Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Внутриводоемные накопительные процессы в системе река-водохранилище и их влияние на состав и свойства речных вод

ВАК РФ 04.00.03, Биогеохимия

Автореферат диссертации по теме "Внутриводоемные накопительные процессы в системе река-водохранилище и их влияние на состав и свойства речных вод"

МОСКОВСКИ! ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. ы. а ЛОМОНОСОВА

Факультет почвоведения

На правах рукописи

КАДУКИН АНАТОЛИЙ ИВАНОВИЧ

ВНУТРИВОДОЕЫНЫЕ НАКОПИТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ В СИСТЕМЕ РЕКА-ВОДОХРАНИЛИЩЕ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА СОСТАВ И СВОЙСТВА РЕЧНЫХ ВОД

Специальность 04.00.03 - Сиогеохимия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

Москва 1992г.

• - ; &

Работа выполнена в Институте водных проблем Российской /кадешш ваук

Официальные оштмнк ■ Доктор географических наук; профессор В. а Добровольский : Доктор физ ига>- математических ваук, академик РАЕН А. Е Казанский

Доктор биологических наук, профессор М. К Телитченко

Вэдуцая организация: Институт охраны природы Госкомприроды России

Защита состоится _ 1992г. в " _ час.

на заседании специализированного совета Д. 063. Об. 57. при Московском государственном университете им. М. а Ломоносова

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета почвоведения ИГУ.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, присылать по адресу:119899, ГСП, Москва, Ленинские горы, МГУ, факультет почвоведения, Ученом/ секретарю Совета.

Автореферат разослан " 1992г.

Ученый секретарь специализированного Совета

Г. И. Агапкина

• I Г I

ОЕЩАЯ ХАРАКГЕРКТГИКА

Актуальность. фундаментальные ■ прикладные биогеохшческие исследовании в настоящее время касаются, в первую очередь,. ~ оценки антропогенного воздействия на природные г иг теш - ' ' '

Человек изменяет не только жавший облас и тип яла систем, во и "внутренние процессы** круговорота веществ м трансформации энергии, степень изменения этих процессов можно характеризовать скоростью накопительных процессов в «тих системах , что и определяет степень раэомаутости круговорота веществ.

Все современные природные систем* по степени антропогенного воздействия делят на группы ландшафтов с практически не- • каменной природной структурой и группы с различной степенью изменения этой структуры. В этой классификации речные водохра- * нилища относятся к группе систем с максимальным изменением структуры природной среды.

В настоящее время большинство рек на значительном протяжении оказались зарегулированная каскадом водохранилищ. Образовались системы ре ка-водохранилище - со специфическим пот-ленсом биогеохимических внутриводоешых процессов формирования состава и свойств речных вод. Отличительной особенностью этого комплекса процессов является накопление в этих системах органических веществ, в том числе и токсичных. На начальной стадии существования водохранилищ трансформация вещэств в них приво- " дила к тому, что концентрация веществ в воде на выходе из этой систем* была ни», чем на входе, т.е. имело место так называемое "самоочищэние воды". Однако в последующем накопительные процессы, которые в начале приводили к "самоочщрнияГ, превратились в свою противоположность - военикхи процессы "Вторичного загрязнения" воды.

Для любого водохранилища существует не только конечный срок его существования, определяема массой накопленных в нем взвевенных веществ, во и срок, после которого накопительные процессы становятся определяющим! в формировании состава и

свойств ре чаш вод. Этот состав Я свойства уш м уяоым! от качественным характершяшед_предт<п>иеми« к воле, ж домой хл тех или ииых целей, происходят вёобрвтимиа жа ния в (унищциртаяш мсосвям жуцярмнщ, & в врио случаях мошт наступить экологическая катастрофа. 4"

Цракгвка охраны природы и рационального испольво водных ресурсов требует реиения актуальной научной проб идоицбй важное народнохозяйственное значение: оценить рол копительных процессов в мх влияние "на формирование соста свойств речных рек в системе река-водохранилищ. Состояние изученности проЛлвмн Ивученжм круговорота' и в ления веществ в водоемах занимаются в равных областях ви лимнологии, океанологии, геохимии, гидробиологии, микроб гии, почвоведения, биогеохимии и других. Несмотря на р характер ревения задач, проведены исследования, близкие в тодологнчесному подходу, а их результаты дополняет друг д Биогеохюлга выполняет интегрирущую роль в проблеме круто: та веществ и трансформации энергии в различных системах.

