Изменения площадей Сарпинских озёр в 2005–2016 гг. Причины и последствия

В данной работе проанализированы тенденции в изменении площадей пяти крупнейших Сарпинских озёр за 2005–2016 гг., климатические изменения, произошедшие в указанный период, а также производится сопоставление данных параметров. В заключении рассматриваются возможные экологические и экономические последствия изменения показателей, изученных в работе.

Ключевые слова: Сарпинские озёра, Сарпа, Цаца, Барманцак, Ханата, Цаган-Нур, климатические изменения, индекс Педя, опустынивание, экологическая безопасность

Сарпинские озёра — группа из нескольких десятков относительно небольших солоноватых (кроме оз. Цаца) водоёмов, располагающаяся на северо-западной части Прикаспийской низменности, на территории Светлоярского района Волгоградской области и республики Калмыкия (рис. 1). Данные озёра играют важнейшую роль в поддержании устойчивости окружающей их экосистемы и в экономике вышеупомянутого района. Сарпинские озёра являются «горячей точкой» биоразнообразия, вследствие чего они были включены в список ключевых орнитологических территорий и в перспективный список Рамсарской конвенции по водно-болотным угодьям [1]. Данные озёра используются человеком в качестве рыбохозяйственных и охотничьих угодий, мест для водопоя сельскохозяйственных животных, места сброса дренажных вод с сельскохозяйственных полей (особенно с рисовых чеков) и в рекреации.

Любые изменения состояния озёр непременно сказываются на функционировании экосистемы Сарпинской низменности, а также на условиях жизни и хозяйственной деятельности людей в вышеупомянутом районе. Этим изменениям и посвящена данная работа.

Актуальность. Ввиду происходящих в аридных районах земного шара неблагоприятных климатических изменений, заключающихся в увеличении среднегодовой температуры воздуха и сокращении увлажнения, экосистемы и хозяйство засушливых районов сталкиваются с всё большим дефицитом водных ресурсов. Данное обстоятельство обусловливает такие глобальные неблагоприятные процессы, как опустынивание и деградация сельскохозяйственных угодий. Вдобавок к этому, многие водоёмы на нашей планете подвергаются химическому загрязнению в результате хозяйственной деятельности человека, что, в свою очередь приводит к общему ухудшению качества водных ресурсов и возникновению санитарно-гигиенической напряжённости. Всё вышеизложенное обусловливает необходимость мониторинга состояния водных объектов аридной зоны и происходящих там климатических изменений, как основного природного фактора, влияющего на их водный баланс.

Цель работы заключается в сопоставлении современных тенденций в сезонных и многолетних колебаниях площадей Сарпинских озёр и климатических изменений, происходящих в Сарпинской низменности, а также в оценке возможных экологических рисков, связанных с данными процессами.

Для достижения поставленных целей необходимо выполнение следующих задач:

1. Определение роли различных составляющих уравнения водного баланса Сарпинских озёр в сезонных и многолетних колебаниях их площади;
2. Анализ климатических изменений, произошедших в Сарпинской низменности за 2005–2016 гг.;
3. Анализ изменения площади крупнейших водоёмов из группы Сарпинских озёр за 2005–2016 гг.;
4. Определение возможных экологических и экономических последствий, которые могут быть вызваны обнаруженными изменениями.

Методика и материалы. Прежде всего были изучены научные публикации, официальные документы и статьи в СМИ, затрагивающие те или иные аспекты вопросов, поднятых в работе. Анализ климатических тенденций в районе Сарпинских озёр производился на основе данных метеонаблюдений за 2005–2016 гг., полученных на станции Яшкуль. Полученные данные были экстраполированы на изучаемый район на том основании, что и Сарпинские озёра, и посёлок Яшкуль находятся в пределах Сарпинско-Даванского ландшафта Сарпинской географической провинции, из чего следует общность рельефа местности, биоклиматических условий и ландшафтов. Данные по метеостанции Яшкуль были взяты с сайта Японского метеорологического агентства [2] и fr.climate-data.org [3]. Объектом исследования послужили пять крупнейших озёр Сарпинской группы: Сарпа (Волгоградская область), Цаца, Барманцак, Ханата и Сарпа (Цаган-Нур) (рис. 1). Наблюдения за изменением их площади производились на основании данных со спутниковых снимков Landsat-7 и Landsat-8, имеющихся в открытом доступе на сайте Геологической службы США [4]. Измерение площадей озёр производилось с помощью инструментов, имеющихся на данном сайте. Математические расчёты производились с помощью программы Microsoft Excel.

