Водные ресурсы, 2022, T. 49, № 4, стр. 492-505

ВВЕДЕНИЕ

Собственные водные ресурсы Крыма весьма ограничены, и их всегда было недостаточно для покрытия питьевых и хозяйственных нужд полуострова. До 2014 г. значительная часть воды (2400 млн м³) поступала по Северо-Крымскому каналу из Днепра и только 500 млн м³ давали местные реки и подземные воды [2].

В настоящее время проблема питьевой воды в Крыму стоит остро как никогда, хозяйственно-питьевое водоснабжение Республики Крым обеспечивается преимущественно из собственных подземных и поверхностных источников. В связи с этим количественные и качественные характеристики существующих на полуострове локальных пресных вод, от которых зависит санитарно-эпидемиологическое благополучие местного населения, нуждаются в тщательном изучении и мониторинге.

В государственном докладе “О состоянии санитарно-эпидемиологического благополучия населения в Республике Крым” за 2019 г. сообщается, что доля населения, получающего качественную питьевую воду по Крыму в целом, составляет 74.1%, однако в Бахчисарайском районе ситуация гораздо лучше – 97.1%. Это связано с тем, что здесь верховья рек, в том числе и истоки р. Бодрак, формируются на необжитых заповедных территориях.

На естественный речной сток действуют в первую очередь метеофакторы – осадки, температура приземного воздуха (влияющая на испарение), роза ветров, а также геоморфологические и геолого-гидрогеологические условия и растительность.

Режим крымских рек – паводочный, для его сохранения и дальнейшего использования в хозяйственно-питьевых целях в долинах рек по балкам и оврагам строят водоемы (местное название – ставки). Эти воды играют важную роль в гидрологическом цикле.

В настоящее время, когда водохозяйственный комплекс Крыма ориентируется на собственные ресурсы, изучение формирования химического и изотопного состава природных вод приобрело особое значение. Знания об условиях формирования и механизмах трансформации химического состава водных ресурсов территории дает возможность проводить полноценную оценку качества хозяйственно-питьевых вод [12], выявлять очаги загрязнения и природные аномалии. Сведения об изотопном составе природных вод позволяют прогнозировать отдельные трудно поддающиеся измерениям элементы водного баланса (такие, как испарение и подземный сток), изучать климатические изменения, вносить коррективы при управлении водными ресурсами территории.

Первые гидрохимические исследования подземных и поверхностных вод в восточной части Бахчисарайского района Крыма проводились преподавателями Московского государственного университета в конце 1990-х гг. Содержания основных анионов и катионов были получены объемным методом (натрий и калий суммарно расчетным путем) [18]. Существенный вклад в изучение пресных вод, используемых в питьевых целях, внесли Т.А. Барабошкина и В.Ю. Березкин при эколого-геологическом картографировании бассейна р. Бодрак [3].

К началу XXI в. полигон, хорошо изученный в геологическом отношении, был существенно недообследован в гидрогеологическом отношении. К этому времени появилась потребность не только в понимании гидрогеологических условий, но и в оценке качества пресных вод, используемых в питьевых целях. С 1998 г. на постоянной основе преподавателями и студентами Санкт-Петербургского государственного университета проводится комплексное изучение природных вод бассейна р. Бодрак, ведется мониторинг их экологического состояния [8, 10, 22].

В начале 2000-х гг. впервые были получены данные по концентрациям целого ряда микрокомпонентов и соединений азота в пресных водах района с использованием современных инструментальных методов.

РАЙОН ИССЛЕДОВАНИЯ

Район исследования находится на северо-западных склонах Крымских гор в долине р. Бодрак, протекающей в пределах Бахчисарайского района Крыма мимо с. Трудолюбовка и пос. Скалистого до пос. Новопавловка, где она впадает в р. Альму, текущую на З к Черному морю (рис. 1). В зависимости от направления стока поверхностных вод все реки Крымского п-ова делятся на пять групп; р. Альма относится к рекам северо-западных склонов Крымских гор, впадающих в Черное море.

Рис. 1.