Е И. Вернадский аалоиил основы биогеохимии и дал ее I деление - как "отрасли геохимии, изучапцей влияние ииз! геохимические процессы, связывая по новому науки о иизни < ологией и с науками об атомах".

Огромную роль в ату .область, знднв внесли А. Е Еиногр) Е Е Шлыков, Е Р. Вильяме. Под влиянием Е И. Вернадского бк химические исследования стали проводиться в других стр< Среди атих работ следует отметить работы Д, Хаткиисоиа, И(

Необходимо подчеркнуть, что в процессах образования ных отложим! в водоемах и почвообразования имеется шоп цего, особенно в прибрежной вояе водоемов. В настоящее 1 этой проблемой занимаются многие научные коллективы, обье> тореферата ж позволяет дать перечень этих коллективов и ных. Следует отметить работы О. А. Алехина, Е А. Айбулао Е И.Вааилевич, ЕЕ Баранова, С.ЕБруевича, ЕЕЕутсч ЕЕ Васильева, Е. Е Васильевой, Е Р. Волобуева, ЕЕГерасш И А. Глазовской, К. Д. Глинки, Е К. Дебольского, А.ЕДзв( Е Е Добровольского, Г. Е Добровольского, С. М. Дра'кэвя, Н. А. Г

новой, ЕС. Знаменской, Bl А.Звамевсяого, & А.Ковды, Г. С. Коновалова, M. Ы Кононова, С. А. Кузнецова, R IL Кур д ива, g. IL Паншина. M. а Ыизандронцева, Д. С. Орлова, A. IL Останова, RR Полякова, Д. Я. Ратковнча, В. М. Романенко, К. IL Росс «некого, ЕЛСнищэнко, IX IL Сорокина, Е. А. Стравинской, Н. А. Трифоновой, К1 И. Чертова. Б. С. Игеймана и др. Среди зарубежных исследователей необходимо отметить работы К. F. Steel, I.aHew, V. H-Duru», I.Hafft. I. G. Fariner, D. S. Swan и др. Указатели авторами получен значи- • тельный материал как при исследовании эаиления водохранилищ, так и ори иаучении процессов накопления органических вецретв. Однаюкиовросам комплексного изучения накопления органических и неорганических веществ и их влиянию на формирование состава ¡л...? и свойства речных вод с позиции биогеохимии не уделялось ■ . достаточного внимания.

Целью работы было решение проблем* накопления и трансфэр-мации органических и неорганических веществ в системе река-водохранилище и исследование роли этих процессов в формировании Ь'' химико-биологического состава вытекающей иа водохранилища речной воды. Целью было такие разработка методологии оценок антропогенного воздействия на ландшафты и оценок эффективности 'г -природоохранных мероприятий с позиции биогеохимии. Т.;:;

Достижение этой цели потребовало репения следующих задач: / разработка методологических основ и методов исследования процессов формирования состава и свойств речных вод с учетом круговорота и накопления веществ; организация и проведение периодических, режимных и разовых наблюдений в полевых условиях за переменным состояния: которые адекватным образом отражают процессы круговорота и накопления веществ; обработка и анализ экспериментальных данных и на их основе осуществление теоретического обобщения по накопителъньм процессам; оценка влияния последних на состав и свойства речных вод. Научная новизна. Восемь защищаема положений диссертации, вы-текашях соответствен»} из 8 глав работы, можно квалифицировать как рененяе крупной научной проблем*, имеющей важное на-роднохоаяйствеиное значение, название которой вынесено в заглавие диссертации "Внутриводоемтм ' накопитеj^m*» процессы к

системе река-водохрвтиище ■ их влипли* на состав ■ свойства речных вод". Эти ппщпигмип положим состоят в следующем.

