Каратомарское и Верхнетобольское водохранилища обеспечивают накопление до 95% объемов вод всех водохранилищ Костанайской области и являются стратегически важными для экономики региона. Изучена государственная система технического обслуживания, эксплуатации и экологического мониторинга объектов водохранилищ.  Изучены методические подходы по оценке водохозяйственного баланса водохранилищ. 

Выполнено 29 флористических описаний: 22 на Каратомарском и 7 на Верхнетобольском водохранилищах. На изученной территории обнаружено 241 вид, относящихся к 147 родам и 62 семействам. В растительном покрове получают развитие и активно распространяются агрессивные, инвазионные виды-трансформеры: клен ясенелистный (Acer negundo), мелколепестник канадский (Conyza canadensis), полынь Сиверса (Artemisia sieversiana), ячмень гривастый (Hordeum jubatum), для которых рекомендуется разрабатывать мероприятия по сдерживанию их распространению. Средний коэффициент синантропности по Краматорскому водохранилищу составляет 18,4%, что соответствует умеренной трансформации флоры. Средний синантропности по Верхтобольскому водохранилищу составляет 12,2%, что соответствует умеренной трансформации флоры. Стадия антропогенной дигрессии по Краматорскому водохранилищу относится к IV стадии: нарушения незначительны, степень нарушенности травостоя 10–15%. Стадия антропогенной дигрессии по Верхнетобольскому водохранилищу относится к II стадии: флористически неполночленные сообщества без признаков дигрессии; степень нарушенности травостоя 0,6–0,7%. Степень зарастания литоральной зоны зависит от характера берегов (менее всего зарастают открытые участки с крутыми берегами), наиболее сильно зарастают млководья, на которых формируются монодоминантные сообщества Phragmites australis.

Проведены работы по комплексной оценке показателей качества вод водохранилищ:

• Определены значения гидрохимических показателей качества и токсикологии вод водоемов, включая показатели концентрации и содержания металлов, тяжелых элементов, органических и неорганических веществ в пробах вод, отобранных с разных участков водоемов. 

Новые исследования в оценке качества вод

• Впервые при проведении оценки качества вод водохранилищ были проведены работы по проведению комплексных исследований проб вод на содержание пестицидов, включая хлорорганические соединения.

Определено содержание следующих хлорорганических пестицидов:

• Альфа-, бета- и гамма-изомеры гексахлорциклогексана (ГХЦГ),
• Гептахлор,
• 4,4'-дихлордифенилтрихлорэтан (ДДТ),
• 4,4'-дихлордифенилдихлорэтилен (ДДЭ),
• 4,4'-дихлордифенилдихлорэтан (ДДД),
• Альдрин,
• Гексахлорбензол,
• Линдан (гамма-изомер ГХЦГ),
• 2,4-Д (2,4-дихлорфеноксиуксусная кислота).

Также определены содержания веществ:

• Бромдихлорметан,
• Дибромхлорметан,
• Четырёххлористый углерод,
• Бенз(а)пирен,
• Атразин,
• Симазин,
• Фенол,
• Формальдегид,
• Поверхностно-активные вещества.

Превышений по содержанию пестицидов выявлено не было.

Были определены классы качества вод водоемов.

Согласно числовым значениям стандартов качества вод воды обоих водохранилищ соответствуют пятому классу качества, который определяется как класс наихудшего качества воды.

Воды этого класса водопользования пригодны для:

• Гидроэнергетики,
• Добычи полезных ископаемых,
• Гидротранспорта.

Также выявлено, что по содержанию таких показателей как магний, кадмий, воды водохранилищ относятся к четвертому классу качества.

Экологическая оценка и радиационные показатели:

• В целом согласно нормативным требованиям в экологическом отношении Тобол является загрязненной рекой.
• Показатели суммарной альфа-бета активности по обоим водоемам не превышают предельно допустимых концентраций (ПДК).
• Значения коэффициентов вариации по показателям суммарной радионуклидной активности находятся в пределах 21,7 – 37,2.
• Показатели суммарной альфа-бета активности стабильные в целом по двум водохранилищам и не имеют существенных различий.

