Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Режим кислорода водных объектов устьевой области р. Днепра в условиях зарегулирования водного стока

ВАК РФ 11.00.07, Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Автореферат диссертации по теме "Режим кислорода водных объектов устьевой области р. Днепра в условиях зарегулирования водного стока"

п ' в 94!

РОССИЙСКИЙ КОМИТЕТ ПО ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИИ И МОНИТОРИНГУ ОКРУ1ДВШЕЙ СРЕДЫ

ГИДРОХИМИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

САИОЯЛЕНКО Владимир Николаевич

УДК 556.531.4 (282.247,32»

РЕЖИМ КИСЛОРОДА ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ УСТЬЕВОЙ ОБЛАСТИ р. ДНЕПРА В УСЛОВИЯХ ЗАРЕГУЛИРОВАНИЯ ВОДНОГО США

11.00.0? - гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата географически* наук

Ростов-на-Дону 1992

Работа выполнена в Институте гидробиологии АН Украины

Научные руководители - доктор географических наук, профессор Симонов А.И.

- доктор географических наук Хуравлева Л.А.

Официальные оппоненты - доктор географических наук Зенин A.A.

- кандидат географических наук, доцент Хильчевский В.К.

Ведущая организация - украинский научно-исследовательский гидрометеорологический институт

Защита состоится ^ ^ 1992 г. а часов

на заседании специализированного совета Д.024.01.01 в Гидрохимическом институте Российского комитета по гидрометеорологии и мониторингу окрукающея среды по адресу: 34<ЦСУ. г.Ростов-на-Дону, пр, Стачки, 198, зал. заседания

С диссертацией «окно ознакомиться в библиотеке Гидрохимического института.

Автореферат разослан ^^< ^ ^ 1992 г.

Ученья секретарь

специализированного совета Д.024.01.01, кандидат химических наук

л.В.Браднижова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

Растворенный в воде кислород - один из наиболее жизненно важных показателей, характеризующих пригодность водоема для хозяйственно-питьевого и промышленного водообеспечения и как среды обитания организмов.Его содержание во многом определяет качество воды и интенсивность протекавших в водоеме процессов - загрязнения и сана-очищения, разложения органического вещества, жизнедеятельности гид-робионтов. Определяемая в воде концентрация кислорода является результирующей величиной, зависящей от комплекса разнонаправленны! внутриводоемных процессов, протекающих как в толще воды, так и на границах раздела Фаз.Рост антропогенной нагрузки на водные экосистемы в последние три десятилетия выдвигает на первый план именно исследования внутриводоемных процессов с целы» раскрытия механизмов формирования качества воды и поисков методов управления ими.Это особенно актуально для территории Украины, испытывающей дефицит пресной воды.

Устьевая область р.Днепра находится в густонаселенном и про-ммпленно развитом регионе с перспективным хозяйственным освоением.В связи с.эти« исследования качества воды ее водных обьектов актуальны и жизненно необходимы.Кроне того, этот регион является уникальным, но весьма уязвимым природным объектом, требующим научно обоснованного рационального водопользования и постоянной охраны вод от за-грязйения.Зарегулирование водного стока р.Днепра каскадом водохрани-лия привело к возникновение целого комплекса негативных процессов в

V

водоемах и водотоках его устьевой области, в том числе - изменения в них режима кислорода.изучение факторов его формирования в современных условиях, составление баланса растворенного кислорода необходимо для решения ряда теоретических и практических задач, связанных с оценкой

и прогнозированием экологического состояния водных объектов устьевой области (река-поименные водоемы-липан) к хозяйственного их освоения.

Работа выполнена в рамках плановое темы Института гидробиологии А.Н Украины: "Изучить структурно-Функциональные особенности и биолродуктивность Днепровско-Бугсков эстуарноя экосистемы, гидрохимические и гидробиологические процессы формирования качества воды в связг с проектируемы« перекрытием лимана" (К гос. регистрации 01850С724В6) и нескольких хоздоговорных тем.

Цель и задачи работы. Целью настоящих исследования является: на основе натурных, стационарных и лабораторных исследовании изучить закономерности формирования режима кислорода устьевой области рр.Днепра и Южного Буга в условиях зарегулирования их водного стока и влияния Черного поря; дать количественную оценку отдельных составляющих режима, необходииых для прогнозирования его состояния при различных водохозяйственных ситуациях в регионе.

Основными задачами исследований являются:

1. Установить закономерности суточной, сезонной и мевгодовои динамики растворенного кислорода в водоемах и водотоках устьевой области р.Днепра.

2. Изучить процессы, протекающие на границе раздела "вода-вт-посфера" с учетом влияния зарослей высшей водное растительности и атмосферных осадков с целью определения их значения в Формирова-ыак режима кислорода.

3. Выявить роль донник отложения в формировании режима и процессов, определяющих поглощение ими кислороде.

4. Установить количественные зависимости содержания кислорода в водных объектах устьевой области от объемов попусков воды из Каковского водохранилища в Нижний Днепр.

5. Изучить условия формирования, динамики, разрушения анаэ-

ровных зон и количественно оценить интенсивность продуцирования в них сероводорода.

Б. Рассчитать сток кислорода рр.Днепра и Юкного Буга в Черное море с учетом его трансформации в устьевом взморье реки.

7. Составить баланс растворенного кислорода устьевого взморья рр.Днепра и Южного Буга - Днепровско-Бугского лимана.