Район работ: а – обзорная карта; б – рельеф бассейна р. Бодрак с точками опробования открытых водоемов (ставков). Водоемы: 1 – Воронежский (на склоне г. Патиль), 2 – Ексиментий, 3 – Колхозный, 4 – Ленинградский (Шары), 5 – Мангушский, 6 – Мендер (верховья Московского оврага), 7 – Мендер (А), 8 – Мендер (В), 9 – Мраморный, 10 – Скалистое (у дороги), 12 – Широкий Яр, 13 – Корабелка, 14 – Кагульчик, 15 – Юркин (под г. Шелудивой), 16 – Музачи (Музаран), 18 – Верхнесадовый, 19 – Глубокий Яр, 20 – Аммонитовый.

Горная часть Крымского п-ова представляет собой три гряды, протянувшиеся с ЮЗ на СВ вдоль берега Черного моря. Крымское предгорье – Вторая (Внутренняя) и Третья (Внешняя) гряды – окаймляет Главную гряду с северной стороны. Предгорья – область питания артезианских бассейнов равнинного Крыма. Протяженность Внутренней гряды – 125 км, средние высоты – 400–600 м, протяженность Внешней гряды – 114 км, средние высоты – 200–300 м [2].

В пределах Второй (Внутренней) гряды преобладает структурный куэстовый рельеф, обусловленный эрозионным расчленением мел-палеогеновых песчано-глинистых и карбонатных отложений различной прочности, широко развиты холмы, столовые плато, овраги, малые реки и временные водотоки. Наибольшую высоту в юго-западном Крыму имеет г. Сель-Бухра (656 м) [13], относительные превышения достигают 100 м. Внутренняя и Внешняя гряды отделены друг от друга Северным эрозионно-аккумулятивным межгрядовым понижением, возникновение которого обязано врезанием в мягкие породы верхнего эоцена боковых притоков, пересекающих понижение в поперечном направлении.

Бассейн р. Бодрак занимает площадь в пределах Внутренней предгорной гряды Крымских гор и Южного эрозионно-денудационного межгрядового понижения на cеверо-западном крыле Качинского поднятия. Вторая гряда представляет собой хребет с куэстовым рельефом, расчлененный речными долинами, оврагами и балками.

Южное межгрядовое понижение – сложная сеть оврагов и балок, сформированных в результате глубокой эрозии песчано-сланцевых триасово-юрских и частично среднеюрских отложений, обнажающихся на северных склонах Главной гряды [14].

Истоки р. Бодрак формируются на юго-западных склонах хребта Азарпсырт (абс. отм. – 560 м) и северных склонах г. Вольской (абс. отм. – 486 м). Рельеф здесь холмистый, расчлененный многочисленными оврагами и балками постоянных и временных водотоков, преобладают узкие водоразделы. Русло р. Бодрак линейно вытянуто с уклоном в верхнем течении 28‰, заложение долины происходило преимущественно по зонам трещиноватости и тектонических нарушений.

Все крымские реки зарегулированы. В долинах рек существуют водохранилища и ставки (пруды) – небольшие искусственно созданные водоемы сезонного регулирования для накопления и сохранения дождевых и паводковых вод с целью дальнейшего использования в водохозяйственных целях. Ставки в местных условиях строят главным образом путем перегораживания балок, наполнение их осуществляется за счет стока воды с водосборной поверхности в период весеннего снеготаяния и интенсивных дождевых осадков.

Ставки имеют специальные конструкции, которые позволяют при необходимости (в засушливый период) сливать воду и таким образом питать подрусловой поток р. Бодрак. Это в свою очередь отражается на уровне воды в местных водозаборных сооружениях.

Общая площадь зеркала водоемов (ставков) бассейна р. Бодрак ~30 га. Существует около двух десятков водоемов сезонного регулирования, наиболее значительные из них – Мангушский, Воронежский, Широкий Яр, Ексиментий, Мендер, Колхозный, Юркин, Кагульчик. В них собирается большая часть поверхностного стока зимне-весеннего периода, которая может использоваться в маловодные летне-осенние периоды. Дополнительно у преобладающей части водоемов существует подземный тип питания.

Самый крупный ставок – Мраморный (или Марсианское озеро) – весьма интересный гидрогеологический объект. Водоем образовался в 1999 г. в бывшем карьере нуммулитовых известняков. В 1990-х гг. здесь шла добыча инкерманского известняка, разработка проводилась открытым способом, трещинные воды, поступающие в карьер в процессе резки блоков, периодически откачивали.

В настоящее время Мраморный ставок используется в рекреационных целях. Водоем представляет собой прямоугольник размером 200 × × 400 м, средняя глубина его 15–18 м. С глубиной температура воды резко понижается (до 3–5°С) за счет действующих на глубине многочисленных источников, самый мощный из которых функционирует в юго-восточной части водоема. Озеро зимой никогда не замерзает. Вмещающие отложения представлены слабо закарстованными массивными органогенными нуммулитовыми известняками лютетского яруса среднего эоцена.

Геолого-гидрогеологические условия

Исследуемая территория находится в зоне сочленения двух основных региональных тектонических структур Крымского п-ова – Горно-Крымского складчатого сооружения и эпигерцинской Скифской платформы [1].

Нижний структурный этаж (ядро Качинского поднятия) сложен триасово-юрскими интенсивно дислоцированными комплексами. В составе нижнего структурного этажа выделяют три структурно-фациальных подэтажа: один представлен сложноскладчатыми флишами (в основном опрокинутого залегания) таврической серии (T₃−J₁), второй – тектонически раздробленными флишоидами (T₃−J₁), третий – дислоцированным вулканогенно-осадочным комплексом (J₂b) мощностью >1500 м (рис. 2).

Рис. 2.

Геологическая схема района исследования, по материалам [4].

Верхний структурный этаж (северо-западное крыло Качинского поднятия) с резким угловым несогласием перекрывает нижний. В целом это моноклиналь, сложенная терригенно-карбонатными породами мелового и палеогенового возраста, падающая полого на СЗ под углами 8°–12°. В структуре этажа наблюдается ряд угловых и азимутальных несогласий.

Главная гряда служит внешней областью питания артезианских бассейнов Равнинного Крыма. Внутренняя и Внешняя гряды распложены в краевых частях южных крыльев артезианских бассейнов, они играют роль внутренней области питания. Внутренняя гряда сформирована породами мел-палеогенового возраста (известняки, мергели, глины); Внешняя гряда – отложениями неогенового возраста. Обе гряды имеют характерный куэстовый рельеф.

В.В. Юдиным здесь выделены коллизионные швы (сутуры): Предгорная мезозойская и Северо-Крымская палеозойская. Асимметричные гряды в Крымском предгорье из слабодислоцированных толщ мел-неогенового возраста названы Куэстовой моноклиналью [23].

Климат

По данным метеостанции г. Симферополя, за последние 40 лет температура воздуха менялась в среднем на +0.3°С каждые 5 лет, что связано с глобальными климатическими изменениями; вероятно, в ближайшие годы тенденция сохранится.

На рис. 3 показаны метеоданные (среднегодовые значения температуры приземного воздуха и среднегодовые суммы осадков, доли от годовой нормы, %) за последние 20 лет.

Рис. 3.

Изменение температуры приземного воздуха T и количества осадков за период 1961–1990 гг., % нормы (по данным метеостанции г. Симферополя, индекс 33946 [15]).

За норму годового количества осадков взяты их среднегодовые величины за 130 лет наблюдений на метеостанции г. Симферополя (524 мм) [15]; за климатическую норму температуры – среднее ее значение за период 1961–1990 гг. (+10.3°С) [6].

В течение четырех лет после 2014 г. метеоусловия в Крыму благоприятствовали формированию естественного стока. Однако в 2019 г. осадков выпало на 20% меньше нормы, и это отразилось на формировании объема естественных водных ресурсов: снега и жидких осадков оказалось недостаточно для полноценного заполнения водохранилищ естественного стока и многочисленных ставков в предгорьях Крыма.

В крымском Предгорье в последние десятилетия наблюдаются рост потепления и колебание увлажнения территории (причем благополучных по водности лет случается гораздо меньше). В последнее десятилетие температура приземного воздуха держится на 20% выше нормы 1961–1990 гг. с устойчивой тенденцией к увеличению на 1.5–2.0% в год (рис. 3), по данным метеостанции г. Симферополя [15].

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

В работе представлены данные по химическому и изотопному составу поверхностных вод открытых водоемов. С 2003 по 2007 г. было проведено 34 опробования поверхностных вод из ставков бассейна р. Бодрак на микро- и макрокомпоненты. Изучение изотопного состава проводилось с 2012 по 2018 г. Все опробования проводились в летний сезон.

Температура и рН были измерены с использованием портативных приборов фирмы “HANNA” непосредственно у водопункта. Пробы воды на макрокомпоненты отбирались в пластиковые бутылки объемом 1.0–1.5 л. Концентрации Cl^–, ${\text{HCO}}_{3}^{ - }$ измерены в лаборатории базы СПбГУ в Крыму объемным методом. Содержание ${\text{SO}}_{4}^{{2 - }}$ определяли: весовым методом в лаборатории кафедры гидрогеологии СПбГУ и методом турбидиметрии на портативном колориметре DR/890 Hach. Содержание микрокомпонентов (29 компонентов) и основных катионов определяли методами ICP AES (атомно-эмиссионный спектрометр ICAP61E) и ICP MS (масс-спектрометр “Agilent 7500”) в лаборатории ГУП “Водоканал”. Пробы предварительно консервировали азотной кислотой из расчета на 50 мл пробы 1 мл азотной кислоты (2%).

Определение изотопного состава водорода и кислорода выполнялось в лаборатории изотопной геологии флюидов (ЛИГФ) СПбГУ и рентгенодифракционных методов исследований (РДМИ) Научного парка СПбГУ. Для измерений использовался лазерный анализатор изотопного состава воды “Picarro L-2120-I”. Погрешность измерений составляет ±0.1‰ по δ¹⁸О и ±1‰ по δD. В качестве стандартов использованы внутрилабораторные образцы сравнения, привязанные к стандартам МАГАТЭ V-SMOW-2, GISP и SLAP. Пробы воды для изотопного анализа отбирались в пробирки 10–20 мл.

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ

Химический состав открытых водоемов (ставков) бассейна р. Бодрак зависит от ряда факторов – состава атмосферных осадков, паводковых вод, метеоусловий в течение года, подземных вод, антропогенных факторов.

Ионный состав атмосферных осадков характеризуется пестротой, однако в летние месяцы главную роль из анионов играют гидрокарбонаты, а из катионов – обычно кальций (90% всех изученных проб). Средние эквивалентные концентрации имеют следующую последовательность: для анионов – ${\text{HCO}}_{3}^{ - }$ > ${\text{SO}}_{4}^{{2 - }}$ > Cl^– > ${\text{NO}}_{3}^{ - }$, для катионов – Ca²⁺ > (Mg²⁺ или Na⁺) > K⁺.

Среди всех макрокомпонентов только содержания кальция в наибольшей степени зависят от продолжительности и интенсивности выпадения осадков (что связано с запыленностью атмосферы в летний период). Его концентрации ощутимо меняются при пересчете на средневзвешенные количества, так как короткие летние дожди более минерализованы за счет наличия пылеватых частиц в атмосфере [7].

Исследованные воды открытых водоемов имеют низкую минерализацию, варьирующую от 0.1 до 0.8 г/л (табл. 1), которая сильно колеблется даже в пределах одного ставка в зависимости от сезона и года опробования. Наименее минерализованный – ставок Кагульчик в верховьях р. Бодрак. Минерализацию поверхностных вод обусловливают главным образом количество атмосферных осадков, выпавших за гидрологический год, температура в летний период (обеспечивающая испарение) и притоки подземных вод.

рН изученных вод меняется от 5.40 до 8.54, и минимальное значение зафиксировано в ставке Воронежском в 2005 г. В целом, воды всех ставков – нейтральные или слабощелочные.

По своему ионному составу поверхностные воды ставков разнообразны, в большинстве своем это воды умеренно жесткие сульфатно-гидрокарбонатного магниево-кальциевого или гидрокарбонатно-кальциевого состава:

В ставках, расположенных ближе к верховьям р. Бодрак, содержание ионов Mg (в эквивалент-процентах) выше, чем в ставках, расположенных в среднем течении реки. В ставке Кагульчик, расположенном в верховьях, концентрации Mg²⁺ и Са²⁺ равны.

Химический состав поверхностных вод представлен на диаграмме Пайпера (рис. 4), из которой видно, что фигуративные точки ставков и атмосферных осадков располагаются в одной области. Это указывает на идентичность их химического состава и свидетельствует о преобладании дождевого питания в водном балансе водоемов. На общем фоне выделяются воды Мраморного ставка, расположенного в бывшем карьере нуммулитовых известняков (п. Скалистое). Здесь в анионном составе преобладают сульфаты:

Рис. 4.

Химический состав дождевых и поверхностных вод на диаграмме Пайпера. Номера точек опробования соответствуют водоемам на рис. 1 и в табл. 1.

Практически двухкратное превышение содержаний сульфат-иона по сравнению с другими водоемами бассейна р. Бодрак объясняется значительной долей подземного питания – за счет трещинно-жильных вод известняков среднего эоцена.

Особое место на диаграмме занимает ставок, расположенный у трассы в нижнем течении р. Бодрак у пос. Скалистого (точка 10), за счет повышенной доли хлорид-иона (относительно концентраций в других водоемах). Этот ставок испытывает серьезную антопогенную нагрузку (на это указывает геохимическая ассоциация, речь о которой пойдет далее), и хлориды в данном водоеме имеют техногенное происхождение.

Содержание нитратов в водах практически всех ставков на изучаемой территории ниже нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения [16, 17]. Лишь в Колхозном ставке выявлено однократное превышение в 2 раза (табл. 1) при ПДК 40 мл/л, что объясняется периодическими сливами со свинофермы, которая располагается непосредственно у водоема. При этом в большинстве ставков концентрации нитратов выше фоновых в 3–4 раза, и это характерно для сельскохозяйственного района.

Микроэлементный состав исследованных вод весьма разнообразен и приведен в табл. 2 и на рис. 5. Каждый ставок характеризуется водой с индивидуальным набором микрокомпонентов, который контролируется преимущественно локальным геолого-гидрогеологическим строением территории, где располагается открытый водоем, количеством осадков и величиной испарения.

Рис. 5.

Содержание отдельных компонентов в поверхностных водах открытых водоемов исследованной территории. Данные опробования 2005 г. Линия кларка элемента в водах зоны гипергенеза построена по данным работы [21]. Номера точек соответствуют данным табл. 1 и рис. 1.

Концентрации кремния в исследуемых водоемах невысокие, средние значения составляют 2.7 мг/л и варьируют в широких пределах (0.5–7 мг/л): минимальные значения обнаружены в ставке Колхозном, а максимальные в ставке Мендер. В целом, концентрация кремния в водах ставков ниже, чем кларк кремния в водах зоны гипергенеза (8.36 мг/л) (рис. 5). Проведенный мониторинг в течение нескольких лет показывает, что содержание кремния меняется в зависимости от года опробования и места локализации открытого водоема. Максимальные концентрации кремния выявлены во всех ставках в пробах, отобранных в 2004 г. (табл. 2).

Концентрации бора в исследуемых водоемах невысокие – от 0.02 до 1.2 мг/л при среднем значении 0.15 мг/л, которое выше, чем кларк элемента в водах зоны гипергенеза (0.02 мг/л) (рис. 5). Концентрации этого элемента 1.2 и 1.0 мг/л, превышающие ПДК для водных источников (0.5 мг/л), обнаружены в водах двух ставков – Широкий Яр и Юркин соответственно. Источники повышенных концентраций В³⁺ в этих ставках – вероятно, подземные воды, извлекающие бор из осадочных водовмещающих толщ.

Содержания железа сильно варьируют в зависимости от точки и года опробования, но, в целом, для Fe_общ характерны низкие значения, ≤1.5 мг/л (табл. 2), при среднем значении 0.3 мг/л. Минимальные концентрации железа, 0.02 мг/л, выявлены в ставке Мендер в пробе в 2003 г., однако при более поздних опробованиях количество Fe_общ оказалось существенно выше – 0.2 (2005 г.) и 0.87 мг/л (2004 г.). Максимальные значения Fe_общ (1.47 мг/л) зафиксированы в ставке Колхозном в пробе в 2007 г. В целом, для поверхностных вод ставков характерно превышение Fe_общ относительно ПДК по рыбохозяйственным водоемам (0.1 мг/л) [16], на содержание элемента сильно влияет количество осадков и присутствие в водах органического вещества. В водоемах с высокой биологической продуктивностью наблюдается увеличение содержаний железа.

Концентрации лития во всех изученных водах невысокие – 2.2–19.0 мкг/л, они практически равны кларку элемента в водах зоны гипергенеза (рис. 5). Только в двух ставках – Мраморном и Мангуш – выявлены воды с концентрациями лития более чем на порядок выше – 19.0 и 12.0 мкг/л соответственно. Незначительное количество данных по литию не позволяет выявить зависимости его содержаний от минерализации.

Распределение стронция, рубидия и бария в водах ставков довольно хаотичное (рис. 5). Содержание Sr²⁺ варьирует от 0.12 до 2.10 мг/л при среднем значении 0.75 мг/л. Максимальные значения (2.1 мг/л) диагностированы в ставке Мраморном в пробе в 2006 г., а минимальные значения (0.13 мг/л) выявлены в ставке Кагульчик. Количество Rb⁺ достаточно низкое и составляет сотые и тысячные доли миллиграмма на литр, что ниже, чем кларк элемента в водах зоны гипергенеза (0.001 мг/л) [21]. Наибольшими концентрациями характеризуются поверхностные воды ставка Мраморного (до 3.6 мкг/л), во всех остальных водах содержания Rb⁺ примерно одинаковые. Повышенные содержания рубидия и стронция в водах ставка Мраморного, вероятно, обусловлены повышенной концентрацией элементов в водовмещающих толщах и их привносом подземными источниками.

Диапазон вариативности содержаний бария достаточно велик и составляет 0.01–1.6 мг/л (табл. 2; рис. 5). В целом, количество Ва²⁺ в исследованных водах выше, чем кларк элемента в водах гипергенеза, – 0.02 мг/л. Для всех открытых водоемов выявлены значительные колебания содержания элемента в зависимости от года опробования. Наибольшие концентрации элемента отмечены в пробах в 2005 г. (~1.2 мг/л) и установлены в водах ставка Юркин, расположенного у г. Шелудивой.

Марганец обнаружен в концентрациях ≤0.35 мг/л при среднем значении 0.04 мг/л. Наиболее высокие концентрации этого элемента обнаружены в пробе, отобранной из водоема Верхнесадового, а самые низкие (0.001–0.012 мг/л) выявлены в ставке Мраморном. Для остальных водоемов характерна высокая дисперсность в распределении элемента – 0.0011–0.35 мг/л. Основные факторы, определяющие значительную вариативность концентрации Mn²⁺, – количество осадков, состав дренируемых пород, присутствие органического вещества и микроорганизмов.

Концентрации Ag, Co, Cr, Cu, Mo, Ni, Pb, Sb, Se, Sn, Ti, V и U относительно низки и составляют тысячные доли миллиграмма на литр. Содержание серебра в водоемах, как правило, примерно одинаковое и равно 0.0025 мг/л, исключение составляют только воды ставка Мраморного и Мендера (А), в которых обнаружены аномально высокие концентрации Ag – до 0.28 и 0.084 мг/л соответственно.

Разброс концентраций кобальта велик и составляет 0.11–1.1 мкг/л, при этом содержания элемента во всех ставках, за исключением ставка Глубокий Яр и Кугульник, ниже, чем в водах зоны гипергенеза (рис. 5). Минимальные содержания кобальта выявлены в ставке Воронежском, расположенном на склоне г. Патиль, а максимальные – в ставке Колхозном. Во всех водах уровень содержания элемента ниже, чем его ПДК для рыбохозяйственных водоемов (0.01 мг/л) [16].

По содержанию хрома исследованные открытые водоемы можно разделить на три группы: с концентрациями до 1.0, 1.0–2.0, и >2.0 мкг/л. Наибольшая концентрация хрома (5.1 мкг/л) выявлена в водах ставка Верхнесадового, и источник элемента, вероятнее всего, – почвы. В целом, исключая воды ставка Верхнесадового, содержание хрома в воде ниже, чем кларк элемента в водах зоны гипергенеза [21]. Во всех исследованных водах содержание элемента ниже, чем его ПДК для рыбохозяйственных водоемов (0.001 мг/л).