Рис. 1. Расположение объектов исследования в группе Сарпинских озёр

Научная новизна. В данной работе проведена оц4енка изменений площадей пяти крупнейших озёр Сарпинской группы за 2005–2016 гг. в сопряжении с наблюдаемыми климатическими изменениями, произошедшими за тот же период.

Практическая значимость. Данные, полученные в ходе выполнения этой работы, могут быть использованы при проведении экологической и социально-экономической политики в регионе, прилегающем к Сарпинским озёрам.

Основная часть.

Водный баланс озёр.

Для того чтобы перейти к изучению колебаний площадей водного зеркала крупнейших водоёмов из группы Сарпинских озёр, необходимо проанализировать факторы, обусловливающие их. Уравнение водного баланса для них выглядит следующим образом:

Где ∆V — изменение объёма воды в озере, Х (тал. воды + осадки) — количество осадков, выпадающих на поверхность водоёма и сток талых вод, W — подземный приток, Y — сток рек в озеро, Y (сбр.) — сброс воды в озёра по Сарпинской оросительно-обводнительной системе, Z — испарение с поверхности озера, Y(отток + хоз. исп.) — отток воды из озера по каналам Сарпинской ООС и забор воды на хозяйственные нужды, W — инфильтрация в грунт.

Величины модулей подземного стока и инфильтрации на протяжении года являются примерно одинаковыми.

Величина оттока воды по каналам Сарпинской ООС и забора воды на хозяйственные нужды может сильно варьироваться в зависимости от конкретного озера и от года наблюдения. К примеру, из озера Сарпа (Цаган-Нур) вода не забирается, но очень большое количество воды (34621 тыс. м³ в 2009) сбрасывается в него. В озеро Барманцак вода обычно и не сбрасывается, и не забирается. Из Сарпы (Светлоярский район) забирается очень малое количество воды. Из озера Ханата и особенно из озера Цаца забирается относительно много воды [5].

Сток рек с Ергеней в озёра является сезонным и незначительным. Он происходит весной, а его величина зависит от климатических условий в зимний и весенний периоды. К началу лета впадающие в Сарпинские озёра реки либо полностью пересыхают, либо сильно мелеют. К сожалению, невозможно точно судить о приходной части водного баланса и величине стока рек в Сарпинские озёра по причине недостатка в данном районе гидрологических постов [5]

Талые воды являются основным источником питания Сарпинских озёр. Роль атмосферных осадков незначительна.

В целом водный режим Сарпинских озёр можно охарактеризовать как природно-антропогенный [4].

Климатические изменения врегионе.

Прежде всего, необходимо отметить, что Сарпинские озёра находятся в зоне засушливого климата и средний коэффициент увлажнения в области их расположения составляет примерно 0,25. Вследствие этого озёра выполняют в основном функцию испарителей и их площади подвержены значительным колебаниям.

В период 2005–2016 гг. в районе Сарпинских озёр произошли серьёзные климатические изменения (табл. 1). Так, среднегодовая температура воздуха по сравнению с многолетним средним значением повысилась на 0,59°C. Из сезонных изменений можно выделить значительный рост средней весенней и летней температур (на 0,95°C и 1,02°C соответственно). Изменения среднегодовых значений температуры воздуха в межсезонья являются незначительными.

В среднегодовом исчислении среднее количество выпадающих осадков также сильно увеличилось (на 41,1 мм). Наибольшее увеличение количества выпадающих осадков произошло весной. Летом, наоборот, произошло сокращение числа выпадающих осадков (на 10,2 мм). Зимние изменения данного показателя являются несущественными.

Таблица 1

Изменения среднесезонных исреднегодовых значений температуры воздуха иколичества осадков за 2005–2016 годы по сравнению со средними многолетними значениями

Индекс Д. А. Педя — показатель, позволяющий оценить совокупное действие трендов изменения температуры воздуха и количества выпадающих осадков [7]. Индекс рассчитывается по следующей формуле:

Где ∆Т и ∆Р — аномалии средней температуры воздуха и осадков от среднего уровня средней температуры воздуха и суммы осадков за весь многолетний период наблюдений, σt и σp — среднеквадратические отклонения средней температуры воздуха и осадков. Для вычисления зимнего значения индекса два частных складываются.

В результате вычислений, проведённых для периода 2005–2016 годов можно сделать вывод о том, что в целом за год происходит небольшое увеличение температуры воздуха, сопряжённое с незначительным уменьшением увлажнённости (И = 0,56). В летний сезон наблюдается аномальная засуха (И =4,54). Весенние сезоны в целом, несмотря на значительный рост температуры, стали немного влажнее (И = -0,18). Остальные сезоны являются умеренно сухими.

Данное изменение климатических условий ведёт к возрастанию средней величины испарения и усилению (за счёт летних засух) колебаний площади водоёмов с трендом к общему сокращению.

