О Т Ч Е Т

О НАУЧНОЙ И НАУЧНО-ОРГАНИЗАЦИОННОЙ

ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

ИНСТИТУТА ВОДНЫХ ПРОБЛЕМ СЕВЕРА

КАРЕЛЬСКОГО НАУЧНОГО ЦЕНТРА РАН

за 2007 год

I. ВАЖНЕЙШИЕ ДОСТИЖЕНИЯ

1. Впервые разработана экспертная система для оценки водных и биологических ресурсов озер в условиях недостатка или отсутствия данных по гидрологическим, химическим, биологическим параметрам. Разработка, выполненная на основе методов искусственного интеллекта с применением математического аппарата нечеткой логики, реализована для озер Карелии и применима для различных ландшафтных зон России. (рис. 1). (д.г.н. Филатов Н.Н., зав. лабораторией географии ИВПС КарНЦ РАН, д.б.н. В.В.Меншуткин, гл. н.с. СПб ЭМИ РАН).

Рис. 1 Интерфейс экспертной системы для определения трофического статуса озер

2. Выполнен прогноз изменений социо-эколого-экономической системы «Белое море и его водосбор» до 2030 г. Показано, что при возможных сценариях изменений климата и экономической активности в регионе экосистема моря сохранит трофический статус и высокое качество своих вод для развития марикультуры, рыболовства, рекреации. Издана обобщающая монография (рис. 2) (д.г.н. Филатов Н.Н., зав. лабораторией географии и гидрологии ИВПС КарНЦ РАН, к.т.н. А.Ю. Тержевик, зав. лабораторией гидрофизики ИВПС КарНЦ РАН).

3. Установлено возрастание скорости ответных реакций организма рыб

водоемов Северо-Запада России на различные типы антропогенных воздействий (промысел, загрязнение). Данные реакции проявляются как при физиологических, так и при патологических состояниях. При воздействии различных загрязнителей (тяжелые металлы, нефтепродукты, СПАВ и др.) возникают сходные заболевания, но различные по этиологии и патогенезу. Предложена модифицированная классификация патологий организма рыб для объективной диагностики качества окружающей среды (рис. 3). (д.б.н. Лукин А.А., зав. лабораторией управления ресурсами водных объектов ИВПС КарНЦ РАН).

4. Разработана модель для реконструкции годового цикла термической структуры и ледового режима водоемов Северо-Запада России (55°-70° с.ш.). В расчетах используется доступная географическая информация (широта, высота над уровнем моря, геометрические размеры озер, коэффициент условного водообмена), модель применима для оперативных оценок и является рабочим инструментом для широкого круга специалистов при решении многих научных и практических задач. Впервые предложены количественные значения критериев для типизации озер по термической структуре. Полученные эмпирические зависимости позволяют оценить климатологические средние значения для любого водоема в данном регионе (рис.4) (к.г.н. Н.И. Пальшин, к.г.н. Т.В. Ефремова, лаборатория гидрофизики ИВПС КарНЦ РАН).

II. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ЗАКОНЧЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Тема № 59. Эколого-географическая типизация и классификация водоемов Северо-Запада России в условиях антропогенного воздействия и климатических изменений: экспертная система оценки озерных экосистем.

№ государственной регистрации: 0120.0 504018

Срок выполнения: 2005-2007 гг.

Научный руководитель: д.г.н., проф. Н.Н. Филатов

Исполнители: лаборатории географии и гидрологии, гидрофизики, гидробиологии, гидрохимии и гидрогеологии, управления ресурсами водных объектов

Бюджет

Впервые Институтом водных проблем Севера КарНЦ РАН совместно с СПб экономико-математическим институтом РАН разработана экспертная система для оценки водных и биологических ресурсов озер в условиях недостатка или отсутствия данных по гидрологическим, химическим, биологическим параметрам. Разработка, выполненная на основе методов искусственного интеллекта с применением математического аппарата нечеткой логики, реализована для озер Карелии и может быть применима для различных ландшафтных зон России, что даст возможность более корректно определить ресурсный потенциал озер России. Ниже представлены результаты создания баз данных и баз знаний, разработка частных классификаций и особенности разработки экспертной системы озер Карелии.

1. С использованием баз данных и баз знаний об озерах Карелии проведен анализ состояния 100 наиболее изученных озер, расположенных в разных районах республики. По этим данным разработаны разнообразные классификации озер. Показаны их недостатки из-за отсутствия конструктивного алгоритма восстановления неизвестных характеристик озер. Для решения этой проблемы использовались методы многомерного статистического анализа. Показано, что функции распределения большинства характеристик озер Карелии далеки от нормального закона. Таким образом, применение классических методов статистического анализа становится не вполне надежным и в этом случае рекомендуется обращаться к методам непараметрической статистики, использовать математический аппарат нечетких множеств и нечеткой логики. На этой основе разрабатывается экспертная система (ЭС). На основе анализа данных по озерам показано, что успех при создании экспертной системы определяется, в первую очередь, качеством и организацией базы знаний (Уотермен, 1989). Разработанная экспертная система для Карелии пригодна в настоящее время для озер этого региона. Проведенная работа наглядно показала возможность создания такой системы и для других озерных регионов. На первых этапах создания экспертной системы выяснилось, что сведения о зоопланктоне, приведенные в Справочнике по озерам Карелии (1959), обладают настолько большой степенью неопределенности, что включение их в экспертную систему не имело смысла. Это совершенно не означает, что характеристики зоопланктона следует вообще исключить из рассмотрения, хотя при определении наиболее информативных признаков для мониторинга экосистем озер Европы в рамках Европейской рамочной директивы этот параметр был исключен как малоинформативный. Однако в работах ИВПС было показано, что информативность этого параметра возрастает, если использовать не списки видов, а биомассу. Предстоит выполнить разработку для включения в экспертную систему антропогенного загрязнения озер. В данной работе использовались, в основном, корреляционные связи между различными характеристиками озер. Исключение составляют данные о термике озер, где использована модель термического режима озера. Применение моделей гораздо обоснованнее и надежнее, чем использование эпизодических наблюдений над разными параметрами. Это направление следует развивать путем включения в экспертную систему моделей химического и, особенно, биотического баланса. Перспективность такого подхода была показана в работе Л. Хакансона и В.В.Бульона (Hakanson, Boulion, 2004), где рассматривается универсальная модель озерной экосистемы, которая может настраиваться на немногочисленные фактические данные. Важно, что в этой работе использованы достижения продукционного направления (Винберг,1962), а также фактический материал по озерам Карелии.

2. Создана база гидробиологических данных, включающая как ранее известные сведения, так и собственные данные, собранные за период 1975-2006 гг. по сообществам гидробионтов озер Карелии (бактериопланктон – 129 озер, фитопланктон – 190, зоопланктон – 390, бентос – 112, макрофиты – 147).

Показано, что модель, разработанная В.В. Бульоном (2005), хорошо отражает функционирование пространственно однородных пелагических компонентов системы озер Карелии (первичная продукция фитопланктона, биомасса и продукция зоопланктона). Это позволило использовать указанную модель для расчета первичной продукции 80 озер и выделить среди них 5 классов различной трофности. Однако для более гетерогенных сообществ, связанных с субстратом (бентос и макрофиты), расчетные величины слабо соответствуют эмпирическим данным. После доработки и учета специфики местных условий данная модель может стать хорошим инструментом реконструкции недостающих данных и экспертной оценки состояния биоты.

Предложена классификация водоемов по количественным и структурным показателям фитопланктона, которая соответствует геохимической классификации поверхностных вод гумидной зоны.

На основе анализа экологических особенностей фитопланктона и макрофитов выявлены виды-индикаторы различных условий их обитания (закисление и гумификация, минеральное загрязнение, трофность).

Учтена региональная специфика озер Карелии (повышенное содержание гуминовых веществ), что делает необходимым увеличение верхнего предела общей численности бактерий в олиготрофных водоемах по сравнению с общепринятой системой. Выявлен характер зависимости численности бактерий от цветности в различных диапазонах этого показателя.

3. Дана общая гидрохимическая характеристика озер Карелии, принадлежащих к различным геохимическим классам и отражающих специфику водоемов гумидной зоны. На примере озер, наиболее активно подверженных антропогенному влиянию, проанализированы изменения гидрохимического режима за последние 20–40 лет (озера Суоярви, Крошнозеро, Пряжинское). Разработана автоматизированная система обработки данных, написанная на языке программирования высокого уровня Delphi 7 и характеризующая химический состав воды. Предложена классификация озер Карелии по щелочности, гумусности и трофности с разработкой соответствующих карт.

На основе интегрированного индекса (балл качества), учитывающего щелочность, гумусность и трофность водного объекта, дана оценка качества природных вод Карелии, составлена новая карта качества водных объектов (озер и водотоков). Воды с отличным качеством на территории Карелии представлены всего 12-ю объектами (около 1%). К ним отнесены небольшие глубоководные озера с медленным водообменом и, как правило, атмосферным питанием (такие как Мунозеро, Падмозеро, Елмозеро). К водам с хорошим качеством (66%) относятся воды крупных и глубоководных озер (большая часть Онежского, Сегозеро, Пяозеро, Топозеро, Маслозеро, Селецкое и др.), а также малых водоемов с замедленным водообменном (Урос, Кончозеро, Падмозеро и др.), а воды с высоким качеством составляют 23%.