1. Цюдлолеи тыл методолопгкстй подход к оцмю жт-рооогениого вовдейств« ва састмвс река-водоцтяи i»», в освову которого поживав величина скорости накопительных процессов в них. Эта спорость накопительных процессов следует яа балансовых соотношений, в том числе из отношения медду споростью продукции и деструкции органического вещества.

2. Разработаны к внедрены методы исследования круговорота и накопления вещества в системе река-водохранилище, которые позволяет оценивать антропогенное воедействие и эффективность природоохранных мероприятий в системе река-водохранилище.

3. Доказано, «во для оценки антропогенного вое действия ва систем* и оценки природоохранных мероприятий целесообразно исходить из эталонных характеристик. В качестве такого эталонного объекта принята экосистема Верхняя Волга, которая практически мало изменялась по наблюдениям с 1002г. Однако выявлены и аномальные содержания некоторых элементов, в частности, рубидия и калия, и установлено, что причина увеличения концентрации этих элементов связана с применением калиевых удобрений в этом районе.

4. Установлено, что за время существования Иваньковского водохранилищ* (с 1937г.) антропогенное воздействие на протекание береговых и внутриводоемных процессов в бассейне Верхней Волги привело к увеличению концентрации главных компонентов в речных водах почти в 4 pasa, такая тенденция отмечена м ва других Волискях водохранилищах. За время проведения исследований сезонные характеристики состава и свойств речвых вод на выходе из Иваньковского водохранилища существенно ве менялась, несмотря ва значительные изменения этих характеристик на входе ' в него, что указывает ва реиаюиую роль внутрнводоешых процессов в формировании состава и свойств этих вод.

5. Установлено, что оо накопление тяшэлых металлов ■ их распределение оо глубине донных оглашений молво судить об истории протекания береговых и внутриводоемных процессов. Показано такяе, что накопленные в донных отлоаениях тялвлые ые-

- 6 -

шш входят в состав комитета соедхяенхй.

О. Вверм» для Иыаньковскотеводахранилип составлен бек-яр оргапчесного вещества, биогенных амевтов, а так*» тя-шх моталлов. Мз этого балаяса следует, что отвокяш ско- •" ютя достругав« к скорости продукция органического вещества в »льиинстве случаев лепт в пределах 1/2. Однако наблюдались даничные значения этого соотношения, когда эти значения были >льше 1.

7. В диссертации получено соотновение для изменения от-»сителыюй мутности потока р, которая зависит от скорости по->ка V, гидравлической крупности ш, глубины водоема Н. знерге-меского спектра ветрового волнения А" (») ( распределение герГии ветрового волнения по их частотам А («) (см /сек) ; - частота-сек-'), которое имеет вид :

1 Г з /V (*) * <*\37

...... I —------ \ :

еНя и ^ \1вн / J

[е Л - коэффициент, зависящий от степени насыщения потока носами (в среднем ув - 0,1 ), е - ускорение силы тяяеети

|/сек" .

8. В среднем для Вольских водохранилищ скорость накопле-я ^ органического и неоргадаческого_. вещества соствЬляет | г/-- см-сек. Кнастоящгцу времени в этих водохранилищах наплело около 1,2 млрд. тонн вещгств, из которых около 25 про-нтов приходится на органическое вещество.

актическая ценность работы. Решение проблемы накопительных оцессов позволяет более обоснованно предпринимать меры по ране природных вод и рациональному использованию водных сурсов.

В настоящее время многие такие системы река-водохранилище вдаются в подобных мероприятиях.

По предварительным расчетам ликвидация негативных следствий накопительных процессов только на Вэлягком каскаде дохранили* оценивается в 10 млрд. рублей. Следует подчерк-

- б - ' • • ■ | нуть, что отвесов» срока работ, связанных с ликвидацией нег тнвных последствий накопительных процессов ва 2000 год, орав дет к веобраповм изменениям в функционировании Войск экосистем, и любые затраты уже не смогут восстановить Волана экосистемы.

Установленные биогеохимические закономерности круговорот и накопления вевэств имеют не только теоретическое, но и пра* тичесюое значение, поскольку позволили и позволяют предвидев общие изменения в водных системах, а так» прогнозировать ка чество речных вод на существующих и проектируемых водохранили щах.

Результаты работ нами применение: . '

1. Ори прогнозе возможных изменений качества воды Ивань ковского водохранилища на перспективу до 1990г. в результат« развития отраслей народного хозяйства в бассейне водохранилищ и осуществления мероприятий по пополнению его водных ресурсов, а также рекомендаций по предотвращению зарастания водохранилища и ухудшения качества воды в нем. Работа выполнялась пс Постановлению Совета Министров ОССР от 6.12.74г. N935, Распоряжению Президиума АН СССР N10103-76 от 15.01.75г.; '

2. Гидропроектом при разработке мероприятий по улучненш качества воды Иваньковского водохранилища;

3. Министерством мелиорации и водного хозяйства ОССР « другими организациями при разработке мероприятий по улучиених качества воды других Волжских водохранилищ

Апробация работы. Отдельные материалы работы, послужившие основой диссертации, доложены на: Всесоввном совещании по гидротехнике (Ленинград. 1972), Всесоюзной конференции по проблеме комплексного использования и охраны водных ресурсов бассейна Волги (Пермь,1975), У1 Всесоюзном симпозиуме по современным проблемам самоочищения водоемов и регулирования качества воды (Таллинн, 1979), Всесоюзной иовференции "Оценка и классификация качества поверхностных вод водсшользования'ЧХарьков, 1979) , 1У съезде ВГБО (Биев, 1981), У Всесоюзном лимволо-гическом совеа^нии "Круговорот вещества и анергии в водоемах" (Иркутск, 1981).

.............- 71- ' '

' Публикация. Освовнье полсшвшидвЬсертацин иажшмш в 22 работах.

. Структура к содержание работы. Диссертация состоит кз введении, восьми глав и выводов, изложенных.на 424 Шаш-вописный текст составляет 272 страницы. $воертацин содержит ■ 41 рисунок, 112 таблиц, список использованной литературы включает 337 наименований, кз которых 44 - зарубежные.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ~

Во введении изложена сущность проблеш накопительных процессов в водоемах и ее актуальность, цели и задачи исследований. Даяы основные научные положили,'' птиищм^ип в ' работе. практическая значимость работы.

ГЛАВА I. ЗАДАЧИ ИСХИЕДОВАНИЯ НАКОПКТЕЛЬЯй ПРОЦЕССОВ В ВОДОЕМАХ И МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСШВЫ ИХ РЕЕЕВНЯ В работе принята следующая модель круговорота вещэств п трансформации энергии, которая определила задачи исследований и методические основы их ре не кия.

Единство всех природных вод обеспечивается sa счет взаимодействия двух типов круговорота водьс абиотического и биотического. В основе абиотического круговорота лежат процессы испарения и конденсации; биотический круговорот обусловлен фотосинтезом , при котором образование органического вещества происходит путем связывания воды и двуокиси углерода с выделением кислорода, а при разложении органического вещества выделяется вода и двуокись углерода. Циклический характер фотосин-тетически активной радиации (ФАР) в суточном рвзреае определяет периодичность изменения круговорота веществ. Определенная часть аллохтонного органического вещества, поступающая в систему, разлагается с выделением двуокиси углерода и минеральных веществ, которые, в свою очередь, идут иа создание ав- ' ■гохтонного органического вещества, а при разложении последнего - опять выделяются эти вещества Часть веществ, участвующих в круговороте , накапливается в системе. ' г

Внутриводоеынью процессы формирования состава и свойств

речимх вод ивлаогси частые бщотячвдого круговорота води. определенной стадвв воаяикавт нвбшок двуокиси углерода ■ био-гевньа алемеитов, sa вжвяввкм аэотв. В это время появляются сивеэеленме водоросли, способе» фиксировать веоргвяачесяи! ааот и превращать его в органический. Массовое развитие сияв, ее левых зависает цепочку накопительных процессов в системе. г Энергетические характеристики определялись ив ураввеив фотосинтеза:

