STUDY OF THE TEMPERATURE REGIME AND WATER DISCHARGE OF THE SHAGAN RIVER IN AREAS OF TRITIUM CONTAMINATION
DOI:
https://doi.org/10.54668/2789-6323-2026-122-2-8-22Keywords:
groundwater–surface water interaction, hydrogeology, radioecology, exfiltration zonesAbstract
The relevance of research into the state of aquatic ecosystems in nuclear test areas is determined by the long-term persistence of the effects of radioactive contamination in natural environments. In areas exposed to nuclear explosions, the problem of radioactive contamination of surface and groundwater remains one of the key environmental challenges. One such site is the Shagan River, located on the territory of the Semipalatinsk test site. Particular attention is paid to sections of the riverbed where contaminated groundwater and fissure water discharge into surface watercourses, contributing to the further spread of radionuclides in the water system.
A comprehensive study of the temperature regime and water flow of the Shagan River within the zone of influence of the Balapan test site of the Semipalatinsk test site was conducted. The main focus was on sections where groundwater containing tritium (3H) discharges and on analyzing their spatial and temporal variability.
Unlike previous radioecological studies of the Shagan River, which focused primarily on assessing contamination, this study emphasizes the interaction between groundwater and surface water and its role in shaping the hydrological regime and transporting radioactive components.
Thermometric measurements taken at 50 m intervals along the riverbed over a distance of 5.4 km revealed zones of abnormally low temperatures (8,5...10 0C) corresponding to areas of discharge of contaminated groundwater. Hydrometric measurements showed that the water flow varies from 0,01 to 0,21 m3/s, with significant losses due to filtration. The maximum specific activity of 3H is recorded at the bottom of the watercourse near sections 2650...2800 m and 4950...5350 m downstream from Lake «Atomnoe», confirming the link between temperature anomalies and groundwater inflow.
References
Seraya, N., Daumova, G., Petrova, O., Garcia-Mira, R., & Polyakova, A. (2025). Ecological status of the small rivers of the East Kazakhstan region. Sustainability, 17, 6525. https://doi.org/10.3390/su17146525;
Жуков И.А., Айбулатов Д.Н. Изменения годового модуля стока ма- лых рек российской части бассейна реки Урал // Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление. 2025. № 2. С. 72–89. https://doi.org/10.35567/19994508-2025-2-72-89;
Lou, Y., Horner-Devine, A. R., Derakhti, M., Giddings, S. N., Spydell, M. S., Rodriguez, A., & Simpson, A. (2025). Dynamics and scaling of a small river discharging into the surf zone. Journal of Physical Oceanography, 55, 1255–1276. https://doi.org/10.1175/JPO-D-24-0072.1;
Bayrak, G. (2025). Geological and geomorphological factors of the small rivers morphodynamics (on the example of the Chechva River, Limnitsa tributaries). Visnyk of Taras Shevchenko National University of Kyiv. Geology, 1, 5–14. https://doi.org/10.17721/1728-2713.108.01;
Gusarov, A., & Beylich, A. (2025). Anthropocene trends in water flow of small and medium-sized rivers in the east of the East European Plain: The forest-steppe and steppe zones. Hydrology, 12, 242. https://doi.org/10.3390/hydrology12090242
Гидрологические ежегодники бассейна Карского моря (западная часть). Бассейны рек Иртыша, Оби ниже устья р. Иртыша и рек Обской губы к западу до границы с Баренцевым морем. - Омск: Омское управление гидрометеорологической службы, 1951-1977. - (Ежегодные данные о режиме и ресурсах поверхностных вод суши. Ч. 1: Реки и каналы; Ч. 2: Озера и водохранилища).
Гидрологические ежегодники бассейна Карского моря (западная часть). Бассейны рек Иртыша, Оби ниже устья р. Иртыша и рек Обской губы к западу до границы с Баренцевым морем. - Омск: Омское территориальное управление по гидрометеорологии и контролю природной среды, 1978-1980. - (Ежегодные данные о режиме и ресурсах поверхностных вод суши. Ч. 1: Реки и каналы; Ч. 2: Озера и водохранилища).
Гидрологические ежегодники бассейнов Иртыша, Ишима и Тобола (верхнее течение). - Алматы: Казахское республиканское управление по гидрометеорологии и контролю природной среды, 1981-1985. - (Ежегодные данные о режиме и ресурсах поверхностных вод суши. Ч. 1: Реки и каналы; Ч. 2: Озера и водохранилища).
