О. Болотов
Лимнологические особенности озера Кубенского и качество воды при антропогенной нагрузке

Озеро Кубенское является крупным рыбопромысловым водоемом, источником водоснабжения г. Вологды, входит в состав Северо-Двинского водного пути. Помимо важной роли в экономике Вологодской области, озеро имеет большое рекреационное и эстетическое значение. Следовательно, как природный объект озеро Кубенское представляет значительный интерес для широкого круга людей. При этом материалы по изучению озера часто находятся в различных литературных источниках, частью в малодоступных фондах научных и природоохранных организаций. Это затрудняет получение оперативной информации заинтересованными учреждениями, учебными заведениями, краеведами и другими людьми, интересующимися природой своего края. Поэтому выполненное в виде краткого обзора обобщение данных достаточно актуально и дает характеристику озера на современном этапе. Имеющиеся гидрохимические материалы позволили сделать сравнительный анализ качества воды за 20-летний период, что необходимо в условиях нарастающей антропогенной нагрузки на озеро Кубенское. Исходя из вышеизложенного, целью данной статьи является анализ материалов по исследованию озера Кубенского для оценки современного состояния, влияние лимнологических особенностей и антропогенной нагрузки на формирование качества воды.

Изученность экосистемы озера Кубенского

Озеро Кубенское относится к бассейну Белого моря. Удобное географическое положение озера и развитая гидрографическая сеть обусловили раннее освоение этого водоема, о чем свидетельствует большое число стоянок древнего человека на его берегах. Издревле озеро использовалось для рыболовства и входило в магистральные водные пути северного края. На протяжении последнего столетия в связи с нуждами судоходства и лесосплава была сформирована сеть постов гидрологических наблюдений. Наиболее ранние наблюдения начаты в пунктах, обслуживающих Северо-Двинский водный путь: на оз. Кубенском – с. Кубенское – 1916 г., д. Мыс – 1916 г., о. Каменный – 1931 г., д. Пески – 1931 г.; на р. Сухоне – шлюз Знаменитый – 1876 г., д. Рабаньга – 1877 г.

С 1930-х годов началось планомерное развитие сети гидрометрических наблюдений. Заметно дополнили гидрологическую изученность водосбора оз. Кубенского изыскательские экспедиционные работы, связанные с планировавшейся переброской северных рек в бассейн Каспийского моря. В это время были открыты гидрологические посты на р. Уфтюге и р. Едке. Особенную ценность и значение имело открытие уровенных и стоковых постов в створах р. Сухоны – д. Прилуки, д. Починок и д.;Устье-Вологодское. Неплохо изучены изменения стока воды в р.: Кубене. Эта гидрологическая информация позволила прояснить многие закономерности, связанные с процессами формирования водных ресурсов бассейна озера. Информацию, получаемую в рамках стандартных измерений гидрометеослужбы, в некоторой степени дополняют сведения плановых проб качества воды природоохранных органов и центра госсанэпиднадзора.

Большое значение для установления лимнологических особенностей оз. Кубенского и характеристики его водосбора имели многолетние исследования, проводившиеся сотрудниками Вологодского пединститута. С 1950-х годов издавалась серия краеведческих материалов, включавшая описание бассейна Кубенского озера, выходили публикации, касающиеся истории происхождения озерной котловины, геоморфологических процессов в его бассейне и формирования ландшафтов.

В ихтиологическом отношении Кубенское озеро до середины нашего столетия изучено очень слабо. Первые сведения о рыбах и рыбном промысле водоема, относящиеся к XIX столетию, весьма ограниченны и включают только описание водоема, краткие данные о промысле и перечень промысловых рыб. Имеются фрагментарные сведения о состоянии ихтиофауны озера в 1920-х годах. В целях более детального изучения озера в 1950-х годах ВНИОРХом было проведено комплексное рыбохозяйственное обследование, которое позволило определить состояние рыбных запасов и наметить мероприятия по их улучшению. Затем проводились отдельные наблюдения, в частности за состоянием популяции сига-нельмушки кафедрой зоологии Вологодского пединститут. Первые комплексные исследования экосистемы оз. Кубенского были проведены в 1970-х годах Вологодско-Архангельской экспедицией института Озероведения. В результате вышла монография «Озеро Кубенское» в 3-х томах, где описаны гидрологический режим, состояние грунтов, микрофлора, зоопланктон, зообентос, растительность, дан анализ ихтиоценоза.