Металлы и вариабельность концентраций:

Для большинства металлов СКО и коэффициенты вариации имеют небольшие значения, что указывает на достаточно гомогенный состав вод водохранилищ.

Такие элементы как марганец, кадмий, цинк, медь, бор, свинец показывают достаточно высокие отклонения от среднего значения и имеют высокие значения коэффициентов вариации. Содержание этих элементов в различных точка водохранилищ может существенно различаться. Это может быть связано с высокой активностью и подвижностью элементов между жидкой водной фазой и твердой фазой донных отложений. 

Результаты исследований донных отложений

Определены следующие показатели:

• Содержание основных химических компонентов;
• Содержание тяжёлых металлов и химических элементов;
• Уровень органического вещества;
• Фракционный (гранулометрический) состав проб.

Основные выводы по химическому составу:

• Главные химические компоненты, формирующие донные отложения:
  • Оксид кремния (SiO₂),
  • Оксид алюминия (Al₂O₃),
  • Оксид железа (Fe₂O₃),
  • Оксид калия (K₂O),
  • Оксид магния (MgO),
  • Оксид кальция (CaO),
  • Оксид титана (TiO₂).

Эти данные подтверждают ранее проведенные исследования различных авторов в отношении донных отложений пресноводных водоемов.

Содержание тяжёлых металлов:

• Не превышают ПДК (в валовых формах):
  • Медь (Cu),
  • Свинец (Pb),
  • Марганец (Mn),
  • Никель (Ni),
  • Цинк (Zn).
• Превышают ПДК:
  • Кобальт (Co),
  • Мышьяк (As),
  • Хром (Cr).

Сравнение со средним содержанием в земной коре:

Среднее содержание следующих элементов не превышает кларковые значения (нормальные значения в земной коре):

• Железо (Fe) — пересчитано из оксидной формы,
• Марганец (Mn) — пересчитан из оксидной формы,
• Хром (Cr),
• Стронций (Sr).

Особенности гранулометрического состава:

Фракции с размером зерна < 0,1 мм обладают высокой адсорбционной способностью по отношению к:

• Органическим веществам,
• Большинству тяжёлых металлов и элементов (например, Zr, Ni, Cu, Zn, Rb, Y, Nb, Pb и др.),
• Оксидам металлов и соединениям фосфора (Al₂O₃, Fe₂O₃, K₂O, TiO₂, MnO, P₂O₅).

Соответствие международным рекомендациям:

Полученные результаты согласуются с положениями Руководящих принципов мониторинга и оценки трансграничных и международных озер рабочей группы ЕЭК ООН, которые подчеркивают, что для грубозернистых компонентов донных отложений характерны низкие уровни содержания тяжелых металлов и органических загрязнителей. Это в целом способствуют снижению концентрации загрязнителей в общем объеме пробы. 

Комплексная оценка почв/грунтов прибрежной водоохранной зоны водохранилищ

Была проведена комплексная оценка агрохимических, токсикологических и минеральных показателей проб почв/грунтов прибрежной водоохранной зоны водохранилищ.  

Размах показателя рН водных вытяжек образцов почв находится в пределах 6,5 – 8,6. Это указывает на слабощелочной характер почв/грунтов.

Основные оксиды, формирующие состав:

• Кремния (SiO₂),
• Алюминия (Al₂O₃),
• Железа (Fe₂O₃),
• Магния (MgO),
• Кальция (CaO),
• Титана (TiO₂),
• Фосфора (P₂O₅),
• Марганца (MnO).

Выявлены в аналитически значимых концентрациях тяжелые и редкие металлы и элементы, стронций, цирконий, хром, никель, кобальт, медь, цинк, рубидий, иттрий, ниобий, свинец, мышьяк.

Среднее содержание оксидов макроэлементов соответствует кларку элемента.  

Валовые формы тяжелых элементов в основном не превышают нормы показателей качества земель сельскохозяйственного назначения. В целом большая часть значений показателей содержания подвижных форм тяжелых металлов и неметалличесикх компонентов находятся в пределах требований ПДК. Однако выявлены отдельные пробы почв с превышением содержания подвижных форм цинка, марганца. Наблюдаются отдельные участки с высоким содержанием свинца до 4 мг/кг и меди до 2,5 мг/кг., но в пределах норм ПДК.

