Данные по изучению антропогенных воздействий на Самур-Апшеронский канал и Джейранбатанское водохранилище

Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice

УДК 626.8                                           

Зона Самур-Апшеронского канала (САК) расположена у северо-восточного склона Главного Кавказского хребта и простирается от границы с Российской Федерацией до Баку. Ближе к Каспийскому морю предгорья переходят в Гусарскую наклонную равнину и далее Прикаспийскую Самур-Дивичинскую низменную полосу. Зона расположения САК открыта для холодных северных и северо-восточных ветров и отличается холодной зимой и тепложарким летом [1].

Климат района прохождения канала характеризуется следующими метеорологическими данными: средне годовая температура колеблется в пределах 11,9–13,5 °С, максимальная температура 38–42 °С, минимальная температура -8 °С. Средняя сила ветров от 3,5–4,0 м/с, среднее многолетнее количество осадков за год по трассе канала колеблется в пределах 185– 220 мм — на южном участке и 280–390 мм — на северном участке [2].

Гидрографическая сеть зоны очень развита, около 60 горных рек. Самые крупные реки: Самур, Гусарчай, Гарачай, Гудьялчай, Вельвелечай, Дивичичай, Гильгилячай, Гуручай — текут с юго–запада на северо–восток и впадают в Каспийское море.

Рельеф местности трассы канала подразделяется на низменную зону с отметками до высоты 200 м и выше — подгорную зону [3].

Почвенный покров составлен лугово–лесными, глубинно–карбонатными лессовыми почвами, которые сменяются широкой полосой бурых полупустынных почв различной засоленности.

Самур-Апшеронский канал (САК) — сложная гидромелиоративная система состоящая из более четырeхсот гидротехнических сооружений, которые обеспечивают водоснабжение Баку и Сумгаита, а также ирригацию земель Губа-Хачмазского региона и Апшеронского полуострова. Протяженность канала, начиная от реки Самур до Джейранбатанского водохранилища, равна 178 км [4].

Движение воды по САК в основном, — самотeчное, только на концевом участке канала имеются 2 насосные перекачки всей воды:

–насосная станция «Ситалчай» (40 км от конца канала) с подъeмом воды на 17,5 м;

–насосная станция «Джейранбатан» (в конце канала) для перекачки воды в Джейранбатанское водохранилище с подъемом на 27 м.

Джейранбатанское водохранилище и его вспомогательные сооружения были построены и сданы в эксплуатацию в 1956-1959 гг. на месте бывшего соленого Джейранбатанского озера путем строительства земляной плотины высотой 15 м [5].

Водохранилище расположено в 15 км на северо-востоке от города Баку. При создании площадь водохранилища составляла 11,7 км2, длина 12 км, максимальная ширина 1,2 км, максимальная глубина была 20 м. В летний период температура воды на поверхности водохранилища составляет 24–26 °С, а зимой 4–6 °С. Прозрачность воды весной, в период максимального питания составляла 0,2–0,5 м, а осенью — 2–3 м [6].

Общее количество минеральных веществ в течение года изменяется в пределах 800– 1000 мг/л. Количество ионов хлора и натрия в составе воды наибольшая. Емкость водохранилища 186 млн м3, площадь поверхности приблизительно 13,9 км2 [7].

Максимальная производительность водохранилища 25 м2/с, часть которых используется для ирригации земель Апшеронского полуострова. Преимущество данного водохранилища в том, что оно сохраняет воду в течение долгого времени, в результате происходит улучшение качества воды естественным осаждением. В настоящее время, производительность водопровода Джейранбатанского направления — 9,5м3/сек [8].

Для дополнительной подпитки САК в 1973–1984 гг. были построены водозаборы из рек Гудьялчай и Вельвеличай, и создана сложная инженерная автоматизированная система управления (Таблица 1).

Река Самур является одной из наиболее крупных рек Дагестана и частично Азербайджана. Она берет свое начало вблизи Халахуркесского перевала, у горы Гутон Главного Кавказского хребта с отметкой вершины 3646 м и впадает в Каспийское море. С этого пункта река протекает сначала в юго-восточном, а на последних 65 км — в северовосточном направлениях.

