Диссертация: Транзитно-аккумуляционные особенности озер Якутии

Актуальность работы Якутия является территорией повышенной озерности (более 30% озер РФ находится на рассматриваемой территории). В настоящее время из 723 тысяч озер Якутии изученными являются по морфометрическим показателям около 500. Озера республики используются для водоснабжения, водоотведения, рыболовства, рекреации, добычи сапропеля, бальнеологии и галургии. Особое значение имеют земельные ресурсы приозерных ландшафтов. Озера Якутии расположены в различных физико-географических и климатических условиях, что отражается на происхождении и строении их котловин, на гидрологическом режиме. Водный режим озер заметно отличается от режима других водных объектов, в первую очередь рек. Основной причиной таких различий является увеличение времени пребывания воды в озерных котловинах по сравнению с руслами, то есть замедление водообмена. В этом отношении озера можно рассматривать как природные аккумуляторы, задерживающие различные вещества как естественного, так и антропогенного происхождения, поступающие с водосборов. При этом может происходить заиление и зарастание озер водной растительностью, приводящее к изменению их трофического статуса и характера внутриводоемных процессов. Одновременно могут изменяться и физико-химические свойства озерных вод. Озера, расположенные в зоне распространения многолетней мерзлоты имеют специфические особенности происхождения, развития, режима существования и водообмена. Относительно слабая изученность озерного фонда приводит к необходимости исследования особенностей строения озерных систем (озеро и его водосбор) и их распространения по территории республики, исследования гидрологического режима, характера внутриводоемных процессов и транзитно аккумуляционных свойств. При этом решающее значение приобретают балансовые методы исследования, водный, тепловой и солевой балансы. Особое внимание следует также обратить на особенности влияния резко континентального климата на гидрологические процессы в озерах, тем более что с конца ХХ века отмечено его заметное потепление. Предлагаемое исследование и полученные результаты направлены на уточнение запасов воды в озерах и, на расширение возможностей использования человеком озерного фонда республики. В этом заключается актуальность работы.
Целью работы является оценка транзитно-аккумуляционных особенностей разнотипных озер Якутии, в том числе неизученных на основании их морфометрических и гидрологических характеристик.
Для достижения цели поставлены следующие задачи: - систематизировать озера с известными морфометрическими параметрами с учетом их генезиса и выполненного районирования территории; - определить и оценить внешний водообмен озер по стоку и притоку с учетом особенностей их водного баланса; - разработать способ определения водообмена для неизученных разнотипных озер Якутии.
Объектом исследования являются повсеместно распространенные на территории Якутии разнотипные озера.
Предметом исследования являются основные морфометрические характеристики озер, их водный баланс, водообмен по притоку и стоку, транзитные особенности изучаемых объектов, их географическое распределение.
Исходными материалами послужили: 1. Основные морфометрические параметры (площадь зеркала, объем воды и средняя глубина) 424 изученных разнотипных озер, из которых 231 являются озерами термокарстового происхождения, 69 – водно-эрозионного, 95 – эрозионнотермокарстового, 4 – тукуланового, 17 – ледникового, 8 – тектонического происхождения. 2. Крупномасштабные топографические карты, отражающие распределение озер по территории (с масштабами 1:5000 и 1:10000, программы Panorama, MapInfo). Дополнительно использовались общедоступные программы Google Earth (для уточнения высоты над уровнем моря), SAS Planet (определения основных морфометрических показателей), 3Planet (измерения площадей). 3. Карты распределения по территории атмосферных осадков (Р, мм), испарения с водной поверхности (Е, мм) и карты слоев речного стока (h, мм), в том числе за период современного климата. 4. Данные гидрохимических и гидробиологических исследований озер. 5. Метеорологические данные УГМС и гидрологические данные ГГИ.
Дополнительными источниками фактического материала для диссертационной работы послужили полевые и лабораторные исследования, проведенные с участием автора в 2012 – 2014 годах.
Научная новизна представляемой работы: 1. Ранее исследованные озера Якутии систематизированы по основным морфометрическим параметрам и уточнены координаты их местоположения. Разработаны региональные формулы определения объемов воды и средних глубин для неизученных озер при известных площадях их поверхностей. С помощью этих формул определены основные морфометрические параметры ранее неисследованных 1125 озер. 2. Предложены способы определения основных составляющих водных балансов озер Якутии, в том числе и неизученных, и на их основе рассчитаны коэффициенты внешнего водообмена разнотипных озер. Одновременно оценены соответствующие особенности транзита и аккумуляции веществ. 3. На основании полученных результатов установлены закономерности распределения сточных и бессточных озер по территории Якутии, а также транзитных, транзитно-аккумуляционных и аккумуляционных типов водоемов.