Колебания площадей озёр в 2005–2016гг.

Исследовались значения показателя за апрель и сентябрь, так как именно к этим месяцам приурочены наибольший и наименьший уровни воды в озёрах. По результатам измерений площади пяти крупнейших водоёмов из группы Сарпинских озёр (табл. 2) отчётливо виден тренд к сокращению площадей изученных объектов. Два озера (Ханата и Барманцак) находятся под угрозой полного исчезновения, а озеро Сарпа (Светлоярский район) может оказаться под такой угрозой в ближайшем будущем. Ниже рассмотрена реакция лимнологических систем на изменение климатических параметров.

Таблица 2

Изменение площади акватории крупнейших Сарпинских озёр

Сарпа (Светлоярский район). Озеро испытывает наиболее значительные сезонные колебания площади водного зеркала. Причиной этому является общая малая глубина водоёма (1,5 м) и довольно сложный рельеф дна, из-за которого озеро летом распадается на несколько небольших водоёмов. Наиболее подвержена высыханию северная часть озера; центр наиболее стабилен.

Цаца. Является наиболее стабильным из всех изученных озёр. Имеет довольно большую глубину (6 м). Весной его питает относительно крупная река Большая Тингута. Конфигурация береговой линии за период наблюдений менялась незначительно.

Барманцак. Данный водный объект сильно деградировал за время наблюдений. Примерно с 2008 года озеро полностью высыхает в конце лета. Из всех изученных озёр Барманцак наиболее подвержен влиянию климатических изменений, так как его воды не используются в хозяйстве, а поступление вод осуществляется лишь по одному небольшому каналу Сарпинской ООС.

Сарпа (Цаган-Нур). Самое большое из всех изученных озёр. Его площадь за время наблюдений неуклонно сокращалась год от года. Помимо климатических изменений важную роль в его обмелении сыграла недостаточная подача воды в него [8]. Быстрее всего озеро мелело южнее моста, соединяющего населённые пункты Цаган-Нур и Эвдык. Примерно с 2012 года начала интенсивно сокращаться площадь северной части водоёма. Центр озера ещё относительно стабилен, но при этом также происходит его сужение.

Последствия изменений изученных факторов.

Изученные в работе процессы могут привести к крайне негативным последствиям для экологической обстановки и социально-экономической ситуации в регионе. В результате деградации Сарпинских озёр многие виды флоры и фауны (среди которых присутствуют три вида птиц, занесённых в Красную книгу) могут лишиться своих местообитаний. 77 видов перелётных птиц, 10 из которых занесены в Красную книгу России, могут лишиться привычного места миграции [1]. Ввиду общего сокращения площади озёр уменьшается их ассимиляционный потенциал, и, как следствие, их устойчивость к загрязнению.

Очень остро стоит проблема загрязнения вод Сарпинских озёр дренажными водами Сарпинской ООС, промышленными предприятиями и отходами животноводческих предприятий. Озеро Цаца, вода которого используется в водоснабжении, загрязнено фосфатами и нитратами, поступающими с отходами от крупного рогатого скота. На качество воды в оз. Сарпа оказывают влияние сточные воды, поступающие от Волгоградской ТЭЦ-2 ФОАО «Волгоградэнерго» и ОАО «Автобаза № 1» [5]. Многие Сарпинские озёра вместе с дренажными водами, поступающими по ООС в основном с рисовых чеков и не проходящими очистку, получают большое количество солей, вследствие чего увеличивается жёсткость и минерализация вод, что, в свою очередь ограничивает или исключает их хозяйственное использование. Отмечается также загрязнение озёр Сарпа (Волгоградская обл.) и Ханата тяжёлыми металлами [9]. В связи с обмелением Сарпинских озёр возникает угроза эолового распространения солей и загрязнителей, осевших на бывшем дне озёр на большие расстояния.

Уменьшение увлажнённости климата территории приведёт к дальнейшему развитию процессов опустынивания и формированию более ксерофитных ландшафтов. Учитывая тот факт, что основной сельхозкультурой, возделываемой в районе Сарпинской ООС является влаголюбивый рис, не исключено наращивание объёмов водопотребления и дальнейшее развитие процессов вторичного засоления почв и сокращение поступления дренажных вод в Сарпинские озёра.

Проблема загрязнения водных объектов Калмыкии в целом и Сарпинских озёр в частности приводит к ухудшению здоровья людей. Этому способствует тот факт, что 76 % жителей сельской местности республики берут воду для бытовых нужд из открытых природных источников. Так, по данным Санитарно-эпидемиологической службы Калмыкии в республике, в связи с потреблением некачественной воды, наблюдается увеличение количества людей, страдающих заболеваниями мочеполовой и эндокринной систем, крови и кроветворных органов, паразитарных и инфекционных, в том числе, вирусного гепатита и бактериальной дизентерии [10].