Среднее и верхнее течении расположены на территории Дагестана. Нижнее течение образует границу между Азербайджаном и Дагестаном. На расстоянии от истока до притока Усухчай Самур течет параллельно Большому Кавказскому хребту по глубоким безлесным ущельям. После этого ущелье реки сравнительно расширяется. В устьях Каспия Самур разделяется на многие притоки и образует «Самурский веер» на высоте 28 м.

Со стороны Азербайджана Самур принимает р. Тахирчай (34 км) и Угарчай (28 км). Длина реки до моря — 213 км и 181,4 км — до створа гидроузла Самур–Апшеронского канала. Площадь водосбора выше створа гидроузла составляет 4300 км2 [9].

Таблица 1.

ВКЛАД ПОДПИТЫВАЮЩИХ РЕК И ВОДНЫЙ БАЛАНС САК

Река Водосток

Самур 55,0 м3/с

Гудьялчай 0,13 м3/с

Вельвеличай 0,26 м3/с

Средний уклон реки Самур — 13,6%. Первые 38 км, считая от истока, уклон выше среднего в пределах 13,8–20,1%. На остальном участке реки уклон ниже среднего в пределах 8,6–11,7% считая от створа САК и выше.

Воды Самура образуются преимущественно за счeт дождевых и грунтовых вод. В годовом стоке 42% дождевых, 32% грунтовых, 22% снежных и 4% ледниковых вод. Судя по приведенным данным в различных научно-технических источниках, за последние 70 лет наблюдений (1931–2001 гг.) среднее значение стока (годовой расход воды) реки Самур в створе водозабора САК составляет 66–69 м3/с.

За указанные период среднегодовой сток колебался от 36,6 до 95,4 м3/с. Годовой сток 75% обеспеченности составляет 1,95 млрд м3. За тот же период паводковый (среднедекадный) максимум колебался от 259 до 108 м3/с, а минимум расхода (межень) колебался от 9,72 до 23,9 м3/с [2].

Средняя дата прохождения пика половодья как на реке Самур, так и на еe притоках наблюдается в конце июня. Наиболее раннее наступление пика наблюдалось в мае, а наиболее позднее — в августе. Меженные расходы воды по реке наблюдаются в период декабрь–февраль и характерны устойчивостью, обусловленной грунтовым питанием рек.

Средний годовой расход взвешенных наносов составляет 101 кг/с или 2,6 млн т ила впадающего в Каспий. Средняя мутность составляет 2260 г/м3 [4, 7].

Лесная растительность в бассейне развита крайне слабо. Общая площадь лесов составляет 90 км2 или около 2% от всей площади водосборов. Такое положение приводит к сильному размыву водосбора и тем самым способствует значительному увеличению твeрдого стока реки Самур.

Река Гудьялчай начинается в 1 км ниже места Тфан, на высоте 3000 м. Верхнее течение еe до впадения реки Ахчай имеет местное название Хиналыхчай. Ниже города Губы, в районе селения Зизик река Гудьялчай разбивается на два рукава (правый — под названием Гудьялчай и левый — Кимильчай), которые в 2 км ниже села Низовая вновь объединяются в один поток. Впадает Гудьялчай в Каспий на 0,5 км ниже села Низовая на отметке 28 м.

Гудьялчай является самой многоводной рекой северо–восточного Азербайджана. По водному режиму она относится к группе рек с половодьем в летние месяцы. В питании еe — главная роль принадлежит осадкам, выпадающим в виде снега в горах (56%) и дождям (19%), во время таяния снежного покрова. Меженное питание, в основном, составляют грунтовые воды (25%).

Несмотря на большие высоты водораздельной линии и отдельных вершин, достигающих 4000 м, современное оледенение в виде снежников и ледников в бассейне почти отсутствует [4].

Наибольший уклон река Гудьялчай имеет в верховьях (85,7%), а наименьший — на приустьевом участке (2,95%). Средний уклон всей реки составляет 28% (против 13,6% по реке Самур). Если рассматривать реку только выше пункта водозахвата для САК, то минимальный уклон составит 13,3%, а средний уклон — 37,4% (по длине 66 км).

Годовой сток 75% обеспеченности по Гудьялчаю в рассматриваемом створе составляет 172,2 млн м3.

Наиболее опасным гидрологическим явлением, наблюдаемым при прохождении высоких вод, является подмыв берегов реки в районе города Губы и смыв подходов к мосту. В связи с этим здесь ежегодно проводят берегоукрепительные мероприятия и строят струенаправляющие дамбы [2, 7].

