Жоба жетекшісі: PhD, қауымдастырылған профессор А.С. Мадибеков
Жобаны іске асыру мерзімі: 2022–2024 жылдар
Тапсырыс беруші және шарт №: ҚР Ғылым және жоғары білім министрлігі Ғылым комитеті, шарт № 255/30-22-24, 2022 жылғы 18 қазанда жасалған
Зерттеу нысаны: Марқакөл көлі
Жұмыстың мақсаты: Марқакөл көлінің су экожүйесін сақтау мақсатында су ортасының сапасын бағалау және мониторинг жүргізу, сондай-ақ микро- және макропластик бөлшектерінің, ауыр металдардың, тұрақты органикалық ластағыштардың (полихлорланған бифенилдер) сандық сипаттамаларын зерттеу және көлдің морфометриялық сипаттамаларын жаңарту.
Алынған нәтижелер: Күнтізбелік жұмыс жоспарына сәйкес су ортасының (су мен түпкі шөгінділер) кешенді ластану деңгейі бағаланып, «су–шөгінді қабат» жүйесіндегі ластағыштардың кеңістіктік таралуы талданды. Табиғи жағдайда далалық зерттеулер мен материалдар жинақталып, талдау жүргізілді. Марқакөл көлінің батиметриялық картасы жасалды.
Ақпаратты өңдеу үшін жүйелік және салыстырмалы талдау әдістері, сондай-ақ компьютерлік технологиялар қолданылды.
Далалық жұмыстар мен зертханалық зерттеулер микро-пластик бөлшектерін, су сынамалары мен шөгінді абаттың химиялық және токсикологиялық көрсеткіштерді анықтауды қамтыды.
Зерттеу барысында 334 су сынамасы алынып, 2 722 талдау жүргізілді. Сонымен қатар, көлдің су бетінде 2023 жылы – 1 360 769, 2024 жылы – 856 723 тереңдік нүктесі өлшеніп, жоғары дәлдікпен батиметриялық зерттеулер жүргізілді. Жаңа морфометриялық деректер пластикпен ластанудың кеңістіктік заңдылықтарын бағалауға ғана емес, көл түбінің құрылымын зерттеуге де мүмкіндік берді. Бұл нәтижелердің жоғары сенімділігі тиімді басқару және экожүйені сақтау стратегияларын әзірлеу үшін негіз болады.
Раман спектроскопиясының нәтижелері бойынша көл суында келесі полимерлер анықталды: PP, PE, PS, PET, CuPc+PE. Олар негізінен өзен суларымен бірге тасымалданған. Зерттеу көл мен оның салаларында моноталшықты ау торлары, пенопласт шарлары, пластик бөтелкелер, орамалар және басқа да қалдықтардың басым болуымен сипатталатын елеулі пластикпен ластану проблемасын көрсетті.
Көл суының химиялық сипаттамалары төмен минерализациясымен ерекшеленеді (80,0 мг/дм³ дейін), өте жұмсақ (1,20 мг-экв/дм³ дейін). О.А. Алекин жіктемесі бойынша – гидрокарбонатты класс, натрий тобының I түріне жатады. Беттік және шөгінді қабаттарда минерализация мен иондық құрам елеулі өзгермейді. Негізгі физика-химиялық көрсеткіштер бойынша көл олиготрофты су қоймаларына жатады. Алайда еріген оттегі мен фосфаттардың шекті рұқсат етілген деңгейден (ШМК) асуы, су өсімдіктерінің артуы — экожүйенің мезотрофты, тіпті эвтрофты күйге өту ықтималдығын көрсетеді.
Азот қосылыстарының жоғары деңгейі көлдің орталық және солтүстік бөліктерінде тіркелген (Тихушка, Тополевка, Жирелька, Матабай өзендері құяды). Фосфаттар ШМК-дан асып түседі: беткі қабатта 0,08–0,18 мг/дм³, шөгінді қабатта 0,03–2,15 мг/дм³. Орташа есеппен сәйкесінше 0,10 мг/дм³ немесе 2 ШМК және 0,36 мг/дм³ немесе 7,2 ШМК. Фосфаттардың көбеюі эвтрофикацияға және судың "гүлденуіне" алып келеді. Фосфат-иондар — антропогендік ластанудың сенімді көрсеткіші, олар 3-санаттағы қауіптілік тобына жатады (органолептикалық жағынан қауіпті).
