1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Известия РАН. Серия географическая
  4. T. 87, № 6, 2023

Известия РАН. Серия географическая, 2023, T. 87, № 6, стр. 899-913

Содержание и потоки метана в Волжских водохранилищах

М. Г. Гречушникова a, b, И. А. Репина a, c, *, Н. Л. Фролова a, b, С. А. Агафонова a, b, В. А. Ломов a, b, c, Д. И. Соколов a, b, В. М. Степаненко a, b, c, В. А. Ефимов a, b, А. А. Мольков d, И. А. Капустин d

a Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН
Москва, Россия

b Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, географический факультет
Москва, Россия

c Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Научно-исследовательский вычислительный центр
Москва, Россия

d Институт прикладной физики РАН
Нижний Новгород, Россия

* E-mail: repina@ifaran.ru

Поступила в редакцию 05.05.2023
После доработки 24.06.2023
Принята к публикации 11.07.2023

Аннотация

В статье приведены результаты измерений удельного потока метана и его содержания в воде некоторых водохранилищ Волжского каскада: Иваньковском, Рыбинском, Горьковском, Куйбышевском, Волгоградском за 2017–2023 гг. Измерения удельного потока проводились методом плавучих камер, определение содержания метана в пробах – методом headspace. Выявлена пространственная и сезонная изменчивость как содержания метана, так и его эмиссии в зависимости от коэффициента водообмена, погодных условий, характера донных отложений, глубины. Большие концентрации и значения удельного потока метана наблюдаются в период стратификации; при вертикальном перемешивании значения потоков существенно уменьшаются. Максимальные значения удельного потока характерны для сильно зарастающего мелководного Шошинского плеса Иваньковского водохранилища (до 334 мгС-CH4/(м2 сут)), затопленной левобережной поймы Горьковского водохранилища (до 548 мгС-CH4/(м2 сут)), где они связаны со слабой проточностью и внутриплесовыми циркуляциями, а также для залива р. Чеснавы на Рыбинском водохранилище (до 1086 мгС-CH4/(м2 сут)), что связано с антропогенным загрязнением. В заливах Куйбышевского и Волгоградского водохранилищ, принимающих притоки с повышенной минерализацией, возможно усиление стратификации из-за плотностного расслоения, формирование зон с дефицитом кислорода и увеличение удельного потока метана, несмотря на небольшое количество органического вещества в грунтах. На примере Горьковского водохранилища показано влияние плотины на пространственную структуру потока и содержания метана. Сравнение с обобщенными данными по удельным потокам метана с водохранилищ умеренной зоны показало, что в Волжском каскаде эти величины ниже во все месяцы периода открытой воды, кроме августа.

Ключевые слова: метан, удельный поток, водохранилище, деструкция, водообмен, цветение

Список литературы

  1. Аверина А.А., Антипов Н.Е., Виногоров А.А., Воловодов А.А., Головнин К.И., Кузнеченко И.А., Овчинникова О.В., Петров Н.А., Полухин С.И., Сушинцев И.М., Хорошева А.С., Ефимов В.А., Ломов В.А., Фролова Н.Л. Оценка общего содержания метана в Рыбинском водохранилище в зимний период и расчет отдельных составляющих баланса метана // Исследования молодых географов: сб. статей участников зимних студенческих экспедиций. М., 2022. С. 71–80.

  2. Гарькуша Д.Н., Фёдоров Ю.А. Факторы формирования концентраций метана в водных экосистемах. Ростов-на-Дону: Изд-во Южного федерального ун-та, 2021. 366 с.

  3. Гидрометеорологический режим озер и водохранилищ. Водохранилища Верхней Волги. Л.: Гидрометеоиздат, 1975. 290 с.

  4. ГОСТ 23740-2016. Грунты. Методы определения содержания органических веществ. М.: Стандартинформ, 2017.

  5. Гречушникова М.Г., Бадюков Д.Д., Саввичев А.С., Казанцев В.С. Сезонные и пространственные изменения содержания метана в Можайском водохранилище в летний период // Метеорология и гидрология. 2017. № 11. С. 67–78.

  6. Гречушникова М.Г., Доброхотова Д.В., Капустин И.А., Мольков А.А., Лещев Г.В. Исследование изменчивости гидроэкологических характеристик в приплотинном участке Горьковского водохранилища в 2022 году / Материалы 7-ой всероссийской науч. конф. “Проблемы экологии Волжского бассейна”. Нижний Новгород: ФГБОУ ВО Волжский гос. ун-тет водного транспорта, 2022. Т. 5. С. 1–6.