Средний годовой расход реки у водо-поста Кюпчал за фактический период наблюдений составляет 6,63 м3/с или 12,8 л/км2. Средний годовой расход взвешенных наносов за 12– летний период наблюдений у водомерного поста Кюпчал составляет 21,9 кг/с или 690,6 тыс т в год [10].

Средняя многолетняя мутность Гудьялчая составляет 3090 г/м3, в течение года мутность изменяется от 119 (декабрь) до 5312 г/м3 (май). Основная масса взвешенных наносов (82%) состоит из частиц диаметром менее 0,05 мм.

Вода реки по химическому составу гидрокарбонатно–кальциевая второго типа, т. е. HCO 3 ^- ˂ Ca²⁺ + Mg²⁺ ˂ HCO 3 ^- + SO 4 ^2-. Содержание растворенных солей колеблется в пределах от 189,8 (в годы высокого уровня половодья) до 415,9 мг/л ( в годы низкого уровня половодья). Средняя минерализация составляет 316,9 мг/л. Жeсткость воды в период половодья изменяется от 2,36 до 4,09 мг-экв., а в остальное время года — от 2,91 до 4,80 мг-экв. [11].

На основании гидрологической информации, изучив состав фракций взвешенных наносов и донных осадков Гудьялчая и проведя натурные исследования гранулометрического состава донных осадков в нижнем и верхнем бьефах приемников гидроузлов было установлено, что донные осадки состоят из фракций менее 50 мм. Количество таких фракций в донных осадках составляет 82,43%. Гудьялчай частично подпитывает Самур-Дивичинский канал, в среднем за год в канал поступает 0,13 м3/с или 4,2 млн м3 [2, 5].

Вельвеличай образуется от слияния реки Бабачай и реки Джимичай. По гидрографическим и геоморфологическим признакам за главную реку принята река Бабачай, исток которой расположен в 2,5 км юго–восточнее горы Бабадаг на высоте 2920 м. Протекая в общем с юго–запада на северо–восток, река Вельвеличай ниже железной дороги Баку– Хачмаз разделяется на 2 два рукава, самостоятельно впадающие в море. Устье правого рукава (Вельвеличая) расположено в 3 км северо–восточнее села Чайкаракашлы на отметке 28 м [4]. Общая длина реки — 98 км, а до места захвата воды в САК — 70 км.

Вельвеличай является третьей по водности рекой, стекающей с северо–восточного склона Главного Кавказского хребта. По водному режиму она относится к группе рек с весенним половодьем и осенними паводками.

В питании реки основная роль принадлежит талым (40%) и грунтовым (34%) водам. Роль дождей также значительна и составляет 26% годового объeма стока. Наиболее опасным гидрологическим явлением, наблюдаемым на реке, является периодическое прохождение в мае-июне мощных дождевых паводков, несущих огромное количество наносов [6].

Средний годовой расход воды за период фактических наблюдений составляет 3,13 м3/с или 6,59 л/с км2. Средний годовой расход взвешенных наносов за 4-летний период наблюдений у водпоста Тенгеалты составляет 10,1 кг/с или 318,5 тыс.т. Средняя годовая мутность воды составляет 3470 г/м3. В течение года мутность изменяется от 60 (декабрь) до 6350 г/м3 (май). Основная масса (84%) взвешенных наносов состоит из фракций менее 0,05 мм. Средний диаметр частиц равен 0,04 мм, а наибольший превышает 0,9 мм.

Вода по химическому составу относится к гидрокарбонатно–кальциевой второго типа, т. е. HCO 3 ^- ˂ Ca²⁺ + Mg²⁺ ˂ HCO 3 ^- + SO 4 ^2- в теплую часть года соотношение катионов иногда принимает вид Ca²⁺ ˃ Na⁺ + K⁺ ˃ Mg²⁺, но как правило Ca²⁺ ˃ Mg²⁺ ˃ Na⁺ + K⁺. Содержание растворeнных солей изменяется от 306,6 при высокой водности до 547,6 мг/л в межень. Средняя минерализация по 14 анализам составляет 441 мг/л, вода умеренно жeсткая [6].

В период высоких вод жесткость изменяется от 2,98 до 5,04 , а в низкие — от 4,19 до 6,07 мг-экв.