Ауыр металдар бойынша: мыс – 49,9 мкг/дм³, мырыш – 115,2 мкг/дм³ (келіп құятын өзендерде); ал шығатын Калжыр өзенінде – мыс 7,9 мкг/дм³, мырыш – 12,3 мкг/дм³. Свинец – Урунхайка – 14,6, Матабай – 15,1, Жирелька – 16,2, Тихушка – 17,2 мкг/дм³. Кобальт концентрациясы барлық өзендерде жоғары.
Полихлорланған бифенилдер (ПХБ) көлдің, негізгі өзендердің және шөгінді қабаттың ластануын көрсетті. Су объектілерінде 27–31 ПХБ конгенерлері анықталған, олардың ішінде жоғары уытты және маркерлік түрлері жиі кездеседі. Ғылыми деректерге сәйкес, ПХБ табиғи ортаға ауа арқылы таралуы мүмкін, сондықтан Марқакөл сияқты қорық аймақтарындағы ластану Өскемен аймағынан атмосфералық жолмен келуі мүмкін деген болжам жасалды.
Микропластиктің таралуының кеңістіктік-уақыттық бағасы, тәуекелдерді бағалау және қоршаған ортаға әсері
Қазақстанда микропластикпен ластану мәселесі өзекті болып отыр. Халықаралық және отандық зерттеулер микропластиктің су қоймаларында кең таралғанын көрсетеді (теңіздерде, өзендерде, көлдерде, жағалауда). Каспий теңізі мен оның эндемиктері (мысалы, Каспий итбалығы) үшін қауіп төндіретін пластик қалдықтары анықталған.
Н. Саликова жетекшілік еткен зерттеуде Ақмола облысындағы тұрмыстық қалдықтар полигонындағы МП-мен ластану бағаланды. Ұқсас зерттеулер Өзбекстанда да жүргізіліп жатыр. Сібір көлдерінде де МП-нің жоғары концентрациясы тіркелген. Марқакөл көлінің бұрын экологиялық таза деп есептелуі МП-мен ластанғанын көрсетіп отыр. Негізінен Тополевка, Урунхайка, Матабай өзендері құятын аймақтарда микропластиктің жинақталу аймақтары анықталған.
Калжыр өзені арқылы шыққан суда пластик болмауы – көлдің МП-ны жинап, ұстап қалатын экологиялық сүзгі ретіндегі рөлін дәлелдейді.
Зерттеудің практикалық маңызы – алынған нәтижелер микропластикті басқаруға бағытталған ірі жобаларды дамытуға негіз бола алады. Ұсынылатын шаралар:
- пластик қалдықтарды жинау, қайта өңдеу, кәдеге жарату жүйесін дамыту;
- заңнамалық шектеулер енгізу;
- биологиялық ыдырайтын материалдарды пайдалану.
- Бұл шаралар елдегі су ресурстарына түсетін антропогендік қысымды азайтады және жасыл экономиканы дамытуға ықпал етеді.
«Су–шөгінді қабат» жүйесінде ластағыштардың кеңістіктік таралу карталарын жасау және көл қазаншұңқырының үш өлшемді моделін құру
Морфометриялық сипаттамаларды жаңарту үшін кешенді тәсіл қолданылды, ол деректер жинау мен талдау әдістерін оңтайландыруға мүмкіндік берді. Заманауи құралдар мен ГАЖ технологиялары арқасында көлдің құрылымы туралы толық ақпарат алынды. ARCGIS ортасында 1:100 000 масштабта батиметриялық карта жасалды.
Жұмыстар күнтізбелік жоспардағы міндеттерге толық сәйкес, толық көлемде орындалды. Жобаның нәтижелері – оның ішінде жаңартылған морфометриялық сипаттамалар мен пластикпен ластану қатерлерін анықтау – осы маңызды су экожүйесін қорғау және басқару үшін аса маңызды мәнге ие.
Зерттеліп отырған су объектісінің су ортасының сапасын нормативтік деңгейде сақтау бойынша ұсыныстар әзірлеу
Марқакөл көлінің экологиялық тепе-теңдігін сақтау бойынша ұсыныстар оның экожүйесінің одан әрі нашарлауын болдырмауға бағытталған маңызды шараларды қамтиды. Бұл ұсыныстардың негізінде суды, түпкі шөгінділерді бақылау, сондай-ақ көлдің морфометриялық және гидрохимиялық сипаттамаларын зерттеуді қамтитын кешенді талдау жатыр. Басты шаралардың қатарында – браконьерлікке және пластикалық қалдықтарды басқаруға бақылауды күшейту. Атап айтқанда, микропластиктің елеулі көзі болып табылатын тасталып кеткен балық аулау торларымен күреске ерекше көңіл бөлінуі тиіс.
Ауыр металдармен ластануды, әсіресе Еловка өзені сияқты салаларда, мұқият бақылау қажет, өйткені онда кадмий концентрациясының шекті деңгейден асып кеткені анықталған. Су сапасына тұрақты мониторингті жергілікті мүдделі тараптардың қатысуымен енгізу – экологиялық заңбұзушылықтарды жедел анықтауға және жоюға мүмкіндік береді. Көлдің эвтрофикациясын болдырмау және оның тазалығын сақтау бойынша қабылданып жатқан шаралар туралы халық пен туристерді ақпараттандыру – күш-жігердің маңызды бөлігі болып табылады.
Көл маңында бір реттік пластикалық өнімдерді пайдалануға тыйым салып, орнына экологиялық тұрғыдан қауіпсіз баламаларды қолдануды ынталандыру ұсынылады. Пластикпен ластануды, оның ішінде су мен түпкі шөгінділердегі микропластиктерді, мемлекеттік экологиялық мониторинг бағдарламасына енгізу қажет. Пластикалық қалдықтарды жою бойынша тұрақты тазалау шаралары да экологиялық жағдайды жақсартуға бағытталған маңызды қадам болады.
Негізгі басылымдары:
- https://doi.org/10.3390/app14177487
- https://doi.org/10.3390/app14188460
- https://doi.org/10.5109/7236812
- https://doi.org/10.32014/2024.2518-170X.414 (http://www.geolog-technical.kz/assets/20244/9.119-132.pdf) CiteScore 1,8, SJR 0,509 Quartile Q3, Percentile 40.
- https://doi.org/10.54668/2789-6323-2024-113-2-81-94
ДАЛАЛЫҚ ЖҰМЫСТАР БАҒДАРЛАМАСЫ
1. Далалық шығуларға дайындық:
Далалық жұмыстар басталмас бұрын мұқият дайындық қажет. Оған мыналар кіреді:
а) сынама алу рәсімдері бойынша арнайы нұсқаулықтар;
ә) сынама алу кестесіне сәйкес маршрутты әзірлеу;
б) жабдықтар мен материалдардың тізімін дайындау;
в) сынама алуға арналған ыдыстарды стандартқа сай жуып дайындау;
г) зертхананы химиялық реагенттер мен стандарттармен қамтамасыз ету;
ғ) тексеру парағын дайындау.
Жылдам өзгеретін параметрлер тікелей далада өлшенуі тиіс: температура, мөлдірлік, рН, еріген оттегі және т.б. Электрометрлер, калибровка және оптикалық әдістер қолданылатын болғандықтан, далалық жұмысқа тартылған персонал мұндай құралдармен дәл әрі нұсқаулықтарға сәйкес жұмыс істей білуі тиіс. Сынамаларды алу және өңдеу кезінде шаң, кір, түтін, саусақ іздері және майдың әсерінен ластануды болдырмау үшін барлық ыдыс пен құрал-жабдықты мұқият тазалау маңызды.
Сынама алынған орынды және сынама алу сәтіндегі ерекше жағдайларды нақты жазу қажет. Сынама белгілерінде станция нөмірі немесе коды көрсетілуі тиіс. Далалық күнделіктерде келесі ақпарат тіркелуі керек: орналасқан жері, күні, уақыты, жүргізілген өлшемдер, сондай-ақ деректер интерпретациясына әсер етуі мүмкін факторлар – мысалы, ауа райы, өлі балықтар, балдырлардың өсуі, су ағысы және қолданылған талдау әдістері мен құралдарды калибрлеу туралы мәліметтер.
Персонал қауіп-қатерді тани білуі және оларды азайту үшін қажетті шараларды қолдануы қажет.