С 1976 года начались систематические исследования основных промысловых популяций рыб озера Вологодской лабораторией ГосНИОРХ в целях оценки рыбных запасов и установления лимита вылова ценных и охраняемых видов рыб. В 1989 – 1990-х годах лабораторией ГосНИОРХ в рамках исследования бассейна р. Сухоны было проведено гидробиологическое изучение озера, а также комплексное исследование основных притоков озера.

Лимнологические особенности озера

Озерная котловина. В геологическом отношении район расположения оз. Кубенского представляет собой заключенную в пределах Московской синеклизы северную часть Русской платформы. Ее кристаллический фундамент сложен гранитами, гранито-гнейсами архейского и протерозойского времени и залегает на глубине более 2-х км. По времени и основному способу образования оз. Кубенское относится к доледниковой тектонической котловине. Заложение котловины связано с разломами кристаллического фундамента и опусканиями его отдельных блоков (Кубенский грабен). Палеозойский осадочный чехол перекрыт мощным слоем четвертичных отложений, которые по происхождению относятся к ледниковым, озерным, озерно-аллювиальным, флювиогляциальным и болотным образованиям различного возраста. Состав отложений разнообразен: глины, суглинки, пески, супеси, гравий и галька.

Кубенская котловина имеет вытянутую с северо-запада на юго-восток форму. Ее протяженность около 100 км при ширине около 20 км. Наиболее отчетливо впадина оконтурена горизонталью 120 м. На юго-востоке она обрамляется Оларевской грядой, которая отделяет ее от Сухонской котловины. На севере и западе Кубенская котловина сливается с впадиной оз. Воже и Пришекснинской низиной. На юго-западе к котловине озера примыкает Вологодская возвышенность с отметками до 257 м, которая служит водоразделом Каспийского и Белого морей. К востоку от озера, в междуречьях Уфтюги и Кубены, Кубены и Сухоны, расположена Прикубенская равнина.

Склоны котловины ассиметричны: юго-западные – крутые, а восточные – пологие. Коренные берега на юго-западе отходят от озера на 2 км, а на северо-востоке – на 10 – 16 км. На склонах котловины развиты береговые валы и террасы – следы древнего убывающего водоема. Выделяются три четко выраженные террасы с отметками 120 – 124, 115 – 118 и 110 – 114 м. Нижняя терраса – это затопляемая пойма современного озера, ширина которой на юго-западе котловины составляет 50 – 200 м, а на северо-востоке увеличивается до 6 км. Здесь расположено много мелких озер и дельта р. Кубены с 15 рукавами. Вторая и третья террасы также хорошо прослеживаются вдоль берега. Более высокие террасы, постепенно расширяясь, переходят в окружающую озеро абразивно-аккумулятивную и озерно-ледниковую равнину.

Происхождение и формирование котловины определило современные морфологические параметры оз. Кубенского.

Озеро имеет вытянутую с северо-запада на юго-восток форму. Длина озера 54 км, наибольшая ширина – 10 км, средняя глубина – 2,5 м, площадь около 400 кв. км, объем – 1,02 куб. км, длина береговой линии – 158 км. Береговая линия сильно изрезана на юге и северо-востоке водоема, где имеется ряд заливов, мысов и островов. Наиболее крупным является Токшинский залив, а из мысов – Шелин мыс, выдающийся в виде узкого полуострова на 10 – 12 км в глубь озера.

Озеро имеет обширный водосборный бассейн – 14 440 кв. км и в него впадает более 25 притоков. Наиболее крупными из них являются реки Кубена, Уфтюга, Неда, Порозовица, Коя и Б. Ельма. Река Порозовица входит в систему Северо-Двинского водного пути и судоходна на всем протяжении. По рыбохозяйственной ценности к первой категории относится р. Кубена, в которой имеются нерестилища нельмы и сига-нельмушки. Часть притоков берет начало в болотистой местности, и они являются поставщиком аллохтонного вещества озера.

Грунты. Среди грунтов Кубенского озера можно выделить четыре типа: песчанистые, каменистые, илистые и глинистые. Большое распространение на озере получили песчанистые грунты (43% площади), которые, начинаясь в прибрежье, широкой лентой опоясывают все озеро. Каменистые грунты, представленные отдельными валунами, расположены в прибрежной зоне преимущественно вдоль западного и юго-западного берегов.

Большое скопление валунов наблюдается в районе острова Спаса-Каменного, а также устья р. Уфтюги, где гряда камней от Шелина мыса тянется в глубь озера почти на 200 м.