Водами Вельвеличая частично подпитывается Самур–Дивичинский канал, в среднем за год 0,26 м3/с или 8,4 млн м3.

Оценка уязвимости САК к природным и антропогенным воздействиям и планирование предварительных мер впервые сформулирована и выдвинута нами как актуальная научная проблема. До настоящего времени систематические исследования по оценке уязвимости САК и Джейранбатанского водохранилища к природным и антропогенным воздействиям не проводились. Однако, имеются отдельные исследования [5–6], где частично затронуты вопросы эпидемиологического риска загрязнения Джейранбатанского водохранилища и САК. Эти работы, наряду с другой существующей научно–технической информацией были тщательно изучены и систематизированы в хронологическом порядке.

Индустриализация привела к сильному антропогенному давлению на состояние городов Баку и Сумгаита, а также всей зоны расположения Самур–Апшеронского канала, выражающемуся в рассеянии огромных масс химических элементов, как природных соединений, так и техногенного происхождения. В связи с этим изучение закономерностей миграции и концентрации загрязняющих веществ в Самур–Апшеронском канале и Джейранбатанском водохранилище, а также выявление корреляционных связей между степенью и характером загрязнения системы водообеспечения САК и Джейранбатанского водохранилища приобретает особую актуальность.

Река Самур, САК и Джейранбатанское водохранилище рассматриваются как единая система, гарантирующая обеспечение питьевой водой большинства населения Азербайджана, которая контролируется четырьмя различными организациями:

–реки Самур, Гудьялчай и Вельвеличай — Министерством экологии и природных ресурсов Азербайджана;

–Самурский гидроузел, САК и Джейранбатанское водхранилище — Азербайджанским открытым акционерным обществом мелиорации и водного хозяйства;

–по административным районам вдоль САК все ирригационные системы и обработка сточных вод — местными муниципалитетами;

–Джейранбатанские водоочистительные сооружения, а также система распределения питьевой воды Баку и Сумгаита — акционерной водной компанией АЗЕРСУ.

При проектировании и запуске системы гидротехнических сооружений САК, были предусмотрены некоторые инженерные конструкции для обеспечения осаждения взвешенных частиц и ила в отстойниках расположенных в двух местах трассы канала: на

8 км и 100 км трассы. Для нормального функционирования этих отстойников озерного типа следовало очистить их от донных отложений, через определенные интервалы времени. Не проведение этих работ своевременно, привело к полной потере функций отстойников. В результате предельного подъeма уровня донных отложений при входе воды в эти отстойники, скорость течения фактически не изменяется. Подъeм уровня донных отложений и зарастание канала, со временем, привело к негативным антропогенным факторам, отрицательно влияющим на качество воды в САК.

Первый отстойник озерного типа на 8 километре САК построен для расхода воды до 55 м3/с, ежегодный пропуск до 765 млн м3 и ежегодное осаждение преципитатов до 2,2 млн м3.

Второй отстойник озерного типа на 100 километре САК был проектирован и рассчитан на полную воду [2]. Максимальный расход 25 м3/с. Полный объeм отстойника осаждения — 6,6 млн м3, из них 4,0 млн м3 — это рабочая способность.

Скорость урегулирования движения воды в резервуаре осаждения составляет 12 мм/с, при расходе воды 25 м3/с, с пребыванием в 1 день.

Назначение отстойников озерного типа — осаждение не менее 80% взвешенных частиц в транспортируемой воде. При нормальной работе отстойников это должно существенно улучшить условия работы указанных насосных станций, и значительно уменьшить заиление Джейранбатанского водохранилища при этом улучшая качество воды поступающее из хранилища на очистные сооружения. Отстойник представляет собой чашу с площадью зеркала 93,6 га.

Система р. Самур–САК–Джейранбатанское водохранилище уязвима к различным ядовитым загрязнителям. Хотя любой из этих загрязнителей может быть запущен в систему преднамеренно, наиболее важные и наиболее вероятные загрязнители связаны с нефтепродуктами. Это происходит также из-за существующей ситуации в области, т. е. загрязненные нефтью территории Хызы и Сиазаня, находятся на пересечениях с нефтепроводами Баку–Новороссийск и т. д.

Таблица 2.