К водам с удовлетворительным качеством (8%) принадлежит большинство водных объектов с заболоченным водосбором (бассейн р. Н. Выг, Шуи Онежской, Койтайоки и др.), малые озера с атмосферным питанием (Лижменское, Каскеснаволок, Лангозеро и др.) и эвтрофные озера.

К низкому качеству вод (около 2%) причислены некоторые водные объекты сильно заболоченных территорий (Прибеломорской низменности, верховьев р. Шуи, рек В. Выг, Нюхча и др.), небольшие озера, находящиеся на водоразделах рек и закисленные антропогенным путем, а также высокоэвтрофные озера.

Выводы.

Решена поставленная задача – создана экспертная система на примере озер одного из наиболее изученных озерных регионов России – Республики Карелия. Разработанные базы данных и знаний, экспертная система как инструмент управления, могут применяться для оценивания водных и биологических ресурсов озер, их охраны и рационального использования. Эта система может служить прототипом при разработке экспертных систем озер для разных ландшафтных зон Российской Федерации, где насчитывается около 2 млн. озер, и задача корректной оценки водных и биологических ресурсов в условиях недостатка или отсутствия информации весьма актуальна.

Тема № 61. Биоресурсы Онежского озера и озерно-речных систем его бассейна: стратегия управления, сохранения и использования в условиях антропогенного воздействия

№ государственной регистрации: 0120.0 504019

Срок выполнения: 2005-2007 гг.

Научные руководители: д.б.н. Н.М. Калинкина, д.б.н. А.А. Лукин

Исполнители: лаборатории управления ресурсами водных объектов, гидробиологии

Бюджет

Онежское озеро используется не только как источник питьевого водоснабжения, но и в рыбохозяйственных и рекреационных целях. В последние годы антропогенная нагрузка на водоем неуклонно возрастает (выбросы промышленных предприятий, водный транспорт, нелегальное, промысловое и любительское рыболовство), что обусловливает необходимость оценки современного состояния и сохранения биологических ресурсов, разработки стратегии их рационального использования. В настоящее время, когда экологические проблемы на акватории Онежского озера резко обострены, состояние многих ресурсных популяций определяется как критическое. Оценка кормовой базы рыб Онежского озера последний раз проводилась в 1960-ые годы. Необходимо обобщение фундаментальных знаний и фактических данных по современному состоянию кормовой базы и жизнедеятельности основных видов рыб.

В результате проведенных работ получены новые данные о современном состоянии бактерио-, фито-, зоопланктона, зообентоса, первичной продукции и структуре рыбной части сообщества Онежского озера.

1. Проведена оценка современного уровня продукции фитопланктона в пелагической и литоральной зонах Онежского озера, загрязняемых заливах (Кондопожская и Петрозаводская губы). Выявлено, что реальные учтенные уловы в озере (данные Л.А. Кудерского, 1996) при оптимальной добыче составляют около 0,13% от первичной продукции. С целью оценки роли фитопланктона в биоресурсах экосистемы Онежского озера выполнен анализ видовой и размерной структуры, а также динамики показателей количественного развития (численность, биомасса).

2. Показано, что планктон литоральной зоны озера мало отличается от пелагического своим видовым и размерным составом. В пелагическом и литоральном планктоне озера круглогодично доминируют диатомовые водоросли. В процессе антропогенного эвтрофирования в озерной альгофлоре увеличивается количество мелких форм хлорококковых, синезеленых и криптофитовых водорослей, предпочитающих повышенный уровень трофии вод. Особенно характерно это для мелководных участков озера и заливов, в наибольшей степени подверженных антропогенному воздействию.

При преобладании микроразмерной фракции в составе фитопланктона Онежского озера на долю его мелкоразмерных (нано- и ультра-) фракций приходится в среднем до 20 % от суммарных величин численности, что хорошо согласуется с результатами, полученными для других водоемов.

Доля водорослей разной систематической принадлежности в средневегетационной биомассе фитопланктона по районам озера существенно не меняется. Уровень биомассы фитопланктона практически во всех пелагических и литоральных районах озера остается невысоким и соответствует статусу олиготрофных или мезотрофных вод.

3. Определены особенности пространственно-временного распределения сообщества зоопланктона, как одного из важных биологических ресурсов Онежского озера. Методом аппроксимации заданной функцией были описаны процессы сезонной динамики и межгодовой изменчивости. Эти данные необходимы для исследования и оценки устойчивости процессов в пелагиали озера в естественных и антропогенных условиях. На основе полученных результатов рассчитаны продукционно-деструкционные характеристики зоопланктона и его основных компонентов как трофической базы рыб.

4. Выявлено, что средние величины обилия макрозообентоса озера в целом (без учета литоральной зоны) в настоящее время достигают 5 тыс. экз./м2 и 7.0 г/м2. Более 68% его численности и 40% биомассы приходится на олигохет. Реликтовые ракообразные образуют 42% биомассы и немногим более 17% численности животных. Максимальными показателями выделяются донные сообщества наиболее эвтрофируемых губ. В глубоководной зоне основного плеса состав донных ценозов, их доминирующий комплекс и соотношение основных групп бионтов остаются достаточно стабильными. В качестве доминирующих форм в них выступают реликтовые бокоплавы Monoporeia affinis Lindstr. (Bousfild) и олигохеты, суммарная численность и биомасса которых достигают 90-97 % от общих показателей. Установлено, что в течение последних пяти лет в большинстве глубоководных районов озера существенных перемен в донных ценозах не происходит.

Определены границы распространения и показатели развития популяций инвазивного вида Gmelinoides fasciatus (Stebbing). Макрозообентос исследованных участков литоральной зоны озера достаточно разнообразен и представлен всеми основными группами донных беспозвоночных. Средняя численность макрозообентоса в прибрежной зоне составила 11,8 ± 1,7 тыс.экз./м2, а биомасса – 11,8 ± 1,5 г/м2. В настоящее время массовым видом в биоценозах литорали почти всех районов озера является инвазийный бокоплав (частота встречаемости > 90%). Из всех разнообразных местообитаний литоральной зоны наиболее высокими показателями характеризовались популяции рачка на каменисто-песчаных биотопах с зарослями макрофитов. Так, в заливе Малое Онего у восточного берега озера его численность достигала 42.5 тыс.экз./м2, а биомасса – 16.6 г/м2. Наименее подходящими для вселенца являются песчаные биотопы, где отмечены минимальные его количества (0.44 тыс. и 0.38 г /м2). Вселение бокоплава в прибрежные районы привело к увеличению количественных показателей донных ценозов в среднем на 50%. Прочно войдя в состав донных сообществ, байкальский бокоплав существенно изменил их структурные характеристики и стал доминирующим видом на всех типах озерной литорали.

5. Показано, что изменение структуры рыбного сообщества Онежского озера связано с интенсивной промысловой нагрузкой на водоем, и в первую очередь с нелегальным ловом рыбы. Выявлено, что объемы любительского и спортивного рыболовства превышают установленные для промысла квоты в 2-3 раза, поэтому во избежание перелова при квотировании промышленного рыболовства следует учитывать объемы любительского и спортивного рыболовства. Так, например, вылов онежского лосося рыбаками-любителями только разрешенными снастями (дорожка) составил в 2007 г. около 17 т, что соответствует выделенным на этот год квотам.

Хотя промысловое усилие на орудие лова за последние сто лет осталось прежним, качественный состав уловов резко изменился. Показано, что в настоящее время в уловах доминируют особи младших возрастных групп; переловы сигов привели к сокращению численности ряда экологических форм, что создало благоприятные условия для увеличения численности карповых, в частности синца, который до середины 1990-х гг. практически не встречался в Онежском озере.

6. Анализ нормативно-правой базы для оценки ущерба водных экосистем показал существование противоречий в федеральном и региональном законодательстве, что приводит к несогласованности действий законодательной и исполнительной власти на местах.

Таким образом, впервые за последние сорок лет на основе изучения зоопланктона и бентоса дана оценка состоянию кормовой базы для рыбной части сообщества, а также показана их взаимосвязь с первичной продукцией, бактериальными и фитопланктонными сообществами. На основе полученных данных оценена потенциальная кормовая база для рыб планктофагов и бентофагов. Показано, что уровень развития кормовых объектов рыб в разных районах озера различается. Уровень трофии Кондопожской и Петрозаводской губ выше, чем для районов центрального плеса, где сохраняется олиготрофный статус для планктонных сообществ. В последнее десятилетие, в связи вселением в озеро инвазивного вида Gmelinodes fasciatus, произошло увеличение биомассы бентосных сообществ литорали в полтора раза. За счет существенного улучшения кормовой базы в этой зоне увеличивается численность карповых рыб. В то же время на фоне активного перелова численность сиговых снижается.

Полученные данные являются объективной основой для принятия решений, способствующих восстановлению и сохранению биологических ресурсов Онежского озера, включая квотирование вылова ценных видов рыб.

Тема № 62. Геохимические особенности поверхностных и подземных вод Карелии, обусловленные природными и антропогенными факторами

№ государственной регистрации: 0120.0 504020

Срок выполнения: 2005-2007 гг.

Научные руководители: д.х.н. П.А. Лозовик, к.г.-м.н. Г.С. Бородулина

Исполнители: лаборатория гидрохимии и гидрогеологии

Бюджет

Основная цель работ по теме заключалась в установлении взаимосвязи геохимических характеристик вод гумидной зоны с геологическими и геоморфологическими условиями региона, а также выяснение влияния закисления и биогенной нагрузки на водные экосистемы.

Обобщены материалы многолетних наблюдений за химическим составом поверхностных вод Карелии (около 1000 объектов). Установлены основные геохимические характеристики поверхностных вод гумидной зоны. Большинство водных объектов (85%) имеет низкую минерализацию (< 50 мг/л) с преобладанием вод группы кальция, магния гидрокарбонатного и карбоксилатного классов. Наибольшая степень корреляции и от компонентов ионного состава воды отмечается для Ca2+, Mg2+ и щелочности (r=0.96–0.98, n=605). Распределение щелочности, содержание органического вещества, фосфора общего и железа соответствует лог-нормальному закону.

Важной особенностью поверхностных вод Карелии является высокая вариабельность содержания органического вещества с низкой долей автохтонного ОВ. Для характеристики органического вещества введено новое понятие – гумусность воды (Hum), определяемое как среднегеометрическое значение цветности (град.) и перманганатной окисляемости. Между косвенными показателями содержания ОВ, гумусностью воды и содержанием Cорг наблюдается тесная корреляция и отсутствие их корреляции с Nорг.

В озерных системах на содержании Робщ существенно сказываются внутриводоемные процессы и, прежде всего, седиментация, которая приводит в среднем для Карелии к 1.5 кратному уменьшению концентрации Робщ в озерах по сравнению с реками. Антропогенное влияние отражается большей частью на увеличении доли Рмин.

В отношении форм соединений азота установлена важная закономерность – постоянство суммарного содержания азотистых веществ в атмосферных осадках, незагрязненных речных, озерных и подземных водах. Антропогенное влияние сказывается на распределении форм N и приводит к накоплению NО3- или Nорг в водных объектах и только для некоторых загрязненных вод возможно наличие NН4+ (>0.1 мг N/л) и NО2- (>20 мкг N/л).

На миграцию и устойчивость соединений Fe(II) и Fe(III) оказывает существенное влияние ОВ гумусовой природы, о чем свидетельствует высокая степень корреляции Fеобщ с гумусностью воды, тогда как для Mn такой зависимости не отмечается.

Распределение Si в поверхностных водах гумидной зоны определяется растворимостью диоксида Si и больше подчиняется нормальному закону распределения. Содержание общего Al незначительное (до 130 мкг/л) и это обусловлено высокой гидролизуемостью солей Al и низкой растворимостью его гидрооксида.

Установлены кинетические и термодинамические закономерности трансформации лабильных веществ в природных водах. С использованием метода химического баланса озер без учета внутренней нагрузки, но с учетом новообразования ОВ, теоретически установлено, что удерживающая способность озера (R) определяется константой скорости трансформации и периодом водообмена (): .Проверка этого уравнения на 12 озерах Карелии с >0.5 показала высокую степень корреляции функции R/(1-R) от :

R/(1-R)Робщ = 0.13 + 0.54, r= 0.97; R/(1-R)Feобщ = 0.31 + 0.92, r= 0.98;

R/(1-R)ОВ = 0.12 + 0.33, r= 0.99; R/(1-R)Nорг = 0.15 + 0.17, r= 0.91;

R/(1-R)Si = 0.33 + 0.47, r= 0.92.

Полученные эмпирически уравнения доказывают, что трансформация лабильных веществ в поверхностных водах протекает по типу реакций первого порядка, что позволяет определить важнейшие геохимические константы. В частности, константа скорости трансформации (k) литофильных элементов (Fe, Si) составляет 0.32 год-1, период полупревращения (1/2) около 2 лет, для аллохтонного ОВ, Робщ, Nорг – k=0.13год-1, 1/2 около 5 лет. Результатом этих исследований явилось подтверждение важного вывода, полученного ранее, что отношение S/L является величиной постоянной для озер с одним и тем же водообменом: и фактически определяется константой скорости трансформации и периодом водообмена озер. Это фундаментальное соотношение позволяет прогнозировать состав воды озер при изменении внешней нагрузки, что имеет большое практическое значение для нормирования антропогенного воздействия на водоемы с учетом их ассимиляционной способности.

Впервые определены термодинамические параметры (энтальпия, энтропия и свободная энергия активации) реакций разложения модельных азоторганических соединений в природной воде, что дает возможность составить прогноз активности внутриводоемных превращений при изменении условий в окружающей среде. Изучено влияние температуры, степени загрязненности и концентрации неорганического фосфора на скорость трансформации фенола и модельных азоторганических соединений в природной воде. Определена зависимость интенсивности аммонификации в природной воде от температуры. Установлено, что продолжительность инкубационного периода трансформации фенола сокращается при повышении температуры и общего уровня загрязненности водоема (концентрации биогенных элементов, органических веществ). Повышение концентрации неорганического фосфора до 60 мкг/л увеличивает скорость трансформации фенола, а при дальнейшем повышении концентрации на нее влияния не оказывает. Начальные скорости реакции разложения фенола возрастают с увеличением концентрации до критического значения 30 мг/л, когда он начинает проявлять ярко выраженные токсические свойства.

Трансформация азотсодержащих органических соединений в природной воде протекает либо по химическому, либо по ферментативному механизмам. Для фенилаланина установлен ферментативный (биохимический) механизм во всем интервале исследованных температур (3–33С). Трансформация нитробензола и анилина протекает по двум направлениям, а для нитробензола характерен химический механизм, включающий восстановление его в анилин. Интенсивность аммонификации (мг · л -1· сут –1) возрастает с увеличением температуры, подчиняясь правилу Вант-Гоффа, и составляет 0.03 (для 4С), 0.08 (19С) и 0.25 (33С).

Обобщены данные о ресурсах подземных вод четвертичных отложений и их химическом составе. Важность их изучения определяется перспективностью использования для организации питьевого водоснабжения небольших населенных пунктов Карелии. Рассчитаны среднегодовые модули подземного стока по бассейнам рек и оценены естественные ресурсы на территории Южной Карелии в количестве 6.2104 м3/сут. Установлено, что доля подземного стока в среднегодовом расходе рек колеблется от 59 до 100%. Показано, что в четвертичных отложениях региона в естественных условиях формируются слабоминерализованные воды преимущественно гидрокарбонатные кальциево-магниевые. Увеличение минерализации и изменение состава происходит в соответствии с вертикальной и горизонтальной гидрогеохимической зональностью, обусловленной сочетанием природных факторов, ведущим среди которых является водообмен. Азональным фактором является антропогенный, связанный с хозяйственно-бытовой деятельностью.

Определены уровни содержания и характер распределения различных форм азота и фосфора в поверхностных и подземных водах региона. Установлено, что в поверхностных и подземных водах отмечается близкое содержание общего азота (0.5 мгN/л), фосфора (20 мкг/л). Соотношение форм азота и фосфора в подземных водах отличается от поверхностных вод и характеризуется преобладанием нитратов над остальными соединениями азота, тогда как в поверхностных превалирует органо-железосвязанный фосфор и органический азот. Показана многолетняя и сезонная устойчивость нитратного загрязнения подземных вод. Составлена карта распространения нитратных вод.

В донных отложениях озер Карелии изучены процессы первичного диагенеза микроэлементов. Установлены уровни содержания и стратификация микроэлементов в донных отложениях. Проведены экспериментальные работы по изучению потребления кислорода донными отложениями. Показано, что потребление кислорода донными отложениями при постоянном содержании кислорода описывается кинетическим уравнением реакции нулевого порядка, а с ростом температуры на 10° скорость потребления увеличивается в 2.6 раза и подчиняется правилу Вант-Гоффа. Поступление ионов NO3-, Nорг, NH4+, Feобщ, Fe2+, Pобщ, Mn2+ из донных отложений в ходе преобразования ОВ зависит не только от температуры и гидродинамических условий, но и от микробентоса. Максимальные потоки железа и марганца наблюдали в стационарных условиях при t = 8°С, азота аммонийного при t = 35°С, азота нитратного при t = 8°С. Максимальную поглотительную способность проявили донные отложения при t = 40°С.

Обобщен экспериментальный материал по распределению форм фосфора в поверхностном слое донных отложений Ладожского и Онежского озер. Выявлено, что состав фосфорных фракций осадков является показателем эвтрофирования водоема. Накопление фосфора в донных отложениях происходит за счет увеличения доли железо-связанного фосфора. Вертикальное распределение фосфорных фракций позволяет оценить потенциальную способность донных отложений к созданию внутриводоемной фосфорной нагрузки. Балансовым методом оценена внутренняя фосфорная нагрузка в некоторых малых водоемах Карелии.