Научная новизна.В работе впервые:

1. Установлено ухудшение кислородного режима волны* обьектов устьевой области р.Днепра под влиянием зарегулирования его водного стока и дана количественная оценка содержания кислорода от попусков воды из Каховского водохранилища.

2. Установлены закономерности кислородообмена водоемов и водотоков с атмосферой и даны их количественные характеристики.

3. Определены доминирующие Фахторы, Нормирующие процесс кислородообмена в системе "вода-донные отложения" в Днепровско-Бугскоя устьевой области.

4. Выявлены факторы, определявшие интенсивность сульфатредук-ции в Днепровско-Бугскои лимане.

5. Рассчитан сток кислорода р.Днепра в Черное море с учетом

I

его трансформации в устьевой области реки.

6. Составлен кислородны» баланс Днепровско-Бугского лимана.

Практическая значимость. Материалы исследования использовались при оценке современной экологической ситуации водоемов и водотоков устьевой области р.Днепра и разработке прогноза ее изменения а условиях антропогенного воздействия Укргипроводхоэом, Укрюхгипроводхоэом, НИЦ "Потенцяал-4" УИИВХ Минвуза Украины. *

Апробация работы.По материалам диссертации опубликовано 18 работ. Основные положения диссертации представлялись на Научяоя конференции молодых ученых и специалистов ЦНИИКИВР и ЕелНИИМиВХ "Проблемы

комплексного использования и охраны водных ресурсов Белоруссии и Украины" (Мнпск,1987), VIII - "Естественные процессы в экосистемах внутренних- водоемов" и IX - 'Чизнь континентальных вод" конференциях молоды* ученых Института биологии внутренних вод АН СССР (Борок,1987, 1589),I Всесоюзной конференции молодых ученых Института озероведения АН СССР "Актуальные проблепы современной лимнологии" (Ленинград, 1988), Всесоюзной конференции молодых ученых "Актуальные вопросы водной экологии" (Киев,1989), Всесоюзной научной конференции молодых ученых "Оценка состояния, охрана и рациональное использование биологических ресурсов водных экосистем в условиях антропогенного воздействия" (Ростов-на-Дону, 1990) , Всесоюзного симпозиума молодых ученых "Рациональное использование и охрана водных ресурсов от загрязнения" (Харьков,1990), Международной научно-методической экологической конференции "Методы исследования и использования гидроэкосистен" (Рига, 1991), рабочих совещаниях Международной ассоциации по исследованию Дуная (МАД) (Варна,1990, КиевД991).

Материал, обьем и структура диссертации.В основу работы положены данные экспедиционных (более 20). стационарных и экспериментальных исследований, проведенных автором в течение 1985-1990 гг. Диссертация изложена на 205 страницах машинописного текста и состоит из введения, семи глав, выводов, списка литературы, вклвчаю-шего 247 наименовании (в том числе 69 - работы иностранных авторов). Текст содержит 38 рисунков и 27 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность темы диссертационной работа. сформулированы цель и задачи исследований.

В первой главг -."Краткая характеристика фиэико-географичес-

ких условии устьевой области рр.Днепра и Итого Буга" описано местоположение водоемов и водотоков устьевой области (рис.1), приведена геоморфологическая, почвенная, гидрографическая и климатическая характеристики исследуемого региона, даны иорфометрические особенности водных объектов, а также растительный покров.

Во второй главе - "Закономерности формирования режима кислорода водоемов и водотоков Днепровско-Бугской устьевой области" -показано,что основными Факторами, формирующими режим кислорода водных обьектов Нижнего Днепра являются речной сток, метеорологические условия региона, биохимические внутриводоемные процессы и антропогенное влияние .Перечисленные факторы определяют временную и пространственную изменчивость концентрации растворенного кислорода при-плотинного, центрального и дельтового участков реки и сообщавшихся с ними водоемов и водотоков поямн, Сравнение полученных данных с многолетними [Журавлева,1988] позволило сделать вывод о некотором уменьгаении амплитуды месячных колебания и наличии тенденции к ухудшении режима в последние годы.Для поименных водных обьектов выявлено влияние на Формирование режима степени водообмена с основным руслом реки, жизнедеятельности различных видов высшей водно* растительности, которой богаты водоемы и водотоки, а также кикрофитобеитоса.

Содержание растворенного кислорода в воде Днепровско-Бугского лимана характеризуется значительной неоднородностью по акватории и глубине водоема.Формирование режима происходит под влиянием многочисленных Факторов, основными из которых являются: речной сток, динамика водных масс, метеорологический режим региона, процессы продукции и деструкции органического вещества, а также хозяястве!-ная деятельность человека.Интенсивность проявления каждого из перечисленных Факторов на протяжении года различна.Так, в первой половине вегетационного периода (март-июнь) основными являются речной

хсшв

черное морс

гочаясз

!. соколиный

ЗАЛ) &ДКААе*М*Й

.¿^/КАрДАШИНСНИЙ ПНМАМ

о*.кедс каково

! - ЕЗСТОЧНЬ!Й РАЙОН

II - ЦЕНТРАЛЬНЫЙ РАЙОН

III -ЗАПАДНЫЙ РАЙОН ( V ~ВУГСНИЙ ЛИМАН

Рис.1. Схема водоемов устьевой области Днепра

водный сток, фотосинтетическая активность планктонных организмов и высшей водной растительности, во второй половине (июль-ноябрь) большее значение приобретают процессы биохимического окисления накоплен. ного органического вешества, загрязнение и засолонение лимана, гидрофизические процессы.В зимний период при отсутствии ледостава основную роль играют термический режим водоема и процессы взаимодействия с атмосферой.

Во все сезоны года открытый контакт водоема с Черным морем определяет расслоение его водной массы на соленую и пресную, обусловливающее устойчивую плотностную и термическую стратификацию, а следовательно и в содержании растворенного кислорода. Одной из специфических особенностей режима является 'зависимость содержания и динамики кислорода от сгонно-Нагонных явления.Исследования показали наличие связи между концентрацией растворенного кислорода и соленостью воды для каждого из районов лимана в различные сезоны.В целом по водоему наиболее тесная связь наблюдалась в период наибольшей устойчивости нагонных явления и проникновения "соленого клина" до восточного района.

Выявлены закономерности суточной, сезонной и межгодовой дика-мики концентрация кислорода.Анализ натурных данных показал, что среднемесячные концентрации как в поверхностной, так и в придонной воде зависят от попусков воды из Каховского водохранилища в Нижний Днепр, хотя для каждого района она выражена в различной степени.Получена связь между уменьиением речного стока и ухудиением режима кислорода лимана.

В третьей главе - "Процессы, происходящие на поверхности раздела "вода-атмосфера" и их роль в Формировании режима кислорода"-дан обзор исследований кислородообмена в зоне контакта воды и воздуха и сравнительный анализ методов гго изучения.Исследования пока-

зали, что на водоемах устьевой области Днепра наиболее приемлемой является методика, основанная на конвективно-диффузионной теории газообмена ТСавенко,Лебедев,1984) с учетом положений работ [Бреховс-ких.Братков.1985;Гладышев,1988].На основе суточных и двухсуточных наблюдений во все сезоны года получены -закономерности кислородооб-мена с атмосферой для всех типов водоемов и водотоков устьевой области р.Днепра и специфические особенности каждого из них.Исследования показали, что основными факторами, определяющими сезонную и суточную динамику кислородопотоков, являются жизнедеятельность растительных и животных организмов, режим ветровой деятельности, влажность воздуха, температура поверхностного слоя воды и содержание в нем кислорода.Посезонные наблюдения, проведенные в низовьях р.Днепра, позволили установить, что помимо указанных факторов значительное влияние на газообмен оказывает режим работы вышерасположенных водохранилищ.Река в условиях зарегулирования ее водного стока в целом за год поглощает кислород из атмосферы, что обусловлено гидрофизическими характеристиками потока и антропогенным воздействием.В большинстве пойменных водоемов с налоя проточностью и высокой биомассой растительных организмов почти круглый год доминирует процесс выделения кислорода в атмосферу, что благотворно сказывается на окружающей среде и здоровье человека.

Несмотря на то, что отдельные районы Днепровско-Бугского ли^ мана отличаются между собой результирукнцими величинами потоков кислорода, в годовом цикле лиман в целой характеризуется поглощением кислорода из атмосферы <табл.1). При этом в центральном и западной районах водоема преобладает процесс эвазии, а в восточном и Бугс-ком лимане - инвазии.В первом случае это определяется смешением различных водных масс и высокой их биологической продуктивностью.Во втором - периодическим заражением водной толщи сероводородом и бо-

Таблица 1

Газообмен с атмосферой водоемов и водотоков устьевой области' Днепра и прилегавшей северо-западной части Черного моря

Нижний Днепр Пойменный водоем (оз. Круглик) Днепровско- -Бугсхий лииан Северозападная часть Черного моря СХоров, Паненко,19683

Восточ- ИЫЯ район Центральный район Западный район Бугс- кнй лиман Водоем в целой

Инвазия,г/(мг.год) +102,5 +4,2 +636 +127 +100 +765 - +54,0

Эвазия, г/(нг.год)" -6,75 -432 -87,5 -285 -467 -202 - -174

Результирующая величина,г/(п2.год) +35,8 -428 +549 -158 -367 +563 - -120 ю

Площадь акватории,км* ' - - 139 361 198 230 928 -

Поступление из атмосферы,тыс.т/год - - 88,4 45,8 19,8 176 330 -

Отдача в атмосферу,тыс.т/год - - 12,2 103 32,5 46,5 25-f -

Результирующая величина,тыс.т/гоя _ _ +76,2 -57,2 -72,7 + 129 -75,3 _

Припечааив: знак *+"-погложение водоемом,

-выделение из чего

лее интенсивным антропогенным воздействием.Для поддержания современного уровня интенсивности процессов самоочищения водоема необходимо поступление примерно 75 тыс.т кислорода из атмосферы в год.Для рассматриваемого региона эта потеря компенсируется его отдачей прнлега-едей северо-западной частью Черного меря и фотосинтетическоя деятельностью растительных организмов поименных водоемов.

Поскольку зарастание высшей водной растительностью обширных пелководия водных объектов устьеЕои области р.Днепра является их характерной чертои, исследовано влияние различных ее видов на процессы обмена кислородом с атмосферой.Интенсивность зарастания и видовой состав макрофитов в наибольшей мере сказываются на суточной динамике потоков (рис.2) и наиболее характерны для поименных водоемов, где в вегетационный период возможно зарастание ло 80а их акватории. В лимане разница со свободными участками менее выражена, в связи с более интенсивным водообменом и лучшей проточностью зарослей.