  7. Гречушникова М.Г., Репина И.А., Степаненко В.М., Казанцев В.С., Артамонов А.Ю., Ломов В.А. Эмиссия метана с поверхности долинного Можайского водохранилища // География и природные ресурсы. 2019. № 3. С. 77–85. https://doi.org/10.21782/GIPR0206-1619-2019-3(77-85)

  8. Гречушникова М.Г., Ломова Д.В., Ломов В.А., Кременецкая Е.Р., Григорьева И.Л., Комиссаров А.Б., Федорова Л.П. Пространственно-временные различия гидроэкологических характеристик и эмиссии метана Иваньковского водохранилища // Водные ресурсы. 2023. Т. 50. № 1. С. 81–89. https://doi.org/10.31857/S0321059623010078

  9. Гречушникова М.Г., Репина И.А., Степаненко В.М., Казанцев В.С., Артамонов А.Ю., Варенцов М.И., Ломова Д.В., Мольков А.А., Капустин И.А. Пространственно-временны́е изменения содержания и эмиссии метана в водохранилищах с различным коэффициентом водообмена // Изв. РГО. 2018. Т. 150. № 5. С. 14–33. https://doi.org/10.7868/S086960711805002X

  10. Дзюбан А.Н. Микробиологические процессы круговорота органического вещества в донных отложениях водохранилищ Волжско-Камского каскада // Водные ресурсы. 1999. Т. 26. № 4. С. 262–271.

  11. Дзюбан А.Н. Деструкция органического вещества и цикл метана в донных отложениях внутренних водоемов. Ярославль: Принтхаус, 2010. 174 с.

  12. Дзюбан А.Н. Метан и процессы его трансформации в воде некоторых притоков Рыбинского водохранилища // Водные ресурсы. 2011. Т. 38. № 5. С. 571–576.

  13. Дзюбан А.Н. Цикл метана в грунтах водохранилищ Волжско-Камского каскада и его роль в деструкции органического вещества // Труды Ин-та биологии внутренних вод РАН. 2016. № 74 (77). С. 21–36.

  14. Елистратов В.В., Масликов В.И., Сидоренко Г.И., Молодцов Д.В. Выбросы парниковых газов с водохранилищ ГЭС: анализ опыта исследований и организация проведения экспериментов в России // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2014. № 11. С. 146–159.

  15. Законнов В.В. Илонакопление в системе водохранилищ Волжского каскада // Труды Ин-та биологии внутренних вод РАН. 2016. Вып. 75 (78). С. 30–39.

  16. Иваньковское водохранилище: Современное состояние и проблемы охраны. М.: Наука, 2000. 344 с.

  17. Куйбышевское водохранилище (научно-информационный справочник). Тольятти: ИЭВБ РАН, 2008. 123 с.

  18. Лазарева В.И., Степанова И.Э., Цветков А.И., Пряничникова Е.Г., Перова С.Н. Кислородный режим водохранилищ Волги и Камы в период потепления климата – последствия для зоопланктона и зообентоса // Труды Ин-та биологии внутренних вод РАН. 2018. Т. 81 (84). С. 47–84.

  19. Литвинов А.С., Рощупко В.Ф. Многолетние и сезонные колебания уровня Рыбинского водохранилища и их роль в функционировании его экосистемы // Водные ресурсы. 2007. Т. 34. № 1. С. 33–40.

  20. Мартынова М.В. Донные отложения как составляющая лимнических экосистем. М.: Наука, 2010. 243 с.

  21. Минеева Н.М., Семадени И.В., Макарова О.С. Содержание хлорофилла и современное трофическое состояние водохранилищ р. Волги (2017–2018 гг.) // Биология внутренних вод. 2020. № 2. С. 205–208.

  22. Никаноров Ю.И. Иваньковское водохранилище // Изв. ГосНИОРХ. 1975. Т. 102. С. 5–25.

  23. Репина И.А., Терский П.Н., Горин С.Л., Агафонова С.А., Ахмерова Н.Д., Василенко А.Н., Гречушникова М.Г., Григорьев В.Ю., Казанцев В.С., Лисина А.А., Ло-мов В.А., Мишин Д.В., Сазонов А.А., Степанен-ко В.М., Соколов Д.И., Тимошенко А.А., Фро-лова Н.Л., Шестеркин В.П. Натурные измере-ния эмиссии метана на крупнейших водохранилищах России в 2021 г. начало масштабных исследований 2021 г. // Водные ресурсы. 2022. Т. 49. № 6. С. 713–718. https://doi.org/10.31857/S0321059622060141

  24. РусГидро. Годовой отчет. М.: Русгидро, 2008. 124 с.