1300000 калорий лучистой анергии - 106 00^ - 90 HjO -- 16ti Oj- 1 Щ+ минеральные элементы - 13000 калорий потенциальной энергии, заключенной в 3258 г органическоп вещества ( 106 С. 180 Н. 46 О, 1 Р, 815 г вольных веществ) 154 0,+ 1287000 калорий рассеянной тепловой ааер гии (99 процентов).

В работе приняты следующие переходные коэффициенты.. Да грамма органического вещества (ОВ) или один грамм углерода со держит в среднем 1 Окнах. переходные коэффициенты к другим вле ментам органического вещества следухвре: 3,2мг О^/мг С, 1 кал/мг С. 0,69 мг ОВУмг Oj. что позволяет переходить от ве цествеиного представления к энергетическому пря описании про цессов круговорота.

Иаучались растворимые газы, главнейние ионы, биогеннь элементы, микроэлементы, органические вещзства. Кроме этог определяли: рН - концентрацию ионов водорода. Eh - окнслигелх но-восстановительный потенциал. Вольиинство химических aaeiiei тов образуют комплексные соединения как с органическими, так с неорганическими лигандами, поэтому изучались комплекса соединения.

Основной вклад в создание органического вещества пряна; лежит фитопланктону. Доля*-других продуцентов, например, высж водной растительности, в создании органического вещества i изучаемых водохранилищах незначительна и составляет менее : процентов. Фитопланктон, например, на Иваньковском водохран лище представлен более чем 500 видами, разновидностями и фо нами, в нем доминируют, в основном, диатомовые , пирофитовые эвгленовые водоросли, а при некоторых условиях, когда лимит

~ в "

аэот, сииевелепшг. • ' нодаошос средою ею лгала бвгавьгсч лаактона составит 10г С / м 3. Старость образована* органического вещэства составляла около 5 г/м в сутки. Волгаество продуцентов в 1 см 5 - 200 тыс. кльток. &юмасса повсументов и редуцентов составляет: зоопланктона - 4 г/м , бактерия - б г/м. При этом средняя численность зоопланктона - 50 тьс.эк-эешляров в 1 см , а редуцентов - 2 млн. клеток в 1 см 3 . Количество бактерий в донных отлояениях на три порядка выше, чем в воде. _в

Размер бактериальных клеток составляет 10 см. Среднее содержание некоторых элементов в биомассе продуцентов составило ( в процентах от сухого веса): лэдеза - 0,3; марганца -0,4; меди - 0,002; цинка - 0,02, никеля - 0,02; хрома и кобальта - 10 "К

Методической оснопей изучения вэ явственных,энергетических и структурных характеристик круговорота и накопления веществ служили уравнения баланса изучаемой субстанции.

Основной задачей исследования является экспериментальное определение соотношения между скоростью накопления и разруиэ-ния органических вещгств в водоемах.

i. \

2. ОБЪЕКТ И МЕТОДЫ ^СЛЕДОВАНИЯ

Исследования проводились в бассейне реки Волга от ее

истока до Каспийского моря. Круглогодичные исследования велись от истока р. Волги до Углического водохранилища. Ва Иваньковском водохранилище выбрано 9 основных створов по длине реки и 8 створов ва Иваньковском водохранилище. Ва каждом створе исследования велись не менее чем на трех вертикалях и на каждой вертикали измерения проводились в трех точках: па поверхности; 0.6Н и. придонной области. Ва этих створах и в отдельных точках проводилось изучение :

а), сезонных колебаний биогеохимкческих показателей, мак- — ро- и шофономпонеятвого состава проб воды, отобранных по 8 '