Поскольку влияние процессов на границе раздела фаз на формирование кислородного режима не исчерпывается эвазиеи и инвазией, определенное внимание било уделено также влиянию атмосферных осадков на процессы кислородообмена.Изучен суммарный эффект от выпадения дождя, заключающийся как в непосредственном поступлении кислорода, растворенного в его каплях (прямое поступление), так и в усилении кислородообмена при турбулиэации слоев воды, контактирующих с атмосферой (косвенное).Б результате проведенных экспериментов получен вывод, что доля кислорода, поступившего в водную толщу со снегом в 2-3 раза ниже, чем обусловленная выпадением аналогичного слоя жидких атмосферных осадков.Учитывая, что твердые атмосферные осадки составляют менее 10* от их суммы, их роль в формировании режима кислорода незначительна.Оценка поступления кислорода с жидкими атмосферными осадками выполнена по методике (Banks et al..1984].Ис-

Ор, мг/(м2.шш)

Рис.2. Суточная динамика потоков кислорода на поверхности раздела "вода-атмосфера" в озере Кругляк в августе 1986 г.: 1-участок. свободный от высшей водно* растительности, 2-заросли хувшинки, З-заросли рогоза

следования показали, что насыщенность кислородом дождевых капель близка к 100* при данной температуре воздуха.Сопоставление пряного и косвенного поступления для различных районов лимана в течение года выявило доминирование первого.Прямое поступление также оценивалось по данным месячных сумм атмосферных осадков и средней месячной температуре воздуха (табл.2).

В четвертой главе - "Роль донных, отложений в формировании режима кислорода" - рассмотрены методические подходы к изучению поглощения кислорода донными отложениями. Факторы, определяющие интенсивность этого процесса, а также дан сравнительная анализ опубликованных п литсратупе данных.Для выявления роли отдельных Факторов,определяющих интемсишюсть поглощения кислорода отложениями в водных обьек-

Таблица 2

Поступление кислорода с дождем на водную поверхность ДнепровСко-Бугского лимана в годы различной водности, т

Год Районы лимана Днепров ско-Буг ския лиман в целом

Восточный Центральный Западный Бугскии

Маловодный» (1964) 410 969 582 715 2676

Средняя» (1959) 529 1397 72В 923 3577

Средний»» (1985) 646 1411 844 979 3880

Многоводный» (1958) 591 1620 950 1330 4491

Примечание: « - оценено по данным месячных сумм атмосферных осадков и средних месячных температур воздуха, *» - оценено с учетом всех составляющих обмена так устьевой области р.Днепра бил поставлен ряд натурных и лабораторных экспериментов по методике А.К.Рябова [Денисова и др.1987].Кинетика поглощения кислорода донными отлохениями в основном зависела от гидрофизических и гидродинамических факторов среды, и не зависела от их ионного состава.Как показали исследования, различное содержание Сорг в пределах одного типа отложении не приводит к изменению массы поглощаемого кислорода.Насыщенность придоннои воды кислородом оказывала существенное влияние на интенсивность процесса поглощения лишь в диапазоне до 20* насыщения, при дальнейшем увеличении этот фактор переставал быть определяющим.Ряд экспериментов был поставлен для выявления влияния скорости течения воды над отложениями.Для определения диапазона скоростей для различных частей лимана были рассчитаны стоковые, дрейфовые и орбитальные составляющие для каждого сезона года.Установлено, что изменение скоростей течения в пределах 0-4 см/пин интенсифицирует поглощение кислорода, дальнейшее увели-

чснис до ЮОсм/мин не оказывает влияния на кинетику этого процесса, а начиная с 100 см/мин наблюдался скачкообразный рост, вызиашшп, по-видимому, взмучиванием ила.

В результате натурных исследования, а также поставленного многофакторного эксперимента (дисперсионныи анализ) было определено, что температура придонного слоя воды является основным параметром, определявшим интенсивность поглощения кислорода донными отложениями.Эта зависимость описывается следующим эмпирическим уравнением:

ПКО = ехр (2.216 + 0.0777 Т), где ПКО - интенсивность поглощения кислорода иловыми отложениями, мг/(м".час); Т - температура придонного слоя воды, 'С.

Проведенные натурные и экспериментальные исследования позволили рассчитать массы поглощаемого кислорода площадь» всех типов донных отложения лимана в течение года.Для Диелровско-Бугского лимана эта величина колеблется от 100 до 200 тыс.т в год.

В пятой главе - "Влияние речного стока на режим кислорода водоемов устьевой области р.Днепра" показано, что одним из основных факторов формирования режима: растворенного кислорода в изучаемых водных обьектах является внутригодовоя режим попусков воды из Ка^ ховского водохранилища в Нижний Днепр.с созданием Днепровского каскада водохранилищ он претерпел существенные изменения (рис.3 ).Наиболее четко влияние речного потока прослеживается на' русловом участке реки и ослабевает по мере удаления от плотины Каховской ГЭГ.По данным работы [Илюиин,19771 было рассчитано время добегания воды к расчетным створам в зависимости от конкретной гидрометеорологической ситуации и данных о ежедневных объемах попусков воды.Это позволило применить метод парной корреляции между обьемом попуска и кон-' центрацией кислорода на различных участках реки с учетом времен«

а , Аъ

3000

I 2 3 .4 5 6 7 8 9 10 II 12 Месяц

Рис.3. Гидрографы водного сгока р.Днепра: А-в створе с.Разу-;.;овка,1950г. ■ (объем 33км3),Б-э стзэро Каховской ГЭС,198?г. (объем 35 км!)

добвгания (табл.3).Анализ показал, что зимний период характеризуется отсутствием связи между объемами попусков и концентрацией кислорода. Весной наблюдается обратная нелинейная зависимость, что с одной стороны объясняется смывом с водосборной площади и поступлением дополнительных масс загрязняющих веществ в реку, а с другой ингибиро-ваиием процесса Фотосинтеза планктонных водорослей при значительном увеличении скоростей течения воды.Летом и осенью установлена прямая зависимость, что определяется влиянием скорости течения воды на интенсивность процессов самоочищения [Оксиюк.Стольберг,1986; Эннет и др. . 1988 ).

Таблица 3

Коэффициенты корреляции между объемами понускон води из Каховского водохранилища и концентрацией растворенного кислорода в воде Нижнего Днепра в различные сезоны (в логарифмическом выражении)

Сезон Нижний бьеф Каховского водохранилища выше г. Херсона ниже г .Херсона Рукав Рвач

Зима - 0,12 - -

Весна -0.23 -0 ,48 -0,61 -

Лето 0,76 0,56 0,60 0,49

Осень

0,54

0.65

0,43

0,28

Режим попусков воды также оказывает влияние на Формирование режима кислорода лимана, в основном через динамику водных масс,Это наиболее ярко прослеживается на вертикальном распределении кислорода п подпои толще.Так, наименьший вертикальный градиент кислорода (1-3 пг/дм?) для всех районов лимана наблюдался в лотнии период при обьемах попусков более 1300 м3/с, а при объемах менее 500 м5 /с он

возрастал до 10-15 мг/дм .(Рис.1)

/2/ районов Лнзпровско-Гугского лшана при различных объемах попусков воцн из Каховского водохранилища в июле месяце: А-Т5Я7г. /объем стока более ТЗОО нР/с/, Б-Т986г. /объем стока менее ЬОО мэ/с/

/тис.т/ в Черное море по рукавам Нижнего Днепра /Т-а-Рвач, б-Гакал, в-Гонка/ и районам Днепровско-Гутского лкпэна /4,47,7 - сто!" ил росточного, центрального и 58ПП1ИОгс> рЯЫкт. г,сот;'1т.<"т-венно, III сток кз Fyrc-кого лк"шт%/: .'-^еггл, Z-гето, "-осень, 4-пима

В этой ю главе рассмотрен сток растворенного кислорода р.Днепра через его устьевое взморье в Черное море.При этом исследовались процессы трансформации водного стока и растворенного в нем кислорода d устьевой взморье реки и на выходе к морв.Исследования показали, что максимальный поток кислорода наблюдается весной (рис.5).

При этом для акватории лимана уменьшение его характерно лишь для

к,

посточного района, что обьясняется расходом кислорода на окисление аллохтонного органического вещества, приносимого весенним половодьем. В летний период при минимальном поверхностном стоке основную роль в трансформации потока играют биохимические процессы.Тенденция возрастания содерхания кислорода с продвижением к мори нарушается только для западного района, duhoc из которого меньме, чем из центрального.Это обусловлено увеличением поступления корскоя води с низким насыщением и расходованием кислорода на окисление накопленного в воде и донных отложениях органического вещества и образующейся при этом массы восстановленных соединении серы.Осень» сток кислорода по рукавам р.Днепра возрастает.Однако в восточном районе он уменьшается из-за снижения величин первичной продукции [Полиаук, 1963].В зимния период с увеличением водного стока р.Днепра возрастает и поток кислорода.В течение года сток растворенного кислорода из Бугского лимана невелик, что обусловлено более низким водным стоком р.Южного Буга и замедленным водообменом с Днепровским лиианом.

В целом, сток растворенного кислорода pp.Днепра и Южного Буга в Черное море составляет величину поряцка 600 тнс.т в среднем по иодности году.С речным стоком в лиман поступает лишь около 450 тыс. т кислорода.Устьевое взморье р.Днепра в результате активных внутри-водоемных процессов является дополнительным источником поступления кислорода в Черное море, ежегодно увеличивая поток примерно на 150

гыс.т и год.

В шестой главе - "Закономерности Формирования анаэробных зон в Днепровско-Бугском лимане" рассматривается одно из основных последствия зарегулирования речного стока и ухудшения рехима кислорода - формирование анаэробных зон и их влияние на качество воды водоема.Проведен обзор исследований процессов трансформации соединений серы в природных водоемах.Формирование экстремальных ситуаций в гидрохимическом режиме Днепровско-Бугского лимана, приводящих к резкому ухудшения качества воды, связано прежде всего с режимом работы Каховского водохранилища, обусловившим постоянное снижение обьема попусков воды в Нижний Днепр в летне-осенний период до 500 м'/с и менее.Это приводит к проникновению морской воды в водоем и расчленению его водной массы на два плотностных слоя, снижению водообмена и установлению температурной стратификации.Последнее, в сочетании с действием определенных метеорологических условий, характерных для данного региона в это время года (длительный период безветренных дней, пысокая температура воздуха), благоприятствует созданию в лимане условий для формирования и существования анаэробных зон.Накопленные в воде и донных отложениях органические вещества интенсивно окисляются кислородом, растворенным в воде, запасы которого при существовании плотностной стратификации не могут восполняться из вышележащих слоев воды.Чем продолжительнее данная гидрометеорологическая обстановка, тем устойчивее анаэробная зона, со временем охватывавшая всю акваторию лимана от дна до поверхности (рис.6).