  25. Фёдоров Ю.А., Тамбиева Н.С., Гарькуша Д.Н., Хорошевская В.О. Метан в водных экосистемах. Ростов-на-Дону–М.: Ростиздат, 2005. 329 с.

  26. Чистая энергия. Заволжье: Русгидро, 2020. 15 с.

  27. Шашуловский В.А., Мосияш С.С. Формирование биологических ресурсов Волгоградского водохранилища в ходе сукцессии его экосистемы. М.: Товарищество научных изданий КМК, 2010. 250 с.

  28. Bastviken D., Santoro A., Marotta H. Methane emissions from Pantanal, South America, during the low water season: toward more comprehensive sampling // Environ. Science and Technology. 2010. Vol. 44. № 14. P. 5450–5455. https://doi.org/10.1021/es1005048

  29. Bastviken D., Tranvik L., Downing J., Crill P., Enrich-Prast A. Freshwater Methane Emissions Offset the Continen-tal Carbon Sink // USA: Science. 2011. Vol. 331. P. 6013–6063. https://doi.org/10.1126/science.1196808

  30. Deemer B.R., Harrison J.A., Li S., Beaulieu J.J., Del Sontro T., Barros N., Bezerra-Neto J.F., Powers S.M., dos San-tos M.A., Vonk J.A. Greenhouse Gas Emissions from Reservoir Water Surfaces: A New Global Synthesis // BioScience. 2016. Vol. 66. № 11. P. 949–964. https://doi.org/10.1093/biosci/biw117

  31. Dzjuban A.N. Microbiological processes of methane transformation and organic matter decomposition in bottom sediments of the reservoirs of the Volga and Kama rivers // Hydrobiological J. 2004. Vol. 40. № 4. P. 69–74. https://doi.org/10.1615/HydrobJ.v40.i4.60

  32. Giles J. Methane quashes green credentials of hydropower // Nature. 2006. Vol. 444. P. 524–525. https://doi.org/10.1038/444524a

  33. Greenhouse Gas Emissions: Fluxes and Processes, Hydroelectric Reservoirs and Natural Environments. Environmental Science Series / A. Tremblay, L. Varfalvy, C. Roehm, M. Garneau (Eds.). NY: Springer, 2005. 732 p.

  34. Johnson M.S., Matthews E., Bastviken D., Deemer B., Du J., Genovese V. Spatiotemporal methane emission from global reservoirs // J. of Geophysical Research: Biogeosciences. 2021. Vol. 126 (8). P. 1–19. https://doi.org/10.1029/2021JG006305

  35. Li S., Zhang Q. Carbon emission from global hydroelectric reservoirs revisited // Environ. Science and Pollution Research. 2014. Vol. 21. P. 13636–13641. https://doi.org/10.1007/s11356-014-3165-4

  36. Lima I., Ramos F., Bambace L., Rosa R. Methane emissions from large dams as renewable energy resources: a developing nation perspective // Mitigation Adaptation Strategy Global Change. 2006. Vol. 13. P. 1381–1386. https://doi.org/10.1007/s11027-007-9086-5

  37. Lomov V., Grechushnikova M., Kazantsev V., Repina I. Reasons and patterns of spatio-temporal variability of methane emission from the Mozhaysk Reservoir in summer period // E3S Web of Conferences IV Vinogradov Conference. 2020. № 163. Article 03010. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202016303010

  38. Louis V.L., Kelly C.A., Duchemin E., Rudd J.W.M., Rosenberg D.M. Reservoir surfaces as sources of greenhouse gases to the atmosphere: a global estimate // Bioscience. 2000. Vol. 50. P. 766–775. https://doi.org/10.1641/0006-3568(2000)050[0766: RSASOG]2.0.CO;2

  39. Rosentreter J.A., Borges A.V., Deemer B.R., Holgerson M.A., Liu S., Song C., Eyre B.D. Half of global methane emissions come from highly variable aquatic ecosystem sources // Nature Geoscience. 2021. Vol. 14. № 4. P. 225–230. https://doi.org/10.1038/s41561-021-00715-2

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Известия РАН. Серия географическая

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал