Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2020, T. 495, № 1, стр. 69-73

Для большинства байкальских рек минерализация вод изменяется асинхронно колебаниям их стока. Исследования гидрохимического режима р. Баргузин – третьего по величине водного стока притока Байкала (средний годовой сток 4 км³), выполненные с середины прошлого столетия, свидетельствуют о более сложном характере связи этих показателей. В условиях определенного снижения качества баргузинских вод c конца ХХ века на фоне антропогенного роста содержания сульфатов и биогенных элементов отчетливо проявляется поступление ионов, связанное с распространением засоленных ландшафтов на водосборе реки, в связи с чем выявление механизма формирования ионного состава водотока становится особенно актуальным.

По составу ионов вода р. Баргузин относится к гидрокарбонатному классу группы кальция. Ее минерализация изменяется от 70–80 мг/л во время весеннего половодья до 200–240 мг/л в период зимней межени. Перед замыкающим гидроствором (у с. Баргузин) река на протяжении 200 км течет по межгорной Баргузинской рифтовой котловине (рис. 1), шириной до 40 км, с обширными степными ландшафтами, изобилием выходов минеральных вод, содово-соленых озер и очагов засоленных земель [1–3].

В котловине выделяются 4 группы минеральных озер [2, 3]. Вблизи с. Баргузин находятся Кокуйские содовые озера, с минерализацией до 18 г/л. Здесь же на юге котловины у с. Суво расположены Суво-Алгинские сульфатные озера. Минерализация воды в отдельных из них достигает 50 г/л [2], и некоторые озера до середины ХХ века использовались в качестве источников мирабилита для стекольной промышленности. При впадении в Баргузин р. Аргады находятся Усть-Аргадинские содовые озера с минерализацией до 16 г/л. В междуречье Аргады и Гарги (центральная часть котловины) располагаются Гаргинско-Харамадунские озера, которые по составу солей относятся к карбонатному типу при значительной доле сульфатов и хлоридов с минерализацией до 43 г/л.

Засоленные почвы приурочены к низкой озерно-аллювиальной равнине и обязаны разгрузке по тектоническим разломам и трещинам подземных слабоминерализованных вод [3]. Наличие многолетнемерзлых пород препятствует промыванию солей, а криоаридный климат способствует подтягиванию солей к поверхности в сухие теплые периоды и при промерзании. В понижениях вокруг минерализованных озер формируются сильнозасоленные почвы (солончаки).

Наличие Шаманского порога, расположенного в 10 км ниже с. Баргузин обусловливает подпор реки и определяет большую площадь затопления котловины во время подъема воды.

Межгодовые и сезонные различия стока р. Баргузин достаточно велики. На три летних месяца (июнь–август) приходится около 50% годового объема стока. Половодье сравнительно невысокое и по величине максимального расхода воды обычно уступает дождевым паводкам. Однако роль дождевых вод в питании реки хоть и выше, чем снеговых, но преобладающим источником питания по данным [4] являются грунтовые (подземные) воды (50% от годового объема стока), а дождевое стоит на втором месте (31%).

С 2010 г. водность реки была крайне низкой и качество баргузинских вод несколько ухудшилось, однако их ионный состав изменился незначительно. Повышение стока в 2018 и 2019 г. сопровождалось заметным снижением содержания биогенных элементов, но концентрации главных ионов практически не уменьшились. Предварительный анализ показывает, что связь минерализации и концентраций отдельных ионов с расходами воды р. Баргузин сравнительно невысока (рис. 2) – коэффициент детерминации не более 0.4. По данным [5], сезонные колебания минерализации и концентраций главных ионов и в маловодные и многоводные годы более согласованы с генезисом вод по источникам питания, что позволяет диагностировать содержание отдельных ионов в зависимости от характера питания реки и наоборот.

Низкая связь минерализации и водности рек объясняется в основном слабой реакцией самоочищающей способности водотоков на повышение стока или спецификой природных условий речных водосборов, по-разному влияющих на разные компоненты химического состава вод [6–9].