Для исследования процесса сульфатредукции в водоеме применялся метод (Самойленко,Головко.1989], позволяющий не только определять огр интенсивность, но ;( оценивать массу восстановленных соединения серн, поступающих в полную толщу с единицы площади.Как показали

Рис.6. Площадь распространения анаэробной зоны по акватории Диепровско-Яугского лимана в июле-августе 1986 г. (а) и интенсивность бактериальной сульфатредукции в клах (6-0,04 мгЭ*-/г. сырого грунта в сутки)

исследования, интенсивность сульфатредукции в период исследовании составляла 37-753 мгБ"- в сутки и не коррелировала с численностьв бактерия, восстанавливающих сульфаты.Удельная активность данной группы микроорганизмов различалась по годам, увеличиваясь в 1989 году относительно 1988 на порядок, в 1990 году - в 3,5 раза.Наивысшая интенсивность сульфатредукции отмечена в западном районе и Буг-ском лимане при наименьших значениях ПО:Сорг, что, согласно работе [Скопинцев.1985], соответствует водам с высокой концентрацией органического вещества чаще биохимически малостойкого.

Рассмотрены также некоторое экологические последствия образования восстановленной серы в Днепровско-Бугском лимане.Рассчитано, что для окисления продуцируемого за сутки сероводорода необходимо 250 т 02, что для восточного и центрального районов лимана составляло соответственно 12-25 и 6-14 % запаса кислорода, содержащегося

в придонном слое воды толщиной в 1 м.В западном для этого необходимо 90-100, а в Бугском лимане 100* кислорода, содержащегося в двух- и трехметровом слое соответственно.Оценен также расход органичесхого вешестеа в процессе сульфатредукции в сопоставлении с обьемом поступления Сорг на дно (рассчитывался по [Михаилов и др.,1988]) и с величинами аэробной деструкции.Доля органического вещества, минерализуемого в результате сульфатредукции, составляет в среднем 12-33% от Сорг планктонного происхожденияпоступающего в донные отложения. При аэробной деструкции этот показатель в среднем составлял 46-77*. Таким образом, в анаэробной зоне в 2-4 раза замедляется процесс минерализации органического вещества, что способствует накоплению его в донных отложениях и увеличению содержания в придонной воде до 2527 мг/дм'углерода.Исследования показали, что при интенсивности сульфатредукции более 100 нгБ»'/<¡1'.сут) поступление сульфидной серы в водную толиу превышает таковое сульфатной серы в поровыи раствор за счет ранее накопленных сульфат-ионов.Это может Привести к усилению .загрязнения лимана, увеличению размеров и времени существования анаэробной зоны.

Исследований особенностей Формирования окислительно-восстано-вительноя обстановки в анаэробных зонах на глубинах 5-7 м показали, что в поверх! стных слоях воды (1-Зм) складывается окислительная обстановка, а в придонном (1-2п от дна) - восстановительная.В промежуточном в течение суток наблюдается смена от окислительной до восстановительной в зависимости от доминирования того или иного Фактора в определенный момент времени.

Для прогнозирования динамики анаэробной зоны Бугского лимана были применены методы математического моделирорания.Использовался принцип простой камерной полуэппирическои модели для мелководного стратифицированного водоема (Ланрик и др.,1908).В ряде случаев была

получена удовлетворительная сходимость результатов с натурными наблюдениями.

В седьмой главе - "Баланс кислорода Днепровско-Бугского лимана и его применение при экологическом прогнозировании" - с ломоты« собственных и литературных данных дана количественная оценка основных составляющих внешнего и внутреннего баланса, невязка, и изучена их динамика (табл.41.Проведено сопоставление обобщенных статей баланса с опубликованными данными по другим эстуариям, что позволило выявить общие закономерности для них и специфические черты для Днепровско-Бугского лимана ках уникального природного водоема.Основной из них является исключительная роль фотосинтетической аэрации в приходной части баланса.

Кислородный рехим лимана рассмотрен как элемент прогнозирования качества воды экосистемы в целоп. Дан ориентированная прогноз перераспределения статей баланса в маловодном году (при стоке 30 и менее км').

Выводы

¿.Основными Факторами, формирующими рехим кислорода водоемов и водотоков устьевой области р.Днепра (реки-пояменных водоемов-лимана) , являются речной сток, контакт с Черным морем, метеорологические условия региона, биохимические внутриводоемйые промессы и антропогенное влияние.

2.Зарегулирование речного стока р.Днепра привело к ухудшении режима кислорода на Нижнем Днепре, что наиболее ярко проявляется в его дельтовом участке и Днепровско-Бугскон лимане.Уменьшение стока вызывает увеличение солености его воды и снижение содержания кислорода в поверхностных и придонных слоях.