Таким образом, исследования, проведенные по теме, позволили выявить геохимические особенности поверхностных и подземных вод гумидной зоны, установить допустимые критические нагрузки на водные экосистемы региона (биогенные элементы, органические вещества, загрязняющие вещества техногенного происхождения, закисление). Тем самым создана основа для расчета ассимиляционного потенциала конкретных водных объектов.

III. РЕЗУЛЬТАТЫ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ

ФЕДЕРАЛЬНЫЕ ЦЕЛЕВЫЕ ПРОГРАММЫ

ФЦП «Мировой океан»

Тема 6. «Комплексные исследования процессов, характеристик и ресурсов российских морей Североевропейского бассейна»

Раздел: «Проведение комплексных исследований Онежского залива Белого моря, изучение закономерностей проявления маргинальных фильтров, разработка методологии оценки маргинальных фильтров по данным спутниковых наблюдений».

Научный руководитель: д.г.н., проф. Н.Н. Филатов

Выполнены полевые исследования в Онежском заливе. Изучены особенности формирования и разработаны методы индикации маргинального фильтра Онежского залива по ранее полученным данным. Разрабатываются база данных по Белому морю и водосбору, мета-базы данных по моделям термогидродинамики и экосистем и интернет-атлас «Белое море и водосбор». Создается база данных, информационно-справочая система «Белое море – водосбор», которая предназначена для комплексного использования результатов анализа наблюдений, мониторинга и моделирования, для оценки влияния изменений климата и антропогенной нагрузки на морскую экосистему и, в конечном итоге, направлена для решения проблем, связанных с поддержкой принятия решений. По­лу­чен­ные дан­ные, сведенные в базу данных, мо­гут ис­поль­зо­вать­ся для ка­либ­ра­ции и ве­ри­фи­ка­ции раз­ра­ба­ты­вае­мых мо­де­лей.

Полученные результаты исследований МФ, океанологических условий в заливе за 2007 и предыдущий годы по проекту ФЦП позволяют повысить эффективность мероприятий по оперативной оценке состояния МФ при разном комплексе условий, использоваться в прогностических целях.

ПРОГРАММА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРЕЗИДИУМА РАН

Программа №12 фундаментальных исследований Отделения наук о Земле РАН

«Природные и социально-экономические факторы изменения

окружающей среды России»

Головной институт - ИГ РАН.

Тема ИВПС: «Изучение и оценка изменений формирования речного стока и экосистем водных объектов на территории Европейского Севера России в современных социально-экономических условиях»

Научные руководители: д.г.н. Ю.В. Карпечко, к.б.н. В.И. Кухарев

Государственный заказчик: Институт географии РАН

С целью гидрологической оценки хозяйственной деятельности на залесенных водосборах уточнены модели возрастной динамики таксационных характеристик для различных, встречающихся на территории Европейского Севера России типов леса. С использованием разработанной ранее модели выполнена оценка возрастной динамики испарения с различных типов леса для территории Европейского Севера России, что при наличии таксационных характеристик лесов позволит с большей точностью выполнять воднобалансовые расчеты.

Продолжены работы по определению границ биологической инвазии байкальского бокоплава в Онежском озере. Установлена современная северная граница его ареала на европейской части России, достигшая 63° с.ш. (широта северной части Повенецкого залива). Проведено гидробиологическое обследование 27 притоков Онежского озера и трассы Беломоро-Балтийского канала. В большинстве случаев инвазивный вид в текучих водах отсутствовал. Продолжаются исследования по выявлению региональной специфики вод и критических факторов, ограничивающих распространение вселенца в озерно-речных системах бассейна Онежского озера. По материалам работ подготовлена к печати статья («Зоологический журнал»).

Программа №13 фундаментальных исследований Отделения наук о Земле РАН

«Формирование водных ресурсов, прогноз режима и качества вод с учетом изменения климата и развития экономики».

Головной институт - ИВП РАН.

Тема ИВПС: «Проблемы управления ресурсами и качеством вод региона при возможных изменениях климата и социально-экономической структуры (на примере Онежского озера и его водосбора)».

Научный руководитель: д.г.н., проф. Н.Н. Филатов

Изучена антропогенная нагрузка на водные ресурсы бассейна Онежского озера, которая формируется вследствие воздействия различных факторов, главными из которых являются коммунально-бытовые, промышленные и сельскохозяйственные сточные воды. Для сохранения и улучшения качества водных ресурсов Онежского озера необходимо выполнять все установленные водоохранные меры и в первую очередь прекратить сбросы загрязненных вод в водные объекты, для чего построить очистные сооружения, в частности, в городах Медвежьегорске, Пудоже, Суоярви. Имеющиеся очистные сооружения необходимо усовершенствовать и довести очистку сточных вод до состояния нормативно очищенных.

Проведены расчеты (В. Подсечин) фосфорных нагрузок с водосбора с помощью модели LakeWeb (Hakanson, Bulion, 2001). Оценено поступление общего фософора по данным наблюдений. Использованная откалиброванная модель может применяться для оценок нагрузок в условиях неопределенности и недостатка информации.

Выполнен анализ данных натурных наблюдений за распространением нефтяных углеводородов в Онежском озере и проведены расчеты динамики нефтяного пятна на численной модели для основных районов озера, имеющих наибольшую вероятность аварийных ситуаций с разливом нефтепродуктов: Петрозаводская и Кондопожская губы, р. Вытегра. Моделирование, наряду с данными специальных наблюдений, может использоваться для прогноза распространения нефтяных пятен при различном комплексе условий как инструмент для принятия решений.

Предложена (СПб ЭМИ РАН) методика оценки ассимиляционного потенциала (АП) как особого вида природного ресурса, использование которого, как и других природных ресурсов, обуславливает возникновение ренты.

РЕГИОНАЛЬНЫЕ ПРОГРАММЫ и ПРОЕКТЫ

1. Поиск и оценка месторождения подземных вод в четвертичных отложениях для населенных пунктов РК

Госконтракт бюджет РК

Ответственный исполнитель: гл. гидрогеолог М.А. Богачев

Исследования ИВПС КарНЦ РАН по поиску и оценке месторождений подземных вод в четвертичных отложениях для водоснабжения населенных пунктов Республики Карелия проводятся более 10 лет. В настоящее время водоснабжение Республики Карелия почти полностью базируется на использовании поверхностных вод. При этом нагрузка на водоемы от коммунальных и промышленных сточных вод весьма значительна. Качество воды поверхностных водоемов, используемой в виде исходной для водоснабжения, часто плохое.

Исследования по оценке запасов подземных вод на территории Карелии осуществляются в виде нескольких подпроектов, при этом полученные научные сведения имеют большое практическое значение. Были проведены полевые работы по поиску и оценке запасов подземных вод в ряде населенных пунктов Карелии (Суоярви, Поросозеро, Калевала, Кестеньга, Лоухи, Чупа, Деревянка, Челмужи, Пряжа, Калевала, Муезерский), а также на территории музея-заповедника «Кижи». Результаты исследований представляются в виде баз данных по запасам подземных вод и характеристикам поверхностных водных объектов на основе ГИС-технологий с возможным использованием их для решения экономических задач.

В 2007 г. на территории Пряжинского района проведены работы по поиску и выбору места заложения дополнительного шахтного колодца на площади действующего водозабора (месторождение подземных вод «Пряжинское») с дебитом 800 м3/сут.

В Беломорском районе оценена экологическая обстановка и проведены кустовые- (2) и экспресс-откачки (56)на месторождении «Лобаш-1», отобрано 16 проб воды на химический анализ.

2. Мониторинг водных объектов района Костомукши (система рек Кенти, Толлайоки и Корпангийоки)

Научный руководитель: зав. лаб., д.х.н. П.А. Лозовик.

Заказчик: ОАО ”Карельский окатыш”.

Проведены гидрохимические наблюдения на водных объектах района г. Костомукши: системы р. Кенти, подверженной воздействию техногенных вод Костомукшского ГОКа, а также водоемов и водотоков в районе Корпангского месторождения железных руд, разработка которого планируется в ближайшие годы.

Исследования системы р. Кенти в мае 2007 г. показали, что химические показатели воды остаются стабильными на протяжении последних лет наблюдений. В техногенных водах по-прежнему отмечается высокое содержание калия, сульфатов, лития, азотистых веществ и других главных ионов, и сброс этих вод в систему р. Кенти приводит к изменению качественных характеристик воды. Так, из гидрокарбонатно-кальциевой она переходит в сульфатно-калиевую, а среди азотистых соединений начинают доминировать нитраты при низкой доле аммония и нитритов. Эти изменения в азотной группе не являются опасными для экосистемы р. Кенти, поскольку такое распределение форм азота встречается и в природных водах. Загрязнение литием системы незначительно и в большей степени оно касается верхних озер системы (Окунево и Поппалиярви). Следует отметить, что эти два озера в наибольшей степени подвержены влиянию попусков, и по составу воды они приближаются к техногенным водам. Учитывая сложившуюся ситуацию, эти два объекта следует отнести к техногенно измененным водоемам и исключить из перечня рыбохозяйственных водоемов. Согласно рассчитанным индексам загрязнения воды по шести химическим показателям (О2, БПК5, K+, SO42-, Li, NO3-) с использованием региональных ПДК, учитывающих токсичность элементов и их геохимический фон, установлено, что верхние озера соответствуют уровню «грязных», нижние – «умеренно-загрязненных» вод, а оз. Ср. Куйто – «чистых», что согласуется и с данными гидробиологических исследований. В целом материалы наблюдений 2007 г. показали, что весенний гидрохимический режим системы р. Кенти отвечает условиям осуществления регулируемых попусков воды из хвостохранилища, которые сказываются на составе воды самой системы и не затрагивают оз. Ср. Куйто.