Содержание урана низкое – от 0.05 до 3.3 мкг/л при среднем значении 0.95 мкг/л. Максимальная концентрация элемента диагностирована в ставке Мраморном. В целом, уровень урана в исследованных водах ниже (за исключением ставка Мраморного), чем его кларк в водах зоны гипергенеза [21].

Распределение меди в водах открытых водоемов достаточно ровное, концентрации ≤10 мкг/л, исключение составляет только ставок Верхнесадовый, содержание элемента в котором почти в шесть раз выше (57 мкг/л). Значительное содержание меди в водах ставка Верхнесадового, более чем в 50 раз превышающее ПДК элемента для вод рыбохозяйственных водоемов [16], обусловлено значительной антропогенной нагрузкой в этом районе.

Содержание свинца в исследованных водах в целом низкое – 0.4–11 мкг/л, соответствует кларку элемента в водах гипергенеза (рис. 5). Содержание Pb во всех исследованных водах, за исключением поверхностных вод ставка Верхнесадового (140 мкг/л), не превышает ПДК элемента для вод рыбохозяйственных водоемов [16].

С целью выявления природных и техногенных гидрохимических аномалий в водоемах бассейна р. Бодрак выделены геохимические ассоциации химических элементов (табл. 3). Для оценки интенсивности аномалии использован коэффициент концентрации: Кс = С_i/С_ф, где С_i – средняя концентрация i-го химического элемента в выборке, С_ф – фоновая концентрация этого элемента. В качестве фоновых содержаний использованы средние концентрации химических элементов в водах зоны гипергенеза [11, 21]. При сравнении этих данных с естественной геохимической ассоциацией подземных вод изучаемой территории [8, 11]: Ba (2.0–58.2) – B (1.1–10.3) – Ag (3.2–8.6) – Sr (1.6–8.4) – Sn (3.4–4.9) – выявлено, что антропогенному влиянию подвержены ставки с номерами 3, 6, 9, 10, 15, 18, 19. Самым загрязненным из них оказался ставок на ул. Верхнесадовой в пос. Прохладном. Такой вывод сделан на основе анализа коэффициентов концентрации элементов ассоциации.

Стоит отметить, что в водах Мраморного ставка определены повышенные относительно природного фона концентрации молибдена, цинка и свинца. Это объясняется большим количеством отдыхающих в летний период, приезжающих непосредственно к водоему на частных машинах. При этом проба воды на анализ была отобрана у самого берега.

ИЗОТОПНЫЙ СОСТАВ

Для интерпретации данных изотопного состава использована линия Крейга – глобальная линия метеорных вод [20]: δ²Н = 8 δ¹⁸О + 10. Изотопные данные выражают в относительных единицах: δR(‰) = (R_пр/R_ст – 1) × 1000, R – атомные отношения изотопов водорода (²Н/¹H) или кислорода (¹⁸О/¹⁶О) в пробе (R_пр) и стандарте (R_ст); δ – отношение стабильных изотопов относительно стандарта, ‰. Величина δ показывает, насколько проба обеднена (δ < 0) или обогащена (δ > 0) тяжелым изотопом в сравнении со стандартом (δ = 0).

В табл. 4 показаны концентрации стабильных изотопов (δ¹⁸О и δ²Н, ‰) в водах открытых водоемов бассейна р. Бодрак. Из таблицы видим, что изотопный состав одного и того же водоема может варьировать, что объясняется колебаниями температуры воздуха (при высокой температуре происходит испарение) и количества атмосферных осадков (которые имеют более легкий изотопный состав по сравнению с подземными водами). На рис. 6 результаты измерений представлены относительно глобальной линии метеорных вод. Два десятка образцов воды из ставков были отобраны в летний период в 2012, 2013, 2014 и 2018 гг.

Рис. 6.

Фигуративные точки открытых водоемов (ставков) на диаграмме δ¹⁸О–δ²Н.