Накопление илистых отложений началось после постройки в 1834 году плотины на р. Сухоне, которая, задерживая весенние воды в озере, способствует осаждению взвешенных частиц на дно озера. Илами в настоящее время покрыта большая часть озера (до 50%). Выходы глин встречаются в средней части озера, также в устье р. Уфтюги и вдоль северо-восточного берега Шелина мыса.

Гидрологический режим. Водосборный бассейн оз. Кубенского расположен в зоне избыточного увлажнения Европейской части России. Для этой территории характерен умеренно-континентальный климат с умеренно-теплым летом, умеренно-холодной зимой и неустойчивым режимом погоды.

Особенности рельефа, климата, геологического строения определяют развитие речной сети бассейна озера. Водоразделы рек низкие и плоские, реки близко подходят друг к другу. Притоки озера относят к типу рек преимущественно снегового питания. Они характеризуются высоким половодьем и низкой летней меженью, нарушаемой дождевыми паводками, особенно в осенний период. В основном притоки обеспечивают приходную часть водного баланса озера, а атмосферные осадки составляют в нем незначительную долю (около 6%). В расходной части подавляющая роль принадлежит стоку из озера (96%), испарение очень мало. По величине условного водообмена оз. Кубенское относится к типу аккумулятивно-транзитных водоемов. Изменение уровня озера имеет четко выраженный сезонный характер с минимумом в марте и максимумом в мае, за счет поступления талых вод с водосбора в период весеннего половодья. В среднем максимальные уровни выше меженных на 3–4 м. Интенсивность весеннего подъема уровня на озере в значительной мере связана с особенностями весеннего режима р. Сухоны. Весной сток из озера через р. Сухону прекращается вследствие более раннего развития половодья на ее притоках Вологде и Леже, что приводит к возникновению обратного течения в озеро. Это явление продолжается от 3-х до 20-ти дней, причем уровень озера в этот период повышается в среднем на 30–40 см в сутки. С середины июня начинается спад уровня, регулируемый через плотину «Знаменитая» на р. Сухоне. С этого момента и до конца года расход воды из озера преобладает над приходом. Амплитуда колебаний уровня в озере в продолжение года достигает 4,5 м. Столь значительные колебания уровня являются следствием того, что после окончания навигации плотина на зиму открывается. Закрывается она во второй половине апреля с началом весеннего паводка. Поскольку Кубенское озеро имеет небольшие глубины и низкие берега, площадь его поверхности и объем водной массы претерпевают значительные изменения в связи с колебаниями уровня воды. Площадь зеркала при максимальном уровне в 1,5, а объем на 10% больше, чем при минимальном. Основную роль в переносе водных масс по озеру выполняют ветровые течения, наиболее интенсивные в момент их совпадения с ветрами, направленными вдоль продольной оси озера. В течение года преобладают ветры юго-западного и западного направлений, а летом – северные, северо-западные, западные. Соответственно такому распределению ветров течения в оз. Кубенском чаще всего направлены к р. Сухоне.

Термический режим. В связи с мелководностью озера определяющим фактором его термического режима являются климатические и погодные условия. Появление первых ледовых образований на озере отмечается через 1–5 дней после перехода температуры воздуха через 0°С и по средним многолетним данным приходится на 20-е числа октября. Средняя продолжительность ледостава 150–180 дней. К моменту вскрытия уровень озера значительно понижается, лед на большей половине садится на грунт. Полное очищение озера ото льда обычно наблюдается в первой половине мая.

Продолжительность безледного периода изменяется по годам от 130 до 230 дней. В этот период озеро целиком доступно ветровому перемешиванию, оно не удерживает сколько-нибудь устойчивого температурного расслоения по глубине и акватории, очень быстро реагирует на изменение погодных условий. Тепловая инерция озера очень мала, и ход температуры воды в озере следует за ходом температуры воздуха. Максимальный прогрев водной массы в оз. Кубенском наступает во второй половине июля. Наибольшая среднемесячная температура воздуха в июле за 30-летний период составляла в отдельные годы 22,3–23°С, а максимальная суточная – 27°С. Разница температур вод в прибрежной зоне и открытой части озера составляет до 3°С и более заметна весной и осенью.

Наблюдаемая тенденция к падению уровня воды озера в целом влияет на изменение термического режима: сильнее прогревается водная толща в летний период, а зимнее промерзание и осаждение льда на грунт охватывает все большие площади.