Таблица

Баланс кислорода Днепровско-Бугского лимана

Ссс апяямщие баланса ' Весна Лето Осень Зима Год

тыс. т 7. ТЫС. Т 7. тыс. т У. тыс. т тыс. т 7.

riPV-ХОД Сток р.Днепра (±8У.) 137 20,7 за . 4,6 60 6,4 103 33,9 40В 11 .9

стоь? р.Южного Буга ■ (1B7S) 6 □ ,6 2 0,1 2 0,2 3 ■ 1 ,0 12 0,4

Поступление из моря (1157.) 14 1,6 1В 1 ,4 31 О j О 20 6,6 аз 2ч 4

Инвазия <il5X) .37 4,1 34 2,7 82 а,в 176 58,2 327 7,6

Атмосферные осадки 1 0,1 1 0,1 1 0,1 1 0,3 4 0,1

Фотосинтез:фитопланктона (i20/O 630 6?,В 1141 89, 1 741 79,1 - . - ' 2513 73,4

. микроФитобентоса (¿20/С> 10 1,0 10 0,В 11 1 ,2 - - 31 0,9

макрафитов i-15V.) 1В . 16 1,2 <? 0,9 - - 43 1 ,3

Сумме 903 1Ш 1230 100 737 100 303 100 3423 ЮО

РАСХОД Сток в море (±10'/.) 276 33,1 103 9,2 115 14,4 1В4' В1 ,2 67В 22.В

Эвазия Ш57.) 107 12,8 123 11,0 24 3,0 - - 254 В 15

Поглощение!водная толпа (+20У.) 350 43, 1 745 66,6 572 71,6 - - 1675 56.3

донные отложения iilSiO ¿0 7,2 98 8,В 46 5,3 15 6,7 220 7,4

Окисление H2S (11ИЧ) - - 13 ■ 1,1 9 1,1 - - 21 . 0,7

Дыхание водных оганизмов <125^> 32 3,В 37 3,3 33 ' 4,1 2В 12,1 129 4,3

Cynria " • ВЗЗ 100 1119 100 799 100 227 100 2977 100

Неаязу.а 7D 7,9 161 12,6 13В 14,7 76 25,2 446 13,0

3.Исследования показали активно'сть процессов кислородообме-иа с атмосферой и внутригодовукг цикличность его интенсивности. Нижний Днепр в целом за год поглотает до Э г/(м».сут> кислорода из атмосферы и интенсивность этого процесса зависит от степени антропогенной нагрузки и режима работы гидроузла.В большинстве поименных водоемов доминирует процесс выделения кислорода в атмосферу до Рг/(м*.сут), что определяется их малой проточностью, высокой биомассой растительных организмов и активной их гезнедея-тельностью.Днепровско-Бугский лиман в годовом цикле характеризуется поглощением кислорода из атмосферы до 5 г/(м*.сут), хотя его районы отличаится результирующими величинами потоков: в центральном и западном, преобладает эвазия, в восточном и Бугском-ипвазия.

4.На процессы кислородообмена с атмосферой оказывает влияние жизнедеятельность высших водных растения на мелководьях устьевой области р.Днепра.При этом определяющим является не только степень зарастания, но и видовой состав макрофитов..

5.Атмосферные осадки как составляющая кислородного баланса являются источником прямого -поступления кислорода в водоем <2,74,7 тыс.т в год) и снижакт напряженность его кислородного режима в летний период.

6.В устьевом взморье р.Днепра определявшими Факторами поглощения кислорода донными отложениями является гидрофизические и гидродинамические: температура придонной воды, насыаенность ее кислородом, придонные скорости течения Масса поглощаемого отложениями лимана кислорода составляет 220 тыс.т в средней по водности году.

7.Концентрации растворенного кислорода в воде Нижнего Днепра и Днепровско-Бугского лимана зависят от попусков воды из Каховского

водохранилища и определяются фазами гидрологического режима и процессами жизнедеятельности растительных организмов.

8.С речным стоком в лиман поступает примерно 450 тыс.т кислорода в среднем по водности году.Сток растворенного кислорода pp.Днепра и Южного Буга в Черное море составляет величину порядка 600 тыс.т.Ежегодное увеличение потока на 150 тыс.т и трансформация его по районам лимана обусловлены активными внутриводоемиыми процессами.

9.Наиболее негативным последствием зарегулирования водного стока р.Днепра является ухудшение кислородного режима вплоть до образования анаэробных зон. где содержание сероводорода достигало 10 иг/дм*.Это замедляет деструкцио'нные процессы в 2-4 раза .Основным Фактором, определяющим интенсивность процесса сульфатредукции. является наличие биохимически малостойкого органического вещества.

10.Величина Eti как один из основных показателей направленности изменении впутриводоемных процессов в анаэробных зонах лимана характеризуется сильной изменчивостью в течение суток, при этом в поверхностных слоях воды (1-Зм) формируются окислительные условия, в придонно;; (1-2 м от дна) - восстановительные, в промег жуточном х в течение суток наблюдается смена от окислительных до восстановительных в зависимости от доминирования того или иного Фактора.

11.Рассчитанный баланс кислорода показал, что доля абиотических составляющих приходных статей достигает 25х, биотических -75* в среднем по водности году.При этом основу последних составляет Фотосинтез Фитопланктона.Основными расходными статьями баланса являются - деструкция органического вещества в водной толще -56* и сток в море - 23г. ос суммы расходных статей.