Судың ионды-тұздық құрамын анықтау үшін сынамалар СТ РК ГОСТ Р 51592-2003 «Су. Сынама алуға қойылатын жалпы талаптар» стандартына сәйкес алынды. Сынама ластанбаған жерде, 1 литрлік пластик бөтелкелерге алынып, ионды-тұздық құрам мен биогендік қосылыстар (жергілікті зертханада зерттеледі) анықталады. Тығыз жабылатын пластик бөтелкелер су астында жабылуы тиіс, ауа әсерінен құрамы өзгеріп кетпес үшін. Бөтелкені суды араластырмай бірқалыпты толтыру қажет.
Ескерту: Суға сынама алар алдында пластик және шыны бөтелкелер зерттелетін сумен шаю қажет.
Полевой зертханаға жеткізілген су үлгілері гидрохимиялық талдау үшін пайдаланылатын болады. Талдаулар келесі әдебиеттерге сәйкес жүргізіледі:
- Алекин О.А. Основы гидрохимии, Л.: Гидрометеоиздат, 1970. – 442 б.
- Унифицированные методы анализа вод / Ю.Ю. Лурье ред. М.: Химия, 1973. – 376 б.
Макро- және микропластик бөлшектерін анықтау Зобкова М.Б. және Есюкова Е.Е. ұсынған әдістемелік құралға сәйкес жүргізіледі. Бұл әдістер — NOAA теңіз қоқыстарын зерттеу бағдарламасының (Masura J., Baker J., Foster G., Arthur C.) орыс тіліне аударылған алғашқы нұсқаларының бірі.
1.1 Судың гидрофизикалық және гидрохимиялық параметрлерін өлшеу
Көлде жүргізілетін далалық зерттеулердің негізгі міндеттерінің бірі — судың гидрофизикалық және гидрохимиялық параметрлерін өлшеу, су мен түптік шөгінділерден сынама алып, химиялық және токсикологиялық талдау жүргізу.
Негізгі анықталатын көрсеткіштер:
- Физикалық қасиеттері бойынша: тереңдік, мөлдірлік, температура, рН;
- Химиялық құрамы бойынша: көмірқышқыл газы, еріген оттегі, перманганаттық тотығу, жалпы қаттылық, ионды-тұздық құрамы, минералдану, биогендік қосылыстар;
- Токсикологиялық көрсеткіштері: ауыр металдар (Cu, Zn, Pb, Cd, Co, Ni) және полихлорланған бифенилдер (ПХБ).
Зертханалық дайындық келесідей жүргізіледі:
- Су (беткі және түпкі қабаттар):
- 250 мл су — ауыр металдарға арналған сүзгілеу (ақ жолақты қағаз сүзгі);
- 300 мл су — ПХБ-ға экстракциялау (50 мл).
- Түптік шөгінділер мен топырақ:
- Әрбір сынама қағазға төгіліп, ауада кептіріледі.
- 0,2 кг топырақ — келіде ұнтақталып, 1 мм електен өткізіледі.
- 5 г шамасындағы өлшем алынған.
- Металдардың қозғалмалы формаларын анықтау үшін ацетат-аммоний буферімен (рН 4,8) өңдеу әдісі (РД 52.18.289-90) және атом-абсорбциялық талдау қолданылды.
1.2 Батиметриялық жұмыстар
Гидрографиялық далалық зерттеулер кешені көлдің жағдайы, бедері мен су беті туралы мәліметтерді алуға және батиметриялық карта жасауға, гидрометриялық параметрлерді анықтауға мүмкіндік берді.
Көлдегі навигацияны жеңілдету мақсатында алдын ала дайындалған маршруттар трек түрінде ұялы телефонға жүктелді. Телефон навигатор ретінде қолданылып, OfflineMaps қосымшасы арқылы жұмыс жүргізілді, оған алдын ала ғарыштық суреттер енгізілген. Жұмыс бұрын дайындалған навигациялық нүктелер мен тректер бойынша жүргізілді (1-сурет).