Формирование качества воды оз. Кубенского в условиях антропогенной нагрузки

С лимнологическими особенностями озера в значительной степени связано формирование природного качества вод. Мелководность озера и высокая проточность определяет небольшую гидрохимическую инертность. Из-за близкозалегающих пермских отложений, которые дренируются притоками озера, вода имеет высокую минерализацию, повышенное содержание сульфатов, относится к гидрокарбонатно-кальциевой группе. Вследствие невысокой заболоченности водосбора реки приносят немного аллохтонной органики, и осадки озера характеризуются незначительным накоплением органических веществ. В условиях мелководности интенсивное ветровое перемешивание способствует быстрому окислению органических веществ. В то же время в подледный период тяжелый уровень обуславливает дефицит кислорода.

Через лимнологические особенности озера преломляются и последствия хозяйственной деятельности человека. Пригодность водосбора для заселения и освоения определила большую степень распашек под с/х угодья и в результате – увеличение антропогенной нагрузки на озеро. Бассейн, представленный лесистой равниной с густой речной сетью, выгоден для заготовки и сплава древесины. Последствия вырубки лесов и молевого сплава негативно отразились на гидрологическом режиме озера и качестве коды. С удобным географическим положением оз. Кубенского связана его эксплуатация в качестве водного пути, но мелководность водоема потребовала поднятия уровня в навигационный период. Это определило еще большее увеличение колебаний уровня воды. Ежегодное понижение уровня в зимний период, а в последние годы и уменьшение водности бассейна в целом, отрицательно сказывается на гидрохимическом режиме этого рыбопромыслового водоема, так как резко ухудшает условия зимовки рыб. В маловодные годы площадь водного зеркала сокращается до 150–200 кв. км, средняя глубина воды подо льдом периодами не превышает 0,7–0,8 м, а на большей части площади лед лежит на грунтах. Дополнительное понижение уровня озера в подледный период произошло с 1991 года вследствие забора воды для нужд г. Вологда. К 1994 году объем изъятой водозабором воды составил более 6 млн. куб. м и, если учесть, что зимой объем озера (95% обеспеченности) уменьшается на 60 млн. куб. м, составляя 112,7 млн. куб. м, то доля изъятия очень существенна. Средняя глубина озера при этом уменьшилась до 0,62 м. В то же время для сохранения популяции леща (основного промыслового вида озера) амплитуда зимней сработки не должна превышать 1 м.

На фоне снижения уровня воды ее загрязнение особенно неблагоприятно для рыбного населения оз. Кубенского. В настоящее время в водоеме, особенно в его восточной части, содержание аммонийного азота превышает ПДК в 4,5 раза. О значительном количестве легкоокисляемой органики в оз. Кубенском свидетельствуют значения биохимического потребления кислорода (БПК-20) около 6 мл О2/л. В водоем поступает большое количество аллохтонной органики, чему соответствуют высокие показатели окисляемости воды. Так, величины перманганатной окисляемости колебались от 18 мг О2/л (г/п Новленское) до 26 мг О2/л на участке наблюдений г/п Кубенское. Бихроматная окисляемость достигает в среднем 43 мг О2/л. В свою очередь, накопление органики, на окисление которой расходуется кислород, вызывает ухудшение газового режима водоема. Например, на участке озера г/п Коробово-Новленское содержание кислорода весной не превышало 8,5–9,7 мг/л, а летом практически создавалась заморная ситуация, когда концентрация кислорода в июне составляла 5,4 мг/л, а в августе падала до 4,7 мг/л. Ухудшение кислородного режима в зимнюю и летнюю межень характерно и для восточной части акваторий.

Органическое загрязнение озера дополняется токсикологическим. Наблюдается постоянное превышение содержания в воде нефтепродуктов. Повышенное содержание нефтепродуктов (до 5,8 ПДК) в р. Кубене, несомненно, оказывает влияние на загрязнение этими токсинами вод озера. Следует отметить высокую концентрацию фенолов (по данным ЦГСЭН) – до 18 ПДК, железа – до 19 ПДК, цинка – до 16 ПДК. Значительную долю в общее загрязнение озера вносит р. Кубена, где наблюдаются повышенные показатели органического, бактериального и токсического загрязнения. По наблюдениям гидрометеослужбы загрязнение оз. Кубенского тяжелыми металлами гораздо выше, в том числе и медью, которая анализами СЭН не обнаружена.