12.В основу прогнозирования кислородного режима :тк одного из элементов качества воды должен быть положен метод математического моделирования, базирующийся на достоверных данных натурных наблюдения и количественной оценке полученных закономерностей.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах:

1.Самояленко В.К. Кислородное "голодание" ентрофных водоемов:осо-бенности и способы ограничения// Проблемы комплексного использования и охраны водных ресурсов Белоруссии и Украшш.Мат.научная конференции молодых ученых и специалистов ЦНИ1ШШР и БелШШМнВХ, Минск.1987.-С.317-320.-Рукопись деп.в ЦБ НТИ МВХ СССР,И 540.

2.Самоплепко В.Н.. Давыдов O.A. К изучений процессов, Формирующих кислородный режим пойменных озер Нижнего Днепра/Актуальные проблемы современно/! ликнолопш: Тоэ.докл. I Всесомз. конференции молодых ученых.-Ленинград, 1988.-С.53.

3.Самоялеико В.II. Факторы, определяющие обмен кислородом между водоемами и атмосферой (на примере устьевой области Днепра)//Гидро-бнол.жури.-1988.-24 . И 4.-С.101-104

4.Журавлева Л.А.. Саиоилснко В.Н. Об обмене кислородом на границе раздела '.'вода-атмосфера" в устьевой области Днепра/Яидро-биол *журн.-1988.-24.Н 5.-С.59-64

5.Сапойленко В.П.,Головко Т.В. К методике изучения сульфатредукции в иловых отложениях//Гидробиол. журн.-1989.-25,N 3.-С.77-79.

6.Журавлева Л.А., Саиояленко В.II. Исследование динамики потока кислорода из устьевоя области Днепра в Черное море//Докл.АН УССР. Сер.Б.-1990.-N 4.-С.11-14

7.Билык А.Н., Самоплепко В.И. Математическое моделирование динамики анаэробной зоны мелководного стратифицированного водоема//Ахтуаль-нно вопросы полной экологии: Материалы Веес. хомферемщии молодых ученых.-Киев: Б.п.,1990. С.22-24.

й.Мазепа М.Г., Морозова А.Д.. С.тойлонко В.П., Давидов O.A. Участке высших водных растснип а формировании гидрохимического рожня* поименных водоемов рохи//Лкгуалыше вопросы водной экологии: Материалы Всес. конференции молодых учены». Киев- С.и.,1ЗОЭ.-С.ВО-ПЭ.

9.Самоп.'.енко В.Н. Влиянии температуры на интснгишюст!. поглощения кислорода иловыми отложениями Днопровсхо Еугского лиман,>//Акгу -альны" вопросы оодноп экологии: Материала Bcccobjhoii ппи^.тз.

ученых.-Киев:Б.и.'1990.-С.144-146. 10.Самоиленко В.К. Анаэробные зоны в экосистеме Днепровско-Бугского лимана//Оценка состояния, охрана и рациональное использование биологических ресурсов водных экосистем в условиях антропогенного воздействия:Тез.дохл. Всес.науч.конф. мол. ученых и специалистов, Ростов-на-Дону,1990.-Ростов-на-Дону:Б.и.,1990.JC.134-135. П.Давыдов O.A.. Самоиленко В.Н. Динамика элементов суточного кислородного баланса дельтового участка Днепра//Гидробиол.«урн.-1990,-

26, М 4.-С.99-103.

12.Самоиленко В.Н. Влияние атмосферных осадков на формирование кислородного режима водоема//Рациональное использование и охрана водных ресурсов от загрязнения: Тез.докл. Всес.симпозиума мол. уче-

. них, Харьков, июль 1990.-Харьков.Б.и.-1990.-С.141-142

13.Самоиленко В. 1Г. .Головко Т.В.,Александрова Н.Г. Бактериальная сульФатредукция и формирование анаэробных зон в Днепровско-Бугском лимане//Докл.АН УРСР,1991.:М 8.-С.Ш-139.

14.Самоиленко В.Н. Роль атмосферных осадхов в Формировании кислородного режима Днепровско-Бугского линана//Гидробиол.журн.-1991,-

27, N 3.-С.91-96.

15.Головко Т.В., Самоиленко В.Н., Якушин В.Н. Особенности бактериальных 'процессов в Днепровско-Бугском лимане в летний период// Методы исследования и использования гидроэкосистем: Тез.докл. научно-методической экологической конференции.-Рига,1991.-С.116

16.ZhurawlJewa L.A.. Raspopowa A.W.. Samojlenko W.N. Beitrag zum Sauerstoff regime und der atmosphärlshen Beluftung des Wassers

in der Unteren Donau//Limnologlshe berichte der 28.Tagung der IAD, Bulgarien . Varna. 1990 .-Sofia ,1990^. -P. 58-62. 17.Shura*lJowa L.A..Samojlenko W.N. Gesetzmässigkeiten des Sauerstoffatislausches zwischen Gewässer und Atmosphäre 1b Flusf5mtindungsgebiet//Acta hydrochlm.hydroblol.-1991.-19,N 3.-P. 295-303 " ■'

18.L,A.2hurawljowa'.SaraoJlgnko tr.N. Das Auslaufen unorganischer Stickstoffverbindungen In Sch*ar2ßs Meer mit dem Dneprs Abfluss ' in den Bedingungen seiner fiegeluns/ZLlmnologlshe berichte der 29. Tagung der IAD.- Kiew, 199],-P.92-95.

Ии-т " iOOrQr.

Лтид V llit Tup.i* / ¡¡'C