Ранее в [9] был детально изучен изотопный состав атмосферных осадков, собранных на территории крымской базы СПбГУ в с. Трудолюбовка в летний период. В результате этих исследований на основании корреляционных соотношений сезонных содержаний δ¹⁸О и δ²Н в атмосферных осадках и внутригодовых изменений температуры приземного воздуха получена расчетная линия метеорных вод: δ²Н = 6.5 δ¹⁸О – 2.1, которая также показана на диаграмме (рис. 6). Для расчета использовались средневзвешенные значения δ¹⁸О и δ²Н осадков по данным метеостанции в пос. Почтовом с учетом высотного градиента. На диаграмме также приведена локальная линия метеорных вод для северного склона Крымских гор, рассчитанная на основе фактических данных [5].

Изотопный состав природных вод может меняться за счет фракционирования (разделения) изотопов водорода и кислорода под воздействием ряда факторов; основные из них на изучаемой территории – процессы испарения, которые имеют определенные закономерности [19]. Вероятно, в отдельных случаях возможен изотопный обмен с водовмещающими породами, но эти процессы не повсеместны, так как район расположен в области активного водообмена.

В результате фракционирования фигуративные точки природных вод могут смещаться относительно линии метеорных вод, и их расположение в рамках диаграммы δ¹⁸О−δ²Н позволяет сделать некоторые диагностические выводы (например, выявить основной сезон наполнения водоемов).

Изменения изотопного состава природных вод при испарении фиксируются снижением углового коэффициента (тангенса угла наклона) линий регрессии до 4−6 [19, 20]. Ставки заполняются сезонно дождевыми и паводковыми водами р. Бодрак, значительную роль при этом играют притоки подземных вод. Обычно к концу лета за счет процессов испарения вода в ставках обогащается тяжелыми изотопами по сравнению с водами исходного состава. Угловой коэффициент для ставков опробования 2012 и 2014 гг. составил 5.1. Если судить по испарительной линии ставков (y = 4.8, x – 17), в начальной стадии их наполнения вода имела следующие изотопные характеристики: δ¹⁸O = –8.8‰ и δ²H = –59‰ (по точке пересечения с расчетной линией метеорных вод), что соответствует весенним месяцам (март–апрель). В работе, посвященной оценке испарения по изотопным данным [19], предполагается, что за счет испарения пруды теряют до 70–90% годового объема.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На фоне глобального изменения климата в крымском Предгорье в последние десятилетия наблюдается устойчивая тенденция повышения температуры приземного воздуха на 1.5–2.0% в год.

Изотопный состав воды указывает на то, что наполнение водоемов осуществляется, главным образом, в зимне-весенний период за счет атмосферных осадков, а летом значительная часть этих вод испаряется. Количество атмосферных осадков, выпавших за гидрологический год, и температура в летний период обусловливают минерализацию поверхностных вод.

Для ставков изучаемой территории подтвердилась естественная геохимическая ассоциация химических элементов (Ba–B–Ag–Sr–Sn), выявленная ранее для подземных вод бассейна р. Бодрак [8, 11]. Наиболее загрязненными оказались водоемы, на водосборной площади которых осуществляется антропогенная деятельность (у трассы в пос. Скалистом, ставки Верхнесадовый и Юркин, расположенные в пос. Прохладном, ставок Мендер – в верховьях Московского оврага). Ставки в верховьях бассейна р. Бодрак балочного типа – наиболее чистые (относительно фоновых значений).

Химический состав исследованных водоемов зависит от ряда факторов – метеоусловий года (температуры приземного воздуха, количества зимне-весенних атмосферных осадков), паводковых вод, геолого-гидрогеологических условий территории, обусловливающих притоки подземных вод, и антропогенных факторов.

При решении специальных водохозяйственных задач необходимо учитывать особенности формирования химического состава пресных вод, употребляемых в хозяйственно-питьевых целях, что придает исследованиям такого рода практическую ценность.

Для оценки качества поверхностных вод Горного Крыма по гидрохимическим показателям в качестве фоновых значений предлагаем использовать химический состав водоемов, расположенных в верхнем течении р. Бодрак.

Авторы благодарят Г.М. Ельцову и Э.М. Прасолова (ЛИГФ СПбГУ) и И.В. Токарева за измерение изотопного состава воды.