Проведенные исследования в районе Корпангского месторождения позволили установить фоновые характеристики вод до эксплуатации месторождения (K+ – 0.8 мг/л, SO42- – 2.3 мг/л, NH4+ – 0.03 мгN/л, NО3 - – 0.02 мгN/л, Nорг – 0.3 мг/л, Mn – 35 мкг/л, Fe – 0.43 мг/л, взвешенное вещество – 2.6 мг/л, цветность – 65 град., ПО – 14 мгО/л, БПК5 – 1.3 мгО2/л). Полученные данные имеют большое значение для оценки интенсивности антропогенного влияния на систему рек Толлайоки, Корпангийоки и Тохтуринйоки при разработке и эксплуатации месторождения.

Подготовлен заключительный отчет по теме.

3. Оценка и прогноз изменения состояния водных объектов Республики Карелия при длительном маловодном периоде

Госконтракт 6/07/350

Научный руководитель: к.г.н. Сало Ю.А

Заказчик: Невско-Ладожский БВУ

Сформирована БД по среднемесячным уровням воды на 5 водохранилищах, среднемесячным расходам воды на 4 реках Карелии за период с начала наблюдений по 2005 год включительно (список водных объектов согласован с Заказчиком).

Выполнены расчеты основных статистических характеристик рядов минимального 30-суточного зимнего притока в водохранилища.

4. Оценка химического состава вод в районе Кижских шхер Онежского озера в летний и осенний периоды 2007 г.

Научный руководитель: Председатель КарНЦ РАН, чл.- корр. РАН А.Ф. Титов

Отв. исполнитель: А.В. Сабылина

Заказчик: Карельский Научный Центр РАН

В настоящее время Кижский шхерный район интенсивно используется для рекреации, водного транспорта и рыбного промысла. Мониторинг качества воды в районе Кижских шхер осуществляется в течение 14 лет (1994–2007 гг.). Воды шхерного района озера по многим химическим показателям относятся к водам высокого качества. Они маломинерализованы (38.1 мг/л), малоокрашены (цветность воды 20–30 град.), слабощелочные (рН 7.4–7.5). Однако, если в начале 60-х годов прошлого столетия концентрация Робщ в воде Кижских шхер равнялась 7 мкг/л, то в 1994–2000 гг. она составляла 12–13, а в настоящее время достигает 18–20 мкг/л, что соответствует верхнему уровню мезотрофных водоемов. Интенсивное судоходство и туризм способствуют загрязнению воды нефтепродуктами. Их концентрация в отдельные годы (1994 г.) достигала 14 ПДК для рыбохозяйственных водоемов. В последние годы (2000–2007) их содержание уменьшилось и находится на уровне фоновых величин (0.03 мг/л). Подготовлен и сдан отчет по теме.

АННОТАЦИИ НИР ИВПС, ВЫПОЛНЕННЫХ ПО ЗАДАНИЮ ОНЗ РАН

Тема № 63. Озерно-речные системы как элемент ландшафта Северо-запада России. Численное моделирование – инструментарий для эффективного управления водными ресурсами озер

№ государственной регистрации: 01.2.006 06526

Срок выполнения: 2006-2008 гг.

Научный руководитель: к.т.н. А.Ю. Тержевик

Бюджет

В ходе исследований были проведены следующие работы: 1) полевые исследования на оз. Вендюрском и 2) подготовка данных для синтеза сценариев изменения регионального климата, что необходимо в дальнейшем для проведения численных экспериментов по оценке реакции озер на эти изменения.

По материалам темы были сделаны пять докладов на двух конференциях.

Тема № 64. Трансформация экосистемы Белого моря и его водосбора в результате антропогенного воздействия и колебаний климата: разработка экспертной системы

№ государственной регистрации: 01.2.006 06527

Срок выполнения: 2006-2008 гг.

Научный руководитель: д.г.н. Н.Н. Филатов

Бюджет

Разрабатывается информационная база данных, содержащая гидрометеорологические, гидрохимические, гидробиологические показатели за период инструментальных измерений, характеристику социо-экономических особенностей водосбора, возможные прогнозы изменения климата при разных сценариях. Применялась новая модель экосистемы, разработанная О.П.Савчуком и И.А.Нееловым для оценки изменения экосистемы моря. Выполнены расчеты возможных изменений экосистемы Белого моря при изменении антропогенной нагрузки на море.

Издана книга «Белое море и водосбор», частично подготовленная по результатам темы 64.

Тема № 65. Научные основы управления и сохранения природных ресурсов крупнейших озер Северо-запада России в условиях многофакторного антропогенного воздействия и климатических изменений

№ государственной регистрации: 01.2.007 05754

Срок выполнения: 2007-2009 гг.

Научный руководитель: д.г.н. Н.Н. Филатов

Бюджет

На первом этапе изучены особенности водоресурсного потенциала водосбора, оценены современные методы управления ресурсами. Показано, что система управления хозяйственным комплексом отразилась на водопользовании, водопотреблении и, в определенной степени, на качестве вод региона. Для такого федерального объекта как Онежское озеро не проводится мониторинг. Имеется определенное отличие системы управления, ресурсопользования в национальных республиках и областях Российской Федерации. В связи с этим весьма актуальной является проблема гармонизации системы управления ресурсами региона между субъектами Федерации, которая осложняется крупномасштабными изменениями климата.

Полевые работы проводились на Онежском озере, расположенном в бассейне Балтийского моря, а также на оз. Выг или Выгозерско-Ондском водохранилище, расположенном в бассейне Белого моря. Ставилась задача оценки современного состояния качества их вод и выявления особенностей биоразнообразия и функционирования биоты в естественных условиях и при разных типах антропогенного воздействия (состояние сообществ, биоиндикация на разных уровнях организации биоты, биоинвазии, изменение структуры пищевых цепей и пр.).

В соответствии с программой проведены исследования современного состояния сообществ водных организмов в различных районах Онежского озера и оз. Выгозеро. В весенний и летний периоды проведены исследования состояния бактериальных сообществ воды на основе количественных (общая численность, наиболее показательные функциональные группы бактерий - сапрофиты, олигокарбофилы, нитрифицирующие, coli-ind, углеводородокисляющие, актиномицеты, фенолрезистентные) и функциональных показателей (продукция бактерий, деструкция ОВ, темновая ассимиляция СО2, литотрофная нитрификация). В течение полевых работ всего собрано 57 проб на Онежском озере и 24 пробы на оз. Выгозеро. На Онежском озере дополнительно в августе проводили обработку проб на определение условно патогенной бактериофлоры - Coli-ind. В период экспедиционных работ были поставлены эксперименты по определению биосинтетической активности бактерий (всего 57 опытов – 114 определений на Онежском озере в июле и августе и 21 опыт – 42 определения на Выгозере). Для определения скоростей деструкции органического вещества в водной массе и сопоставления этого процесса с первичной продукцией были поставлены эксперименты по определению общей деструкции в воде. Всего проведено 54 опыта на Онежском озере и 19 опытов на оз. Выгозере. В августе отобраны пробы донных отложений для количественного учета бактериобентоса.

Санитарно – гигиеническое обследование северо-западных губ, зал. Большое Онего, центральной части Онежского озера позволило выявить повсеместное присутствие ЛПКП (лактозо положительная кишечная палочка) в водной массе озера. Однако ее количественное представительство было заметно ниже, чем в 1960-е годы, особенно в Петрозаводской губе. Коли-индекс, по сравнению с 1960-ми годами, в Петрозаводской губе снизился почти на порядок. Улучшение санитарного состояния воды (по coli-ind) в Петрозаводской губе следует отнести за счет введения в 1970-х годах биологических очистных сооружений на станции «Водоканал» и частичного обеззараживания городских коммунальных вод.

В Кондопожской губе, наоборот, проявляется тенденция к увеличению содержания ЛПКП в районах, примыкающих к сбросу сточных вод. Однако их численность в воде быстро уменьшается по мере удаления от рассеивающего выпуска стоков.

В летний период 2007 г. определены достаточно высокие показатели коли-индекса в глубоководных районах озера – зал. Большое Онего и центральной части озера, которые являются олиготрофными и не подвержены прямому техногенному воздействию. Тем не менее, коли – индекс здесь достигает десятков - сотен кл/л и сопоставим с уровнем 1960-х годов. Столь высокое представительство колиформных бактерий в открытых районах озера, с одной стороны может быть обусловлено их выносом из северо-западных губ, с другой - может свидетельствовать о несанкционированном сбросе хоз-фекальных вод с проходящих судов, особенно туристических лайнеров, форватер движения которых приходится на район отбора проб.

