Latvijas virszemes ūdeņu ķīmiskais sastāvs un to ietekmējošie faktori

Abstract

Virszemes ūdeņu ķīmiskais sastāvs uzskatāms par visai jutīgu rādītāju, kas atspoguļo dažādus apstākļus ūdenstilpes sateces baseinā – ģeoķīmiskos, ģeoloģiskos, hidroloģiskos un bioloģiskos procesus, kā arī antropogēnās slodzes intensitāti, turklāt šo procesu relatīvā ietekme uz ūdeņu sastāva veidošanos var visai ievērojami atšķirties. Ņemot vērā virszemes ūdeņu kvalitātes nozīmību, svarīgi ir iegūt priekšstatu par to sastāvu un veidošanos ietekmējošiem faktoriem. Ģeoloģiskā uzbūve, hidroģeoloģiskie apstākļi, klimats, zemes lietojuma raksturs un intensitāte, kā arī antropogēnā piesārņojuma līmenis Latvijā ievērojami atšķiras no situācijas citās valstīs, tāpēc citur veikto pētījumu rezultāti nav tieši izmantojami vides procesu analīzei Latvijā. Jāatzīmē arī ievērojamās atšķirības ekosistēmu struktūrā atkarībā no antropogēnās slodzes, kurai tās pakļautas. Latvijā ir iespējas veikt pētījumus relatīvi maz ietekmētā dabas vidē, lai izprastu vidi piesārņojošo vielu aprites raksturu un salīdzinātu to ar šo pašu procesu norisi piesārņotā vidē. Tas nosaka promocijas darba rezultātu nozīmību pasaulē veikto pētījumu kontekstā. No otras puses, Latvijā ir veikti diezgan plaši un ilgstoši ūdeņu ķīmiskā sastāva pētījumi un ūdeņu biocenotiskās struktūras analīze, tomēr šie pētījumi nav apkopoti un kritiski izvērtēti. Tāpat līdz šim Latvijā relatīvi maz ir izmantotas matemātiskās modelēšanas iespējas, kas ļauj analizēt vielu plūsmas baseinu un apakšbaseinu līmenī, kā arī noteikt cilvēka darbības rezultātā radīto slodzi uz virszemes ūdeņu kvalitāti. Promocijas darba mērķis ir raksturot Latvijas virszemes ūdeņu ķīmisko sastāvu un pētīt faktorus, kas to ietekmē. Darba galvenie uzdevumi: -- apkopot un izvērtēt esošo informāciju par virszemes ūdeņu kvalitāti Latvijā un izveidot ūdeņu ķīmiskā sastāva datu bāzes; -- analizēt virszemes ūdeņu ķīmiskā sastāva izmaiņas telpiskā griezumā, kā arī ilgtermiņa izmaiņas; -- izvērtēt faktorus, kas nosaka virszemes ūdeņu ķīmiskā sastāva veidošanos un vielu plūsmas sateces baseinos; -- veikt biogēno elementu plūsmu novērtēšanu Latvijas upju baseinos, izmantot modelēšanas metodes. Darbā pirmo reizi apkopota un analizēta esošā informācija par ūdeņu kvalitāti Latvijas upēs un ezeros, izmantojot starptautiski atzītas statistiskās un grafiskās datu apstrādes metodes. Pētījuma ietvaros novērtētas biogēno elementu plūsmas, to avoti un aizturēšanas apjomi Latvijas upju baseinos, kā arī izvērtēts Latvijas upju ūdeņu ķīmiskā sastāva ilgtermiņa mainības raksturs. 1. Latvijas virszemes ūdeņu ķīmisko sastāvu raksturo liela telpiskā un temporālā mainība. Jonu koncentrāciju attiecību analīze liecina, ka kopumā karbonātiežu dēdēšana ir noteicošais process, kas ietekmē ūdeņu sastāvu. Tomēr dažos Lielupes baseina ezeros un upēs liela nozīme ir ģipša dēdēšanas procesiem. Savukārt piejūras ezeros un upju grīvās ūdeņu ķīmisko sastāvu ietekmē arī jūras ūdeņu pieplūde, bet purvu un hipereitrofos ezeros – organisko vielu pieplūde. Pētījuma rezultāti rāda, ka ūdeņu ķīmiskā sastāva telpiskās mainības novērtēšanai un klasifikācijas izstrādei Latvijas apstākļos ir rekomendējamas grafiskās datu analīzes metodes (Paipera diagrammas un Štifa diagrammas) un jonu koncentrāciju attiecību analīzes metodes. 2. Starp galveno neorganisko jonu saturu Latvijas upēs un ūdens caurplūdumu pastāv cieša korelācija, mazāk izteiktas kopsakarība

Chemical composition of surface waters can be regarded as a sensitive indicator, which reflects the intensity of geochemical, geological, hydrological, biological processes, as well as anthropogenic impacts within the catchment area. However, the importance of each process can be different for various river basins. Taking into account the significance of surface water quality, it is important to analyze water chemical composition and to gain knowledge about the underlying factors. Geology, hydrogeological conditions, climate, land-use patterns, and intensity of anthropogenic activities in the territory of Latvia differ from those in other countries, and therefore the knowledge gained from studies done elsewhere cannot be applied directly to solve local environmental problems. In Latvia, it is possible to study flows and transformations of pollutants in ecosystems with relatively low anthropogenic impact, and to compare these results with studies of polluted environment. The above considerations show the importance of the results of this study. The aim of the research was to study chemical composition of surface waters of Latvia and the underlying factors. The main objectives of the doctoral thesis were: -- to summarize and evaluate the existing information about surface water quality in Latvia and to create a database on water chemical composition; -- to analyze the spatial and temporal changes of water chemical composition; -- to determine factors influencing water chemical composition and flows of substances within the river basins; -- to estimate nutrient fluxes within river basins of Latvia using modeling approach. The novelty of the work: -- data on water chemical composition in Latvian rivers and lakes are analyzed using recently suggested and developed statistical and graphical methods; -- nutrient source apportionment and retention within the river basins of Latvia has been estimated by using modeling method; -- long-term changes of water chemical composition have been evaluated in regard to natural and human impact variability. Chemical composition of surface waters in Latvia has a large spatial and temporal variability. In general, to a large extent water chemical composition is determined by intensity of weathering processes of carbonate rocks. However, dissolution of gypsum is significant in some waters of the River Lielupe basin, intrusion of sea water is of importance in the coastal lakes and tributaries of the biggest rivers. Inflow of organic matter determines the chemical composition of bog lakes. Monitoring of chemical composition of surface waters, including concentrations of both dominant inorganic ions and pollutants, as well as measurements of physical parameters, allows to evaluate the influence of changing natural processes on surface waters. Long-term data are necessary for the development of typology of surface waters and to establish relevant criteria for water quality. Patterns of long-term changes of surface water quality in Latvia are very much influenced by long-term changes of river discharge, which have a long-period oscillatory pattern. It is very important to consider variability of hydrological regime for relevant estimation of pollutant loading and for evaluation of long-term changes of aquatic chemistry. The long-term changes of nutrient concentrations for the