Основные выводы, конкретизирующие научную новизну исследования, отражены в следующих положениях, выносимых на защиту: 1. Определены объемы воды для неизученных разнотипных озер Якутии. 2. Рассчитан водный баланс разнотипных озер Якутии и разработаны способы оценки его структуры, в том числе для неизученных объектов. Расчетным способом оценена структура водного баланса озер Якутии. Установлено, что в районах криолитозоны структура водного баланса водоема зависит от местоположения, климата и строения озерной системы. 3. На основе карт распределения гидрометеорологических элементов по изучаемой территории рассчитаны многолетние водные балансы озер Якутии, что позволило районировать территорию по распределению – сточных, бессточных и периодически сточных объектов. 4. Расчетным путем оценен внешний водообмен разнотипных озер Якутии и выявлено, что большинство из них относится к аккумуляционному и аккумуляционно-транзитному классу.
Теоретической и методической основой исследования послужили определения закономерностей пространственного распределения озерных котловин. Считается, что котловины одного и того же происхождения и одинакового возраста имеют приблизительно сходные относительные размеры. Результаты подобных исследований для других территорий приведены в работах Б.Б. Богословского (1960,1975), А.М. Догановского (1982,1984), М.Я. Прытковой (1987), С.В. Рянжина (2001,2005), Н.В. Мякишевой (2009) и др. Для выявления и оценки связей морфометрических характеристик применен регрессионный анализ. Привлечены методы аналогии при составлении водного баланса озер, картографические методы исследования для уточнения координат, районирования территории.
Практическая значимость работы заключается в возможности использования результатов исследований при проектировании и эксплуатации предприятий или технических сооружений, приводящих к экологическим загрязнениям водных объектов, в том числе озер. Полученные результаты также позволяют оценить водные ресурсы озер на территории Якутии и в ее сопредельных районах.
Апробация работы. Основные результаты исследования докладывались и обсуждались на международной научно-практической конференции «LXVI Герценовские чтения», посвященной 150-летию со дня рождения В.И. Вернадского (г. Санкт-Петербург, 2013); на всероссийской конференции «Защита населения и объектов экономики от водной стихии северных рек» (г. Якутск, 2013); на итоговых сессиях ученого совета Института Мерзлотоведения (г. Якутск, 2014); «LXVII Герценовских чтениях» (г. Санкт-Петербург, 2014 г.); IV Международной конференции «Роль мерзлотных экосистем в изменяющимся климате» (Институт биологии, г. Якутск, 2014); на заседаниях кафедры физической географии и природопользования РГПУ имени А. И. Герцена (г. Санкт-Петербург, 2015), на кафедре географии ИЕН СВФУ имени М.К. Аммосова (г. Якутск, 2015); на Всероссийском научно-молодежном геокриологическим форуме (Институт мерзлотоведения, г. Якутск, 2015), на II Виноградовских чтениях (г. СанктПетербург, 2015), на заседаниях кафедры гидрологии суши РГГМУ (г. СанктПетербург, 2015). Основные результаты работы опубликованы в рецензируемых журналах: Общество. Среда. Развитие, (г. Санкт-Петербург, 2011), Наука и образование, Академия наук, г. Якутск (2015), Ученые записки, РГГМУ, г. Санкт-Петербург (2015).
Личный вклад автора. Систематизированы и уточнены координаты ранее изученных озер различного происхождения и их распространение. Теоретическим путем определены объемы воды, средние глубины 1125 ранее неисследованных озер на территории Якутии. Разработаны приемы определения элементов баланса и оценки его структуры в условиях меняющегося климата на территории Якутии и определен внешний водообмен озер. Составлены картосхемы распределения по территории Якутии, сточных и бессточных озер, коэффициентов увлажнения и показателей внешнего водообмена.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, из них 3 в изданиях, входящих в перечень ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Список литературы включает 223 наименования. Общий объем диссертации составляет 130 страниц, включая 46 рисунков, 8 таблиц и 5 приложений.