Гидрологические ежегодники бассейнов Иртыша, Ишима и Тобола (верхнее течение). - Алматы: Казахское республиканское управление по гидрометеорологии, 1986-1989. -(Ежегодные данные о режиме и ресурсах поверхностных вод суши. Ч. 1: Реки и каналы; Ч. 2: Озера и водохранилища).
Гидрологические ежегодники бассейнов Иртыша, Ишима и Тобола (верхнее течение). - Алматы: Главное управление по гидрометеорологии при Кабинете Министров Республики Казахстан, 1990-1992. - (Ежегодные данные о режиме и ресурсах поверхностных вод суши. Ч. 1: Реки и каналы; Ч. 2: Озера и водохранилища).
Гидрологические ежегодники бассейнов Иртыша, Ишима и Тобола (верхнее течение). - Алматы: Главное управление по гидрометеорологии Республики Казахстан, 1993. - (Ежегодные данные о режиме и ресурсах поверхностных вод суши. Ч. 1: Реки и каналы; Ч. 2: Озера и водохранилища)
Aidarkhanova, A., Larionova, N., Tleukanova, Zh., Mamyrbaeva, A., Ermakova, R., Svetacheva, Y., Aktayev, M., & Panitskiy, A. (2022). The character of radionuclide contamination of natural lakes at the territory of the Semipalatinsk test site. Journal of Environmental Radioactivity, 255, 107041. https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2022.107041
Aktayev, M., Subbotin, S., Aidarkhanov, A., Aidarkhanova, A., Timonova, L., & Larionova, N. (2024). Characterization of geological and lithological features in the area proximal to tritium-contaminated groundwater at the Semipalatinsk test site. PLOS ONE, 19(3), e0300971. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0300971
Темиржанова А., Байгазинов Ж., Мухамедияров Н., Актаев М., Дускаев К. Химические элементы донных отложений загрязненного участка реки Шаган // Гидрометеорология и экология. — 2025. — Т. 119, № 4. — С. 190–204. — DOI: 10.54668/2789-6323-2025-119-4-190-204
Aktayev, M. R., Toktaganov, T. Sh., Akbayeva, L. Kh., & Lyakhova, O. N. (2023). Research on the conditions of water formation in radiation-hazardous sites of the Semipalatinsk test point. News of the National Academy of Sciences of the Republic of Kazakhstan. Series of Geology and Technical Sciences, 5(461), 35–44. https://doi.org/10.32014/2023.2518-170X.329
Актаев М. Р., Айдарханов А. О., Айдарханова А. К., Пронин С. С., Искенов А. О. Мониторинг тритиевого загрязнения вод р. Шаган // Вестник Национального ядерного центра Республики Казахстан (НЯЦ РК). — 2021. — Вып. 2 (86). — С. 25–29. — ISSN 1729-7516. — DOI: 10.52676/1729-7885-2021-2-25-29
Актаев М. Р., Лукашенко С. Н., Айдарханов А. О., Ляхова О. Н., Токтаганов Т. Ш., Токарев И. В. Распределение микро- и макрокомпонентов и искусственных радионуклидов в водоеме «Атомное озеро» // Радиационная биология. Радиоэкология. — 2019. — Т. 59, № 3. — С. 1–10. — ISSN 0869-8031. — DOI: 10.1134/S0869803119030044
Timonova, L., Larionova, N., Aidarkhanova, A., Lyakhova, O., Aktayev, M., Serzhanova, Z., Lukashenko, S., Polevik, V., Dashuk, A., Monayenko, V., Subbotin, S., & Aidarkhanov, A. (2024). Tritium distribution in the “water–soil–air” system in the Semipalatinsk Test Site. PLOS ONE, 19(4), e0297017. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0297017
Субботин С. Б., Зеленский К. Л., Ларионова Н. В., Романенко В. В., Супрунов В. И., Пронин С. С., Актаев М. Р., Мельничук М. А.Исследование путей миграции радионуклидов с подземными водами в районе боевой скважины 1071 на площадке «Балапан» // Вестник Национального ядерного центра Республики Казахстан (НЯЦ РК). — 2017. — Вып. 4 (72). — С. 81–90. — ISSN 1729-7516. — URL: https://static.nnc.kz/articles/2017_4_12.pdf
Темиржанова А., Байгазинов Ж., Мухамедияров Н., Актаев М., Дускаев К., Тургалиева Д., Берикбол Н., Ануарбекова А. Гидрохимические параметры загрязненных участков реки Шаган в пределах Семипалатинского испытательного полигона // Вестник ЕНУ имени Л. Н. Гумилева. Серия: Химия. География. Экология. — 2025. — Т. 151, № 2. — С. 294–307. — DOI: 10.32523/2616-6771-2025-151-2-294-307