Содержание подвижных соединений калия согласно методу Мачигина в образцах почв является повышенным (в средних пределах 300-700 мг/кг). Наблюдаются отдельные участки с более высоким содержанием калия до 1 грамма на килограмм. Накопление тяжелых металлов в почвах прибрежной зоны может быть связано с естественным выносом тяжелых элементов со стоком влаги с прилегающих полей земель сельскохозяйственного назначения.

По содержанию органических веществ (гумуса) по методу Тюрина образцы почвы относятся к группе со средним содержанием. Максимальное содержание гумуса не превышает 15,5 %.

Содержание азота в нитратной форме низкое, менее 30 мг/кг.  В целом основные важные показатели потенциального плодородия почв/грунтов прибрежной зоны достаточны для формирования продуктивного растительного покрова.

При проведении контроля уровня интенсивности ионизирующего излучения гамма-фона поверхности были получены значения, не превышающие предельно допустимых значений, установленных нормативными требованиями. Максимальный зафиксированный уровень ионизирующего излучения на участках отбора проб почв, вод и биологического материала был в пределах не более 25-30 мкР/час. Средние значения колебались в пределах 10 – 20 мкР/час, что соответствует нормативным требованиям по экологической безопасности природных объектов. Значения показателей активности гамма-радионуклидов (131I, 134Cs, 137Cs, 40K, 226Ra, 232Th) проб почв и грунтов находятся в пределах санитарных норм и имеют низкое значение. В отдельных пробах зафиксировано небольшое присутствие радионуклидов техногенного характера Cs137 и Cs134. Это указывает на возможный водный перенос данных радионуклидов из потенциальных источников техногенных радионуклидов.

По результатам проведенных исследований рельефа дна и водоохранной зоны водохранилищ были практически изучены возможности использования современных геоинформационных технологий при проведении геодезических/топографических изысканий, оценки рельефа дна водохранилищ, территорий ГТС с использованием специализированных БПЛА, дронов – эхолотов и ДЗЗ. Разработан алгоритм оценки показателей рельефа дна водоемов с площадью акватории порядка 100 км2 и сложным береговым рельефом. Проведена масштабная оценка рельефа дна и охранной зоны Верхнетобольского и Каратомарского водохранилищ общей площадью акватории порядка 200 км2 с использованием батиметрического комплекса, спутниковых методов ДЗЗ и БАС/БПЛА с геодезическими средствами контроля. Построены цифровые модели по полученным облакам точек. Созданы батиметрические карты водохранилищ с учетом прилегающего рельефа. Проведено обновление данных глубин водохранилищ. В пределах Верхнетобольского водохранилища выявлены участки с максимальной глубиной до 30 метров, что значительно превышает имеющиеся данные. По результатам моделирования проведен анализ точности полученных результатов моделирования водохранилища. Оценка исследований рельефа дна водохранилищ и объемов вод позволяет говорить о точности исследования с заявленной максимальной погрешностью, не превышающей 10%. По результатам проведенных исследований предложен наиболее оптимальный алгоритм оценки рельефа дна и объемов вод проточных водоемов на примерах Верхнетобольского и Каратомарского водохранилищ Костанайской области с применением высокоточного батиметрического оборудования и современных методов дистанционного зондирования земли (ДЗЗ). 

Дальнейшее изучение исследуемых объектов на территории Республики Казахстан будет способствовать углублению понимания экологической ситуации и позволит разработать эффективные меры по управлению водными ресурсами, обеспечивая устойчивое развитие региона и сохранение его экосистем. Это также поможет в выявлении и предотвращении потенциальных экологических угроз, что является ключевым аспектом для защиты окружающей среды и здоровья населения.

Результаты оценки научно-технического уровня выполненной НИР в сравнении с лучшими достижениями в данной области. Научно-технический уровень выполненной НИР находится на уровне с имеющимися достижениями в данной области, о чем свидетельствует высокий интерес к результатам исследований.