В период экспедиционных исследований 2007 г. (весенняя и летняя экспедиции) для определения первичной продукции отобрано 60 проб на 30 точках в разных районах Онежского озера и 26 проб на 13 точках оз. Выгозера. Полученный материал обрабатывается.

Для определения количественного и качественного состава фитопланктона отобрано 79 проб с 45 точек в Онежском озере. В разных районах озера с 22 точек было отобрано 47 проб для спектрофотометрического определения пигментов в ацетоновом экстракте, с 22 точек - 121 проба для флуоресцентного анализа содержания пигментов фитопланктона. В экспедиции на оз. Выгозеро с 16 точек было собрано 53 пробы для камеральной обработки, с 16 точек 53 пробы - для спектрофотометрического определения пигментов в ацетоновом экстракте, с 16 точек - 213 проб для флуоресцентного анализа в разных районах озера (южном, центральном и северном). В настоящее время закончена обработка проб (434 пробы) для определения пигментов фитопланктона, полученные данные проходят статистическую обработку. Камеральная обработка проб продолжается. Продолжается формирование базы данных с включением сведений по видовому составу фитопланктона Онежского озера и оз. Выгозеро.

При исследовании зоопланктона в течение двух экспедиций на Онежском озере собрано 47 проб с 17 точек, на оз. Выгозеро – 26 проб с 13 точек. Проводится камеральная обработка материалов, собранных в 2007 г., и предыдущих лет отбора. Полученные материалы позволили сделать анализ сезонной циклики зоопланктона (один из основных процессов в пелагиали Онежского озера). Оценены его устойчивость, внутригодовая и межгодовая изменчивость в условиях воздействия естественных и антропогенных факторов, что позволило определить основные особенности и динамические характеристики сезонных процессов в пелагических сообществах и выявить отклонения при воздействии различных факторов. Полученные данные являются основой для диагностики антропогенных изменений в открытых районах Онежского озера.

В ходе проведения полевых работ на Онежском озере было отобрано 20 количественных проб бентоса на постоянных точках наблюдения и в северных губах (Уницкой, Лижемской). В четырех районах озера – Центральном, Петрозаводской, Кондопожской и Уницкой губах совместно со специалистами по донным отложениям был собран живой материал для последующего определения его химического состава. Полученные результаты позволят оценить вклад организмов макрозообентоса в трансформацию ОВ донных отложений в условиях различной степени антропогенной нагрузки. По трассе ББК были отобраны количественные пробы между 5 и 6 шлюзами, между 7 и 8, после 9 и 11 шлюзов, всего 7 проб. В настоящее время собранный материал находится в камеральной обработке.

Для оценки вклада природных факторов в формирование химического состава вод Онежского озера и выявления долговременной тенденции в изменении показателей качества, проведены исследования химического состава вод притоков и жидких атмосферных осадков в весенний, летний и осенний периоды 2007 г. В весенний и летний периоды 2007 г. были продолжены исследования химического состава вод Кондопожской и Петрозаводской губ, подверженных интенсивному антропогенному воздействию, а также Центрального плеса озера, Уницкой и Лижемской губ по постоянной сетке станций.

Предварительный анализ данных химического состава приточных вод Онежского озера в весенний, летний и осенний периоды 2007 г. показал, что по сравнению с теми же периодами 2001 г. в химическом составе произошли некоторые изменения. Они касаются, главным образом, концентрации общего фосфора и органического вещества.

Содержание общего фосфора во всех притоках Онежского озера увеличилось в среднем в 1.5 раза, за исключением рек Шуи, Лижмы, Уницы и Кондопожского канала. Особенно высокие концентрации Робщ обнаружены в июле в главном притоке озера – р. Водле (207 мкг/л).

Повышенное содержание ОВ в воде притоков озера в весенне-летние периоды обусловлено обильными выпадениями осадков, что способствовало обогащению воды рек растворимыми гумусовыми веществами. Особенно это сказалось на содержании ОВ в реках с высокой заболоченностью бассейна и слабозарегулированным стоком (реки Водла, Пяльма, Андома, Немина, Мегра).

Необычайным для лета 2007 г. в Кондопожской губе было обширное цветение фитопланктона в вершинной и средней ее частях. Повышенные концентрации фосфора (22–172 мкг/л) и штилевая погода способствовали цветению фитопланктона на обширных площадях акватории губы. Концентрация Chl”a” на ст. К50 (10 км от выпуска сточных вод) была очень высокая и равнялась 21 мкг/л.  

Исследования Выгозера. В июле 2007 г. была выполнена гидрохимическая съемка Выгозерского водохранилища в составе комплексной экспедиции Института. В соответствии с принятой в Институте классификацией водных объектов по химическим показателям установлено, что южная часть водохранилища относится к мезополигумусному слабощелочностному слабокислому классу вод, а центральная и северная – к мезогумусному среднещелочностному слабокислому циркумнейтральному геохимическому классу. По содержанию фосфора общего (в среднем по участкам 17–28 мкг/л) и Сhl “a” (2.4–4.0 мкг/л) водохранилище относится к мезотрофному типу. Органическое вещество в водохранилище представлено в основном аллохтонным ОВ, доля которого составляет 77–87% от общего количества ОВ. По распределению сульфата натрия, приоритетного показателя сточных вод Сегежского ЦБК выявлено, что загрязнение Выгозерского водохранилища сточными водами комбината в настоящее время не существенно. В южной части оно практически не улавливается, в центральной – разбавление сточных вод достигает 540 раз, а в северной – 220- кратного. В районе выпуска сточных вод в Лейгубе и Лайкоручье кратность разбавления меньше (130 и 25 соответственно). В последнем случае низкая кратность разбавления связана с тем, что отбор проб осуществлен вблизи выпуска сточных вод. В целом экологическая ситуация в Выгозерском водохранилище в летний период является удовлетворительной. Поступление сточных вод Сегежского ЦБК не сказывается на химических показателях воды.

Проведен анализ опубликованных и фондовых материалов по гидрогеологическим параметрам водосборной части Онежского озера, необходимых для расчета расхода подземного потока гидродинамическим методом, а также данных для гидрогеохимической характеристики водосборной территории и оценки химического подземного стока. Проведены полевые работы по инвентаризации источников подземных вод (родников, скважин) на водосборной территории Онежского озера, произведены замеры их дебитов, осуществлено опробование подземных вод (65 точек, проанализировано 74 пробы).

Тема № 66. Изменения природно-территориальных комплексов Европейского Севера России в зонах антропогенного воздействия: преобразование водного режима и состояния водных объектов

№ государственной регистрации: 01.2.007 05755

Срок выполнения: 2007-2009 гг.

Научные руководители: д.г.н. Ю.В. Карпечко, к.б.н. В.И. Кухарев.

Бюджет

В летне-осенний период 2007 г. проведены полевые работы с целью изучения влияния различных типов леса на формирование химического состава воды водотоков. Пробы воды отобраны на 8 реках, водосборы которых покрыты древостоем, различающимся породным составом, возрастом и бонитетом (реки Неглинка, Нелекса, Орзега, Селнага, Анга, Кутижма, ручьи Черный, Кайдозеро). Выполнены химические анализы 32 проб воды.

Разработан метод определения транспирации различными породами древостоя на основе оценки дифференцированного водопотребления для роста и развития, что позволит более объективно с учетом детального изменения биомассы оценивать влияние лесохозяйственных работ на сток с залесенных водосборов.

Выполнена оценка грунтовой составляющей стока некоторых водотоков Корзинской низины с осушаемыми водосборами гидрометрическим способом, что позволит уточнить величину грунтового питания низинного болота и ее изменение при осушении.

АННОТАЦИЯ НИР ИВПС, ВЫПОЛНЕННЫХ ПО ГРАНТАМ РФФИ

1. Особенности физических, химических, геологических и биологических процессов на прибрежных участках Белого моря разной конфигурации в зависимости от амплитуды при­ливов

№ 06-05-64760

Научный руководитель: чл.-корр. РАН Ю.С. Долотов

Ответственный исполнитель: д.г.н., проф. Н.Н. Филатов

Срок выполнения 2006-2008 гг.

По данным полевых исследований выполнен анализ особенностей физических, химических, геологических и биологических процессов на прибрежных участках Онежского залива Белого моря разной конфигурации в зависимости от амплитуды приливов. Выполняется обобщение результатов, полученных за 2006-2007 гг. Готовится к публикации монография (Отв. ред. Ю.С.Долотов).

2. Организация и проведение экспедиции по изучению особенностей физических, химических, геологических и биологических процессов на прибрежных участках Белого моря разной конфигурации в зависимости от амплитуды при­ливов.

№ 06-05-79090

Научный руководитель: чл.-корр. РАН Ю.С. Долотов

Ответственный исполнитель: д.г.н., проф. Н.Н. Филатов

Срок выполнения 2006-2008 гг.