- 10 -

створам водохранилища, ж 0 створе» в верховье Валгк; -

б), сезонных фвикэ-хаипесках показателей, макро- и и рокшаонентвого состава в пробах вода.атобрвнных по следа основным притокам водохранилищ- р.Трерца, Тьмака. Ораа. Ла Шона, Таратынка, ДоШнца, Ооеь; : •

в), изменение ссаонвого состава грунтовых вод, отобр) ных в колодцах и буровых скважинах, " расположенных в верхов] р. Волги и по берегам водохранилища;

г), состава атмосферных осадков;

д). изменение состава взведенных веществ, отфильтрован из проб воды, отобранных в различное время года;

е). изменение состава высшей водной растительвостя, ок ранноЯ по створам водохранилища в вегетационный период;

л), изменение состава доишк отложений как возмохнс источника вторичных загрязнений воды Иваньковского водохрах лица.

В пробах стандартными методами определялась еле душ показатели: мутность, цветность, концентрация водородных 1 нов,окислительно-восстановительный потенциал, содержание рас воренного кислорода, температуры йоды, перманганатная отеля мость, щелочность, содержание кальция, магния, хлоридов, сул фатов, натрия, калия, азота шиснийного, азота нитрагвог азота нитритного, фэофора минерального, углерода органическ го; кг- микроэлементов: железа,, марганца, меди, цинка, хром лития, стронция, селена, ртути,, теллура, бария, сурьш, цирк ния, серебра, рубидия, кобальта, урана и др. Экспериментальн методы исследований включали и сКа стандартные и оригинальн аналитические методики .

Определение растворенного в ьоде кислорода проводилось методу Винклера, окисляемостъ (перманганатная) - по Кубел цветность - в градуса:; по плагаш-кобальтовой шеале, цело ность - объемным методом, калыщД и магний - тршюаометр чесюш методом, хлориды - по методуМэра; минеральный фосфор все формы минерального азота - колориметрически с помощ <Р8К-5б; сульфаты определялись вефелометрическим методом; на рий и калий - на пламенном фотсмэтре ПШ-21.

Содержание микроэлементов в воде, вааесжх, доаных отложениях и высмей водной раститель яости определялись методом атомной абсорбции на спектрофотометре фирмы " Регкеп Еш1ег" модель 403 после предварительной подготовки проб дв анализа. •

Цхйм высшей водной растительности ■ фитопланктона отби -раля в вегетационный период по тем ав створам, что и пробы воды и донных отложений. Определение первичной продукции проводилось скляночнш методом в кислородной модификации.

Суточная динамика спорости фотосинтеза выявлялась при акс «жировании склянок от 2 до 24 часов. у

Параллельно с исследованиями первичной продукции фитоп- " ланктона изучался его видовой состав и биомасса, характернст и-ка ФАР. Применяемые методики исследования обеспечивали до верп- ; тельные интервалы не более 15 процентов от средних значений $ изучаемых величин. Объем проанализированного материала составил около ЭООтыс. показателей; расчеты проводились на ЭВЫ <:■ • "Шнск-32". Ва этой малине расчитывались форш нахождения хи- '.'•

мических элементов в речных и поровых водах.

Излученные нами гидродинамические характеристики были сопоставлены с материалами исследований "Гндропроекга". Это сопоставление показало, что средние значения за период наша наблюдений практически не отличаются от значений, полученных "Гидропроектом" за предыдущие годы. Коротко эти наблюдения сводятся к следующему.

Общая характеристика бассейна Иваньковского водохранилища.

Общая площадь водосбора Иваньковского водохранилища в створе плотины равна 41000км . Средняя густота речной сети составляет 0,2 км на 1 км водосбора. Общее количество рек ва водосборе превшает 700. В пределах водосбора заполнено более 20 водохранилищ с суьмарнш объемом и площадью, превышающими 4,3 км 3 и 740 км соответственно.

Иваньковское водохранилище_- ямее^?- следуаре-^Параштры : •---полный объем --Г; 12 км 3 ^ полезный объем - 0,81 км , площадь водного зеркала - 327 км , длина - 113 км, протяженность береговой линии - 520 км, средняя глубина - 3,4 км.