Обмеление Сарпинских озёр приведёт к потере ценных рыболовных и охотничьих угодий и рекреационного потенциала окружающей их местности. Вследствие пересыхания озёр люди лишаются источников воды для бытовых нужд и для устойчивого развития сельского хозяйства. Учитывая тот факт, что скотоводство является основным занятием местного населения, нехватка воды может привести к обострению социально-экономической обстановки в регионе и появлению экологических беженцев. Наиболее острая ситуация сложилась в районе озера Ханата [11, 12]. Увеличение водного дефицита может привести к конфликтам как между различными водопотребителями (животноводство и выращивание сельхозкультур), так и между субъектами федерации (Калмыкии с Волгоградской и Астраханской областями, в которых расположены водозаборы калмыкских ООС).

Выводы.

На основании информации полученной в ходе работы можно сделать следующие выводы:

1. Климат и хозяйственная деятельность человека являются основными факторами, влияющими на состояние Сарпинских озёр;
2. Климат Сарпинской низменности становится всё более сухим и тёплым. Весна является единственным влажным сезоном;
3. На протяжении всего изученного периода наблюдается сокращение площади всех Сарпинских озёр. Наиболее стабильны водоёмом изученной группы является озеро Цаца;
4. Аридизация климата и сокращение площадей Сарпинских озёр оказывают серьёзное негативное воздействие на экологическую обстановку и экономику юга Волгоградской области и Калмыкии.
5. В условиях нарастающего водного дефицита и снижения качества вод необходимо безотлагательное налаживание системы мониторинга водных объектов, а также составление надёжных математических моделей для прогноза их состояния [13].

1. Сарпинские озёра и озеро Деед-Хулсун // Водно-болотные угодья России. URL: http://www.fesk.ru/wetlands/148.html (дата обращения: 29.06.2017).
2. ClimatView — a tool for viewing monthly climate data // Japan Meteorological Agency. URL: http://ds.data.jma.go.jp/tcc/tcc/products/climate/climatview/frame.php?s=3&r=0&y=200 (дата обращения: 29.06.2017Climat: Yashkul // Climate-data.org. URL: https://fr.climate-data.org/location/494475/ (дата обращения: 29.06.2017).
3. CLIMAT: YASHKUL // Climate-Data.org. URL: https://fr.climate-data.org/location/494475/ (дата обращения: 29.06.2017.
4. LandsatLook // U. S. Geological Survey. URL: https://landsatlook.usgs.gov/viewer.html (дата обращения: 29.06.2017.
5. Схема комплексного использования и охраны бессточных районов междуречья Терека, Дона и Волги. — М.: 2014. — 185 с.
6. Бананов В. А., Лазарева В. Г., Сератирова В. В. Динамика гидролого-гидрохимических характеристик Сарпинской водной системы в экологических условиях водопользования // Геология, география и глобальная энергия. — 2011. — № 3 (42). — С. 223–232.
7. Ж. В. Кузьмина, С. Е. Трешкин. Климатические изменения в бассейне Нижней Волги и их влияние на состояние экосистем // Аридные экосистемы. — 2014. — № 3 (60). — С. 14–32.
8. Об утверждении ведомственной целевой программы развитие рисоводства Республики Калмыкия на 2013–2015 годы: Приказ МСХ РК от 26.06.2013 № 110п // Нормативные правовые акты Республики Калмыкия. – 2012. – № 1.
9. Церен-Убушиева Д. В., Сангаджиева Л. Х. Динамика гидролого-гидрохимических характеристик Сарпинской водной системы в экологических условиях водопользования // Мелиорация и водное хозяйство: проблемы и пути решения. — М.: Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии имени Д. Н. Прянишникова, 2016. — С. 264–268.
10. Бадмаева Ц. Н., Сангаджиев М. М. Влияние водных ресурсов Калмыкии на здоровье человека // Вестник Прикаспия. — 2013. — № 1. — С. 25–29.
11. Из-за обмеления озера Ханата гибнет рыба // ВГТРК «Калмыкия». URL: http://vesti-kalmykia.ru/close/181-iz-za-obmeleniya-ozera-hanata-gibnet-ryba.html (дата обращения: 29.06.2017).
12. Гуманитарная катастрофа районного характера // Независимая газета. URL: http://www.ng.ru/regions/2012–09–26/6_kalmykia.html (дата обращения: 29.06.2017).
13. Рязанова Н. Е. Многокритериальная оценка загрязненности крупного водоема: Автореф. дис. к-та геогр. наук: 25.00.27. — М., 2005. — 28 с.