В соответствии с программой работ с 1 по 7 августа 2007 г. Институтом водных проблем Севера КарНЦ РАН совместно с ИВП РАН, ИО РАН и ИБ КарНЦ РАН на НИС «Эколог» были выполнены полевые исследования по гидрофизике, гидрохимии, гидробиологии, донным отложениям, геологии для нескольких полигонов в Онежском заливе Белого моря. Измерения проводились на четырех разрезах в фазу прилива и в фазу отлива.

3. Реакция крупных водных систем Севера на климатические и антропогенные воздействия (на примере Белого моря и его водосбора)

№ 06-05-64728

Научный руководитель: д.г.н., проф. Н.Н. Филатов

Срок выполнения 2006-2008 гг.

В 2007 г. проведен обобщающий анализ системы «Белое море и водосбор» и опубликована монография, в основном по результатам работы по проекту. Продолжено совершенствование системы оперативного мониторинга Белого моря (СОМ БМ), необходимость создания которой обусловлена спецификой термогидродинамики вод Белого моря, а также рядом практических задач – для оценки распространения и трансформации сточных вод, получения сведений оборонного характера. Основной задачей на 2007 г. являлась калибрация решения СОМ БМ на основе натурных данных по уровню моря, оперативно измеренному на ГМС Соловки, а также данных о температуре и солености воды, оперативно собранных на полигоне в Онежском заливе и в Бассейне с использованием обрывных зондов. В новых численных экспериментах по моделированию экосистемы Белого моря изучено влияние водосбора (поступление биогенов с речным стоком) и климата. Использовалась новая версия термогидродинамической и биогеохимической моделей, разработанных О.П. Савчуком и И.А.Нееловым. В биогеохимической модели фитопланктонное сообщество подразделено на три функциональные группы – диатомовые, флагелляты и «прочие летние виды». Издана обобщающая монография «Белое море и водосбор под влиянием климатических и антропогенных факторов».

4. Кислородный режим как индикатор состояния экосистемы мелководного озера: наблюдения и моделирование

№ 07-05-00351

Научный руководитель: к.г.н. А.Ю. Тержевик

Срок выполнения 2007-2009 гг.

В рамках исследований первого года были проведены полевые работы, направленные на сбор данных о развитии термической структуры (как по вертикали, так и в окрестности границы раздела «вода-дно») и вертикального профиля растворенного кислорода. Установленные датчики позволят описать годовой цикл развития вертикальной структуры обоих параметров и оценить потоки тепла и массы из донных отложений, влияющих на этот процесс. Кроме того, проведена большая предварительная работа по подготовке информации, необходимой для численных экспериментов (второй год работы проекта) по оценке реакции озер на возможные изменения регионального климата.

5. Организация и проведение экспедиции по изучению реакции крупных водных систем Севера на климатические и антропогенные воздействия (на примере Белого моря и его водосбора).

№ 07-05-10023

Научный руководитель: д.г.н., проф. Н.Н. Филатов

Срок выполнения 2007 г.

Выполнены специальные экспедиционные работы на акватории Белого моря для разработки системы оперативного мониторинга (СОМ). Эти измерения были проведены как с борта НИС «Эколог», так и на основе стационарной наблюдательной сети Росгидромета - ст. Соловки, а также с использованием дистанционных измерений со спутников серии НОАА, MODIS и SeaWiFs. Работы проводились на полигонах и разрезах как в Онежском заливе, так и в Бассейне. Работы включали три разреза по нормали к Терскому берегу длиной 30 миль, полигонную съемку в центре моря (20 на 20 миль) с применением обрывных датчиков XCTD и СTD–зондом (работа на ходу судна). Проведены суточные станции. Полигонная съемка в Онежском заливе выполнялась дважды.

По собранным данным в ИО РАН Е.В.Семеновым проведены расчеты по модели СОМ. См. результаты по инициативному проекту.

6. Развитие материально-технической базы для проведения исследований по области знаний 05.

Номер проекта: 07-05-05045
Руководитель проекта: Филатов Н.Н.

Для развития исследований по проектам РФФИ №№ 06-05-64728-а; 07-05-10023-к; 06-05-64760-а приобретается новая аппаратура - погружаемый спектрофлуориметр с анализатором хлорофилла bbe FluoroProbe в комплекте, который будет использоваться для полевых работ по проектам РФФИ. Подобной аппаратурой ранее ИВПС и ИО РАН не имели. С использованием этого комплекса будут получены более качественные данные по концентрации хлорофилла, будут идентифицироваться также основные виды планктона. Этот материал будет использоваться для сравнения с данными спутниковых измерений, для более корректной интерпретации спутниковых данных.

Планируется использование нового зонда в составе приборного комплекса для изучения пространственно-временных особенностей фитопланктона, взвесей на акваториях Белого моря, а также Онежского и Ладожского озер.

7. Процессы деградации нефти в условиях окружающей среды и дальнейшего преобразования продуктов деструкции в природных водах (компьютерное моделирование) – КНЦ ИППЭС.

Номер проекта: 06-05-64708-а

Научный руководитель: д.ф.-м.н. Мазухина С.И.

Исполнитель: Белкина Н.А.

Проведен анализ литературных данных о поведении нефтяных углеводородов в природных водоемах для разработки физико-химической модели процесса взаимодействия в системе «нефть–природные воды–донные отложения». В список зависимых компонентов модели, наряду с основными показателями химического состава воды и донных отложений, включены: алканы, арены, нафтены, карбоновые кислоты и продукты их окисления. Модель апробирована на информационном пакете данных по химическому составу донных отложений Петрозаводской губы Онежского озера.

АННОТАЦИИ НИР ИВПС, ВЫПОЛНЕННЫХ В РАМКАХ

МЕЖДУНАРОДНОГО СОТРУДНИЧЕСТВА

Многосторонние проекты

1. Окружающая среда приграничных территорий

Проект ИНТЕРРЕГ III A Карелия

Партнеры: КарНЦ РАН, ИЛ, ИБ, ИГ, Парк «Дружба», Региональный центр окружающей среды Кайнуу, Управление по лесу Финляндии, Региональный центр окружающей среды Северной Карелии

Научный руководитель: д.б.н. Иешко Е.П.

Ответственный от ИВПС: к.б.н. Регеранд Т.И.

Срок выполнения: 2005-2007 гг.

Выполнен сбор опубликованной в открытой печати информации об исследованиях ИВПС на водоемах Карелии для подготовки информационного издания с целью популяризации научных материалов и широкого их использования для экологического образования на финском, английском и русском языках.

2. Лейкпромо – средства и методы для управления и восстановления водных объектов

Проект ИНТЕРРЕГ III 3N0053I

Партнеры: Региональное объединение высших профессиональных учебных заведений Северная Савония, Куопио (Финляндия), Институт окружающей среды (Финляндия), г. Куопио (Финляндия), Муниципалитет Северной Ютландии (Дания), Университет г. Брайтон (Великобритания), Муниципалитет Рогуетас де Мар (Испания), Университет сельского хозяйства (Эстония), Технологический Университет Бранденбург (Германия), Технологический и экономический Университет г. Будапешт (Венгрия)

Научный руководитель от ИВПС: к.б.н. Регеранд Т.И.

Срок выполнения: 2004 -2007 гг.

Принято участие в работе двух семинаров, организованных по проекту.

Продолжены комплексные полевые работы на водосборной территории пилотного объекта проекта - оз. Пряжинского, включающие гидрологические, гидрохимические, гидробиологические, токсикологические и геоэкологические исследования.

Впервые создано программное обеспечение для эколого-просветительных целей «Виртуальная экологическая тропа озера Пряжинское» (VET-LP), включающее информационно-обучающий материал с базой данных по исследованному водному объекту.

Изданы информационные материалы по проекту.

Подготовлены проектные заявки для продолжения деятельности.

Результаты проекта представлены на Научно-практической конференции «Теория и практика восстановления внутренних водоемов» (15-19.10.2007. Санкт-Петербург. Россия).

3. Нелинейные внутренние волны в озерах: генерация, разрушение и воздействие на экосистему

Проект ИНТАС

№ INTAS-51-3728

Партнеры: Немецкая Служба Погоды (координатор проекта), Шведский Институт Гидрологии и Метеорологии, Королевский Институт Метеорологии Нидерландов, Институт вычислительной математики РАН, Институт озероведения РАН.

Научные руководители от ИВПС: проф. Н.Н. Филатов, к.т.н. А.Ю. Тержевик

Лаборатории: географии и гидрологии, гидрофизики

Срок выполнения: 2004 - 2007 гг.

Написан окончательный отчет и принят комиссией ИНТАС. Готовится к публикации монография в издательстве Springer Advances in Geophysical and Environmental Mechanics. (Springer Book Series) - «Strongly nonlinear internal waves in lakes: Generation, Transformation and Meromixis».Авторы: Filatov, N.; Hutter, K.; Maderich, V.; Nikishov, V. Talipova, T., A.Terjevik, основанная на результатах проектных работ.