Для проверки этих предположений нами выполнено сопоставление материалов по гидрохимическому режиму р. Баргузин у с. Баргузин за десятилетний период (2010–2019 гг.) с гидрологическими факторами самоочищения водотока, которые оценивались по измерениям Росгидромета в данном населенном пункте. Определялись также основные источники питания реки (снеговое, дождевое и подземное) посредством расчленения гидрографов стока и метода поперечных сечений [10].

Как известно, снижение концентраций растворенных и взвешенных веществ в реках происходит за счет их самоочищающей способности, основными составляющими которой являются разбавление (в нашем случае менее минерализованными талыми и дождевыми водами) и интенсивность процессов (физико-химических, биохимических, сорбционных и др.) распада веществ. Если говорить о содержании консервативных примесей, то оно целиком зависит от величины расхода воды. Для неконсервативных веществ, помимо этого, важны еще такие физические факторы, как температура воды (T), скорость ($v$) и глубина (h) потока. Температура определяет порядок (n) процессов распада веществ, а два других показателя – условия перемешивания водной толщи и насыщение ее кислородом, нехватка которого служит одним из первых признаков загрязнения рек [6].

Порядок процессов распада рассчитывался нами по логарифмической зависимости [11]

а интенсивность перемешивания вод оценивалась по коэффициенту турбулентной диффузии (D) и числу Фруда (Fr), зависящих от скорости и глубины потока [8–13]: где g – ускорение свободного падения; C и m – соответственно коэффициент Шези и его функция.

Расчеты показывают, что осредненные внутригодовые изменения минерализации баргузинских вод в целом противоположны распределению стока (рис. 3) и больше согласуются с соотношением источников питания – при подземном питании (зимой) она самая высокая, а при преобладании снегового (весеннее половодье) – минимальна.

Порядок же процессов распада веществ n более согласован с расходами воды (см. рис. 3) и изменяется от нулевых значений при ледоставе до 0.46 в июле. Значения Fr в июне–августе на порядок выше, чем в зимние месяцы, а коэффициент турбулентной диффузии значимо снижается в подледный период, стабильно удерживаясь в период открытого русла в диапазоне 130–160 см²/с.

Представленный характер распределения факторов самоочищения указывает на безусловный рост самоочищающего потенциала р. Баргузин с повышением расходов воды, в особенности в летний период. Вместе с этим видно (табл. 1), что значимая связь рассчитанных гидрологических факторов самоочищения в разных условиях водности с фактическими концентрациями главных ионов отсутствует, что по исследованиям [7] характерно для рек, отличающихся невысоким модулем стока и распространением засоленных почв на водосборе.

Действительно, средний модуль стока р. Баргузин у с. Баргузин составляет около 6 л/с с км², тогда как в среднем для байкальских рек (без учета Селенги) он почти вдвое больше. В этих условиях летом часть озер в котловине высыхает с образованием гуджира, а при выпадении дождей и повышении стока происходит смыв солевых выделений и обогащение ими речных вод. Кроме того, соли выносятся из соленых озер, смываются и вымываются из засоленных почв. Количество поступающих при этом в реку веществ зависит от высоты подъема паводка (половодья) и его продолжительности, а также от давности и высоты предшествующих подъемов вод. Очевидно, данный “промывной” эффект и сдерживает уменьшение минерализации при увеличении расходов воды, так как в русло р. Баргузин поступают уже не исходные маломинерализованные дождевые (снеговые) воды, а водные массы, обогащенные выносимыми с территории Баргузинской котловины солями. При этом сохраняется определенная согласованность (см. табл. 1) содержания главных ионов и соотношения источников питания реки, обусловливающая наибольшую минерализацию вод при преобладании подземного питания.

Таким образом, в отличие от других притоков Байкала и вопреки классическому представлению о снижении минерализации вод с увеличением речного стока, для формирования ионного состава вод р. Баргузин характерно дополнительное поступление солей с засоленных ландшафтов Баргузинской котловины, сдерживающее снижение содержания растворенных веществ при увеличении водного стока.