Зерттеліп отырған көлдің батиметриялық картасын жасау мақсатындағы өлшеу жұмыстары моторлы қайықпен жүзеге асырылады. Бұл жұмыстарда Lowrance HDS-12 Live эхолот-картплоттері қолданылады, ол көл түбінің профилін галс бойымен үздіксіз жазып, тереңдік мәндерін электрондық тасымалдаушыға сандық түрде тіркейді. Батиметриялық карталар лицензияланған ArcMap бағдарламалық қамтамасыз етуінде құрастырылады.
Тереңдік өлшеулері су айдынын қиып өтетін және бір-бірінен белгілі қашықтықта орналасқан, алдын ала ғарыштық суреттер мен басқа да картографиялық материалдар негізінде дайындалған сызықтар (галстар) бойынша жүргізіледі. Бұл жұмыстар ҚР СП 1.02-101-2014 [109] талаптарына қатаң сәйкестікте орындалады.
Тереңдікті өлшеу келесі белгілер бойынша жіктеледі:
- өлшеудің егжей-тегжейлігіне қарай;
- галстарды жүргізу тәсіліне қарай;
- галстардағы орындарды анықтау әдістеріне қарай;
- тереңдікті өлшеу әдістеріне қарай.
Инженерлік-гидрографиялық ізденістерде тереңдікті өлшеудің негізгі әдісі – GPS қабылдағыштарымен жабдықталған эхолот арқылы тереңдікті электрондық тасымалдаушыға сандық түрде жазып, галс бойымен түбінің профилін үздіксіз тіркеу болып табылады.
Галстар бағыттары су айдынындағы тереңдіктердің таралу сипатына байланысты белгіленеді:
- созылыңқы пішінді су айдындарындағы жергілікті учаскелерді өлшеу кезінде – олардың бойлық осіне перпендикуляр бағытта;
- көлдер мен су қоймалары немесе теңіздің жағалауға жақын ірі учаскелерінде – изобат бағытына перпендикуляр бағытта.
Галстарды жағалық бағдарлар бойынша жүргізу кезінде галстардың байланысы жергілікті жерде және аэрофотосуреттерде танылатын контурлық нүктелерге бекітіледі. Бұл әдісте түсірілімдік геодезиялық желілерді (өлшеу магистральдарын) дамыту қажет етілмейді, ал галстар жиілігі аэрофотосуреттерден көрінетін су түбінің бедеріне сәйкес орнатылады.
Өлшеу егжей-тегжейлігіне қарай тереңдік өлшеулер келесіге бөлінеді:
- арнайы,
- егжей-тегжейлі,
- жеңілдетілген.
Әр түріне өзіне тән галстар жиілігі мен олардағы өлшенген тереңдіктер саны, сондай-ақ жоспарлау масштабтары сәйкес келеді. Өлшеудің егжей-тегжейлік жіктелуіне байланысты батиметриялық жоспарлар жасау үшін қолданылатын негізгі масштабтар мен сәйкес галстар жиілігі су түбінің бедерінің күрделілігін ескере отырып анықталады.
Дала жағдайында химиялық реагенттермен, құрал-жабдықтармен, өлшеу және қыздыру аспаптарымен жұмыс істеу кезінде еңбек қауіпсіздігі мен техника қауіпсіздігі бойынша нұсқаулықтарға сәйкес сақтық шаралары орындалды.
4. Экспедициялық зерттеулер барысында орындалған жұмыс көлемдері:
Жүргізілген бақылаулар құрамына су мен түптік шөгінділерден химиялық және токсикологиялық талдау үшін сынамалар алу кірді:
- Физикалық қасиеттері бойынша: тереңдік, мөлдірлік, температура, рН;
- Судың химиялық құрамының элементтері ретінде: көмірқышқыл газы, суда еріген оттегі, перманганаттық тотығу, жалпы қаттылық, ионды-тұздық құрамы, минералдану, биогендік қосылыстар;
- Токсикологиялық көрсеткіштері: ауыр металдар (Cu, Zn, Pb, Cd, Co, Ni) және полихлорланған бифенилдер (ПХБ).
Қорытынды
Институттың зертханасына барлығы 154 су және түптік шөгінді үлгісі химиялық-токсикологиялық талдау үшін жеткізілді.
Қойылған мақсат пен міндеттер Далалық жұмыстар бағдарламасына сәйкес толық көлемде орындалды. Далалық және зертханалық зерттеулердің нәтижелері 2024 жылға арналған қорытынды есепте көрсетілген.