4. Использование спутниковых методов для изучения биотических и абиотических процессов в морях и крупных пресноводных водоемах (Synergy)

№ INTAS- 03-51-4494

Партнеры: Нансеновский международный центр дистанционных методов и окружающей среды, Институт метеорологии Макса Планка (Германия), СПГУ, ММБИ.

Научный руководитель от ИВПС: д.г.н. Н.Н.Филатов

Лаборатории: географии и гидрологии, гидрофизики

Срок выполнения: 2004 - 2007 гг.

Исследованы возможности внедрения спутниковых методов для изучения распределения концентрации хлорофилла «а» и первичной продукции.

Написан окончательный отчет и принят комиссией ИНТАС. Готовится к публикации монография в издательстве Springer “Monitoring of coastal and inland water bodies with satellite remote sensing supported by biogeochemical modeling”, основанная на результатах проектных работ.

5. Озерная модель FLake: современный инструмент для моделирования окружающей среды и образования (Инновационный проект)

№ INTAS-05-1000007-431

Партнеры: Немецкая Служба Погоды, Российский государственный гидрометеорологический университет (С. Петербург).

Научный руководитель от ИВПС: к.г.н. А.Ю. Тержевик

Лаборатории: гидрофизики, географии и гидрологии

Срок выполнения: 2006 - 2008 гг.

За 2007 г. был расширен список пользователей модели FLake, модель в настоящий момент находится на стадии внедрения в службы численного прогноза погоды Франции и Объединенного Королевства, а также Европейского Центра среднесрочного прогноза погоды. Создан европейский сайт модели (http://lakemodel.net), включающий т.н. online-версию модели, позволяющую любому посетителю сайта выполнить расчеты годового цикла термической структуры и условий перемешивания для любого озера на поверхности земного шара.

На сервере ИВПС создана и развивается web-страница проекта (http://nwpi.krc.karelia.ru/flake_innovation). Сделаны доклады на 11-м международном семинаре «Физические процессы в природных водах» (3-6.09.07, Варнемюнде, Германия) и в университете Хельсинки на семинаре кафедры геофизики (ноябрь 2007 г.).

Готовится (совместно с РГМГУ) международный семинар «Параметризация озер в численном прогнозе погоды».

Окончательный отчет о работе проекта – на стадии подготовки

6. ECOTERRA – Создание модельной экологической приграничной территории при использовании инновационных механизмов

Проект ИНТЕРРЕГ III

Партнеры: Центр окружающей среды Хаме, Финляндия, Союз администраций губернии Коувола, Финляндия, Администрация г. Лодейное поле, Ленинградской области, Россия, ГУП "Водоканал Санкт-Петербурга", Россия, Общественная организация экологического образования OSEKO, Россия

Научный руководитель: к.б.н. Т.И. Регеранд

Срок выполнения: 2007 г.

Принято участие в 4 рабочих заседаниях по разработке проекта создания модельной экологической приграничной территории. Создана сеть партнерства для подготовки проектной заявки для участия в программе «Добрососедство».

Двусторонние проекты

7. Российско-Финляндский проект "Воздействие Костомукшского ГОКа на водные экосистемы "

Партнер: Центр окружающей среды Кайнуу, Финляндия

Научный руководитель: д.х.н. Лозовик П.А.

Лаборатория: гидрохимии и гидрогеологии

Договор № 0206/02/07 НТИМИ Миннауки и технологий

Срок выполнения: 2007 - 2009 гг.

Проведены гидрохимические исследования водных объектов Корпангского месторождения, получены фоновые характеристики вод до его эксплуатации. Материалы исследований переданы центру окружающей среды Кайнуу. В качестве объектов фонового мониторинга предложены озера Куйто.

По разделу «Экологическое просвещение» организована и проведена стажировка учителей средних школ Республики Карелия в Центре окружающей среды Кайнуу с целью знакомства с методами работы по охране окружающей среды и экологическому просвещению в Финляндии. В программу стажировки были включены актуальные для Республики Карелия вопросы: питьевое водоснабжение рассредоточенных населенных пунктов, охрана и использование водных объектов для различных целей, в том числе и рекреации, взаимодействие и сотрудничество административных, научных и просветительных структур с целью сохранения природного наследия.

8. Экологическая ситуация и состояние водосборного бассейна озера Пюхяярви

Партнер: Центр окружающей среды Северная Карелия, Финляндия

Научный руководитель: к.б.н. Рябинкин А.В.

Лаборатории: управления ресурсами водных объектов, гидробиологии, гидрохимии и гидрогеологии

Договор № 0183/01/05 НТИМИ Миннауки и технологий

Срок выполнения: 2005 - 2007 гг.

Проведена подготовка к опубликованию материалов комплексных исследований, проведенных ранее по проекту на российской части оз. Пюхяярви с целью оценки современного экологического состояния водоема.

9. Исследование Онежского озера и его водосбора

Партнер: Центр окружающей среды Пирканмаа, Финляндия

Научный руководитель: д.г.н. Н.Н. Филатов

Лаборатории: гидрофизики, географии и гидрологии

Договор НТИМИ 0206/03/07

Срок выполнения: 2007 - 2008 гг.

Проведены полевые исследования на Онежском озере и его водосборе. Для оценки биогенной нагрузки на озеро были собраны необходимые данные и выполнены предварительные расчеты на математической модели LakeWeb (Хакансон, Бульон, 2002). Границы водосбора Онежского озера были получены по современным спутниковым данным с пространственным разрешением 1 км. Данные мониторинга показывают, что поступление общего фосфора значительно уменьшилось в последние годы (2001-2002) по сравнению с периодом 1986-1987 с 1003 тонн до 676 т (Сабылина, 2007). 65.3 % всего поступающего общего P приносится в озеро речными притоками. Эта цифра несколько меньше, чем в 1986 – 1987 – 70.4%. Результаты расчетов с временным шагом в одну неделю показали, что модель дает заниженные величины общего P, поэтому для дальнейших расчетов требуется более аккуратная калибровка модели.

Проведено рабочее заседание по проекту с целью подготовки программы работ 2008 года.

10. Проведение научно-образовательной деятельности по программе «Балтийский Университет»

Университет г. Уппсала, Швеция

Научный руководитель к.б.н. Т.И. Регеранд

Лаборатории: географии и гидрологии, гидрофизики, гидробиологии, гидрохимии и гидрогеологии

Договор НТИМИ 0206/01/07

Срок выполнения: 2007 - 2009 гг.

В 2006-2007 учебном году ИВПС начал проведение самостоятельных курсов «Окружающая среда Балтийского региона» и «Устойчивое использование водных ресурсов» по программе Балтийского Университета, предназначенных для студентов КГПУ, ПГУ и учителей средних школ Республики Карелия с целью повышения их профессиональной подготовки и, согласно программе РАН «Поддержка молодых ученых», выявления талантливой молодежи, склонной к научной деятельности с учетом международного аспекта. По результатам работы 12 слушателей курсов (4 студента КГПУ и 8 преподавателей школ), успешно прошедших обучение, получили дипломы Балтийского Университета, выданные Университетом г. Уппсала (Швеция). В качестве экзаменационных работ ими подготовлены статьи, которые будут опубликованы в следующем сборнике ИВПС по эколого-просветительному направлению.

Ведутся занятия по указанным курсам для студентов ВУЗов и учителей средних школ Республики Карелия по программе 2007-2008 учебного года.

IV СВЕДЕНИЯ О НАУЧНО-ОРГАНИЗАЦИОННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

1. Работа Ученого Совета

• В составе Ученого Совета ИВПС, согласованном с Отделением наук о Земле РАН и утвержденном Президиумом Карельского научного центра РАН (Постановление № 58 от 30 октября 2003 года), 21 член, из них – 17 сотрудников института и 4 представителя других организаций (Института биологии КарНЦ РАН, Карельского государственного педагогического университета и Управления природных ресурсов по Республике Карелия).
• В 2007 году проведено 11 заседаний Ученого Совета, на которых утверждались планы и программы научных исследований по фундаментальной и хоздоговорной тематикам, международному сотрудничеству, а также рассматривались результаты фундаментальных исследований.
• На заседаниях Ученого Совета были заслушаны отчеты о деятельности научных сотрудников и лабораторий ИПВС по различным проектам, обсуждались перспективы дальнейших исследований, согласно плану редподготовки утверждались к печати предлагаемые рукописи печатных изданий.
• На заседаниях Ученого Совета ИВПС заслушивались и обсуждались научные доклады как сотрудников института, так и приглашенных специалистов.
• Рассматривались отчеты по хоздоговорным темам.
• На заседаниях Ученого Совета утверждались темы диссертаций, планы работ и отчеты аспирантов, проходящих обучение в аспирантуре ИВПС.
• Заслушивались информационные сообщения о проведении работ по международным проектам двухстороннего сотрудничества, программам ИНТАС и ИНТЕРРЕГ.
• Регулярно рассматривались текущие вопросы научной и научно-организационной деятельности института.

2. ИЗДАТЕЛЬСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ

Список опубликованных работ представлен в приложении 1.

Научные публикации

Института водных проблем Севера КарНЦ РАН в 2007 г.