, 6 – восточные притоки, 7- южные притоки.