Анализируя тенденции в изменении качества воды оз. Кубенского за последние десятилетия, можно отметить следующее. Средняя многолетняя величина минерализации колеблется около значения 173 мг/л, величина pH – от 0,7 до 8,4, жесткость – от 2 до 6 мг экв./л. В 1970-х годах по качеству вод Кубенское озеро (с учетом таких показателей, как ВПК, концентрация аммонийного азота и др.) относилось к классу чистых водоемов с тенденцией перехода в класс более загрязненных. К 1990-м годам часть гидрохимических параметров озера изменилась в сторону ухудшения условий обитания гидробионтов, за исключением минерализации, жесткости, pH, средние значения которых остались на прежнем уровне. В результате возрастания антропогенной нагрузки повысилось содержание растворенной органики, минерального азота, общего фосфора, возросли значения цветности, окисляемости, ВПК. Интенсивная антропогенная нагрузка на мелководное Кубенское озеро резко увеличивает возможность заморных явлений в подледный период, усиливая зимний дефицит кислорода.

В целом, озеро в настоящее время по качеству воды можно оценить как переходное от умеренно-загрязненных к загрязненным. Следует подчеркнуть повышение локального загрязнения восточной части озера, где находятся основные нерестилища рыб. Это связано как с большой сельскохозяйственной освоенностью данной части водосбора, так и с влиянием р. Сухоны – проникновением ее загрязненных вод на 2–3 км в озеро в период обратного течения. Воды р. Сухоны вносят большое количество взвешенных веществ, азота, органики, фенолов, СПАВ, марганца, молибдена. Ухудшение условий во время нереста негативно воздействует на воспроизводство рыб, что в сочетании с напряженным режимом зимовки несомненно сказывается на состоянии рыбных запасов озера Кубенского.

Заключение

В настоящее время Кубенское озеро – водоем комплексного использования: он входит в Северо-Двинскую шлюзовую систему, является рыбохозяйственным водоемом (до 450 т уловов в год) и имеет рекреационное значение. Кроме того, озеро служит одним из источников питьевого и технического водоснабжения г. Вологды. В силу гидрологических особенностей, месторасположения (несмотря на регулирование стока озера в теплый период года), озеро остается в настоящее время объектом противоречий участников водохозяйственного комплекса.

Сработки воды через плотину на р. Сухоне в период судоходства определяют значительное увеличение уровня воды озера. При этом в экстремально мелководные периоды возникают напряженность и проблемы с подачей воды из оз. Кубенского в г. Вологду. На фоне общего снижения водности бассейна колебания уровня отрицательно сказываются на гидрохимическом режиме водоема, что резко ухудшает условия зимовки рыб. Антропогенное воздействие на водные ресурсы из-за существования на водосборе озера в непосредственной близости от него многочисленных загрязнителей, ставит проблемы по сохранению качества воды: общий объем сброса сточных неочищенных вод в 1995 г., например, составил 130 тыс. куб. м.

Параллельно органическому возрастает токсикологическое загрязнение, а увеличение заиления водоема способствует кумулятивным процессам. Об опасной трансформации токсикантов по всем звеньям экосистемы оз. Кубенского свидетельствует появление заметного количества тяжелых металлов в рыбах – верхнем трофическом уровне.

На фоне органического загрязнения озера ускорились процессы его эвтрофирования: зарастание, обмеление, заиление, повышение цветности, понижение прозрачности, значительное увеличение содержания биогенов в воде. Правда, темпы эвтрофирования, несмотря на большую антропогенную нагрузку, несколько замедляются благодаря лимнологическим особенностям озера. В их числе более высокая по сравнению с другими озерами проточность, небольшое содержание исходной органики из-за песчаного, в основном, дна, сравнительно невысокая степень заиления. Существенное значение играет также незначительная изрезанность берегов, что снижает возможность локального эвтрофирования. Изменения трофических уровней сообщества, обычно связанные с эвтрофированием, проявляются в оз. Кубенском менее отчетливо, чем, например, в оз. Воже, которое не подвергается прямой антропогенной нагрузке. Таким образом, лимнологические особенности оз. Кубенского определяются историей его происхождения, формированием котловины и водосбора. В то же время хозяйственная деятельность человека оказывает существенное влияние на гидрохимический режим через изменение водосбора: осушение болот, вырубка лесов, распашка и безвозвратное изъятие воды озера. Это, в свою очередь, изменяет термический режим, осадконакопление, состояние грунтов. Сброс загрязненных вод значительно ухудшает качество воды, а токсиканты, в конечном итоге, накапливаются в рыбах. Для замедления этих нежелательных явлений, ухудшающих условия обитания гидробионтов, небходимо прекращение сброса неочищенных вод и безвозвратного изъятия воды оз. Кубенского.

Источник: Болотов О. Лимнологические особенности озера Кубенского и качество воды при антропогенной нагрузке // Сборник научных работ студентов и аспирантов ВГПУ / гл. ред. М.А. Безнин. – Вологда, 1996. – Вып. 4. – С. 237-250.