Актаев М. Р., Лукашенко С. Н., Айдарханов А. О., Ляхова О. Н. Характер загрязнения тритием вод р. Шаган в районе «Атомного озера» // Вестник Национального ядерного центра Республики Казахстан (НЯЦ РК). — 2017. — Вып. 4 (72). — С. 5–8. — ISSN 1729-7516. — URL: https://static.nnc.kz/articles/2017_4_01.pdf
Essaid, H., Hedeff, & Caldwell, R. (2017). Evaluating the impact of irrigation on surface water–groundwater interaction and stream temperature in an agricultural watershed. Science of The Total Environment, 599, https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.04.205
Unland, N., Cartwright, I., Anderson, M., Rau, G., Reed, J., Gilfedder, B., Atkinson, A., & Hofmann, H. (2013). Investigating the spatio-temporal variability in groundwater and surface water interactions: A multi-technique approach. Hydrology and Earth System Sciences, 17, 3437–3453. https://doi.org/10.5194/hess-17-3437-2013
Drewnik, M., Rajwa-Kuligiewicz, A., Stolarczyk, M., Kucharzyk, S., & Żelazny, M. (2017). Intra-annual groundwater levels and water temperature patterns in raised bogs affected by human impact in mountain areas in Poland. Science of The Total Environment, 624, https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.12.203
Отчет по гидрогеологическому доизучению, инженерно-геологической и геоэкологической съемке территории листа М-44-ХХ масштаба 1:200000 за 1999–2003 гг. / Т.Ф. Амбалова. — Караганда : Геолого-геофизическое открытое АО "Азимут", 2003.
Методические указания ГСИ. Расход воды на реках и каналах. Методика выполнения измерений методом «скорость–площадь» (МИ 1759–87–М). — М.: Издательство стандартов, 1987. - 25 с.
Фролов Н. М. Методические рекомендации по изучению режима температуры подземных вод/ВСЕГИНГЕО. М., 1973. 122 с.
Lapham, W. W. (1989). Use of temperature profiles beneath streams to determine rates of vertical ground-water flow and vertical hydraulic conductivity (Water-Supply Paper 2337). U.S. Geological Survey. https://doi.org/10.3133/wsp2337
Kaandorp, V. P., Doornenbal, P. J., Kooi, H., Broers, H. P., & de Louw, P. G. B. (2019). Temperature buffering by groundwater in ecologically valuable lowland streams under current and future climate conditions. Journal of Hydrology X, 3, 100031. https://doi.org/10.1016/j.hydroa.2019.100031;
Hare, D. K., Helton, A. M., Johnson, Z. C., Lane, J. W., & Briggs, M. A. (2021). Continental-scale analysis of shallow and deep groundwater contributions to streams. Nature Communications, 12(1), 1450. https://doi.org/10.1038/s41467-021-21651-0
Айдарханов А. О., Лукашенко С. Н., Субботин С. Б., Эдомин В. И., Генова С. В., Топорова А. В., Ларионова Н. В., Пестов Е. Ю. Состояние экосистемы р. Шаган и основные механизмы ее формирования // Актуальные вопросы радиоэкологии Казахстана / под ред.. – Вып. 2. – Семипалатинск: Дом печати, 2010. – С. 9–55. – URL: https://irse.nnc.kz/wp-content/uploads/2018/10/Vypusk_2_rus.pdf
Cartwright, I., & Hofmann, H. (2016). Using radon to understand parafluvial flows and the changing locations of groundwater inflows in the Avon River, southeast Australia. Hydrology and Earth System Sciences, 20(9), 3581–3600. https://doi.org/10.5194/hess-20-3581-2016;
Covino, T. P., & McGlynn, B. L. (2007). Stream gains and losses across a mountain-to-valley transition: Impacts on watershed hydrology and stream water chemistry. Water Resources Research, 43(W10), W10431. https://doi.org/10.1029/2006WR005544;
Menció, A., Galán, M., Boix, D., & Mas-Pla, J. (2014). Analysis of stream–aquifer relationships: A comparison between mass balance and Darcy’s law approaches. Journal of Hydrology, 517, 157–172. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2014.05.039
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Copyright (c) 2026 Арай Темиржанова, Медет Актаев, Жанат Байгазинов, Нурлан Мухамедияров, Айнур Смагулова, Нариман Баубек, Ляйля Акбаева, Хавьер Родриго-Иларий, Касым Дускаев
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