РЕЗУЛЬТАТЫ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ВОДЫ САК

Наименование показателей	Ед.	Нормативы		Содержание
	измерения	ПДК	№1	№2	№3
Запах при 20 °С	бал	˂2	0	0	0
Цвет	град.	˂20 (35)	0	0	0
Мутность	мг/л	˂1,5 (2,0)	1084	1575	2032
рН	—	6–9	8,24	8,2	8,21
Аммониевые соли (NН 4 )	мг/л	˂2,0	0,07	0,04	0,009
Гидрокарбонат (HCO 3 )	мг/л	˂30	128,1	140,3	134,2
Кальций (Са)	мг/л	˂250	33,07	37,07	40,68
Магнезий (Mg)	мг/л	˂50	14,59	10,21	7,78
Минерализация (∑ i )	мг/л	˂1000 (1500)	254	295	243
Натрий + калий (Na+K)	мг/л	˂200 (Nа)	13,57	28,98	17,02
Нитраты (NО 3 )	мг/л	˂45	1,91	1,75	2,2
Нитриты (NО 2 )	мг/л	˂0,1 (3)	0,008	0,003	0
Жесткость	ммоль/л	˂7 (10)	2,85	2,69	2,67
Карбонатная жесткость	ммоль/л	˂7 (10)	2,1	2,3	2,2
Железо (Fe)	мг/л	0,3 (1,0)	58,12	73,4	36,4
Сухой остаток	мг/л	˂1000 (1500)	190	225	176
Хлориды(Cl)	мг/л	˂350	3,6	3,24	3,6

Один из наиболее опасных участков САК, где на узком участке пересекаются канал, нефтепровод и железная дорога находится в районе товарной станции Сумгаита. Там же, поблизости к каналу, расположен нефтяной терминал трубопровода Баку–Новороссийск, расстояние между ними составляет всего 20 м [11].

Из-за присутствия различных промышленных химикатов при производстве и транспортировании, а также транспортирование нефти по трубопроводам, пересекающим САК несколько раз, САК уязвим к инцидентам загрязнения. Если случится загрязнение САК ядовито–опасными химикалиями, в результате случайных или намеренных утечек, и инцидент своевременно не будет выявлен, качество воды в Джейранбатанском водохранилище будет ухудшаться, создавая прямой риск для населения. Поэтому, раннее выявление и предупреждение инцидентов загрязнения необходимы — это позволяет принять соответствующие меры и смягчить неблагоприятные последствия.

Установление и действие Станции раннего оповещения и контроля качества воды между железнодорожной станцией Сумгаита и Джейранбатанским водохранилищем и введением чрезвычайных ответных действий внесут вклад в безопасную поставку питьевой воды населению Баку и Апшеронского полуострова.

Исследование состава воды САК в течение последних двух лет были дополнены новыми результатами анализов проведенные в начале июня 2018 г., которые приведены в Таблице 2.

Образцы воды САК были взяты 3 июня 2018 г., вблизи Джейранбатана (образец №1), а также в Сиазаньском (образец №2) и Хачмазском районах (образец №3). Анализы проводились с 04.06.2018 по 10.06.2018 г.

Вывод

Предложенный новый подход обеспечивает представление объективной и более полной комплексной количественной и качественной информации об уровне экологической безопасности окружающей среды в САК и Джейранбатанском водохранилище.

САК осуществляет орошение земельных площадей Гусарского, Губинского, Хачмазского, Шабранского, Сиазаньского, Хызынского, Апшеронского районов Азербайджана и снабжает водой гг. Баку и Сумгаита.

Определено, что высокий уровень естественного радиоактивного фона в водах и донных отложениях Самур–Апшеронского канала является следствием вод Вельвеличая и объясняется высокой выщелоченностью карбонатов в горно-луговых почвах бассейнов еe высокогорных притоков.

Установлено что, основными источниками эпидемиологического риска в САК являются скотомогильники и почвенные очаги инфекций, возникшие от больных и незахороненных павших животных в бассейнах рек Самур, Гудьялчай и Вельвеличай. В период ливней, наводнений и паводков очаги инфекций мигрируют с потоком воды и достигают САК.

Определено, что пересечения САК с автотрассой Баку–Ростов являются источником антропогенной нагрузки на качество воды в канале. В результате высокая интенсивность движения автотранспорта приводит к повышению концентрации тяжeлых металлов (Pb, Cr, Cu, Fe и Mn) в водах, донных отложениях и растительности САК.