Водный баланс. Иваньковское водохранилища осуществляет

неполное сеаошюе регулирование стоиаверхие* Волга. Вячгдщ| ци ынии ва ютдиш ресурсы водохранилища яауиии Вцшн водок— гидроузел. и реиижгтрущитаяям в тславоеияый верно Вышневолоцкая система; в общем приходе воды в водохранилищ поверхностный сток составляет около 07 процентов. Вольная ег часть ( почти 52 процента от годового стока) поступает в во дохранили*? весной. Осадки на веркало водохранилища - втора по величине статья приходного баланса - составляет около : процентов общего прихода. В расходной части на оерво

месте стоит сброс черев гидроузел - 7,7 км кли 83 процент общего расхода. Забор воды в канал им.Мэсквы составляет : последние годы более 1/3 от общего расхода вода.

Режим уровней. Интенсивное наполнение водохранилища поел предполоводной с работки начинается в конце марта - начало ал реля и продолжается в течение 15 дней. йюокше уровни сохраняются, как правило, до конца мая - начала июля - окончания спа да половодья. Средний многолетний уровень ва июнь - сентябр! близок к НОУ и обычно достигает его во время осенних паводков, □осле установления ледяного покрова начинается яиыняя срабсггк водохранилища, продолжающаяся до конца марта - начала апреля. В зависимости от водности года и графика работы Иваныювсно] ГЭС общая предполо водная с работка составляет в среднем 1,5 и

Течение и волнение. Немного ниже г. Калинина скорости течения составляют 0,2 - 0,3 м/сек, во время весеннего половоды - 0,3- 0,4 м/сек. На участке водохранилища от г.Калинина дс устья Вэши скорости составляют 0,07 - 0,15 м/сек в зависимое» от периода колебаний. Ниже устья Вони скорости течения значительно меньше (0,05-0,14 м/сек), чем в его верхней части. Не пришютиняом участке водохранилища скорости и направления течения резко меняются. Весной они не превшают обычно О.ОЭ-О.СГ м/сек, достигая иногда 0,14-0,16м/сек. При резком уменьшен» или полном сокращении сброса воды через гидроузел возникаю] обратные уклоны водной поверхности, определяювде возникновение обратных течений (до 0,06 м/сек). Вследствие небольших глуб» и ширины водоема высота волн не превышает 1,2-2,0 м ( при севе ро-западных и юго-восточных ветрах). Высота волны 1 прочей

.. - 13 - /.//л . .1

обеспеченное« по судовомуходу Вэлжжого плеса (пав впадении ; ри Кж) ара насадных ■ северЪ-вападных ветрах 10 и/сек равна ; 0.ЭЮ.8 и. " '■ * '.

ПАВА а ФОРШРОВАВКЕ СОСТАВА К СВОЙСТВ ВОД В ВЕРЯЯЬВ 1 ВОЛГИ ■

Верховья Волги , начиная от истока, исследованы с целью установления "фоновых" концентраций в водах и донных отлоаени-ях для ряда химических элементов, которые соответствуют при-. родным процессам в отсутствии антропогенных факторов и могут служить в качестве эталона для сравнения.

Приведем состав главных компонентов истока р. Волги для конца виыы (февраль) в мг/л: ЮОз - 42,7; БОу - 7,0; С1 - 3.1; N0^ - 0,02; МО 5 - 0,07; 0,009; Са"2*- 10,0; Цс^ - 6,0;

На1" - 1,7; К* - 1,2; ИН* - 0,12; общая минерализация 86 мг/л, рН - 6,2; (в оз. Стер» - 8,35); цветность в градусах - б "( в оз. ' Веелуг - 25). Окисляемость - 11,2 Ог/л (в ов.Вселуг - 3,0 Ох /л). Количество микроэлементов в мкг/л : 1л - 0,35; 5г -25; Ре - 110; Мл - 20; 7л - 28; Си - 1,0; СИ - 0,13; И> - 0,93;Сг

- 0,08. Содержание шкроэлементов в донных отложениях в Верх-неволяских озерах невелико и составляет в среднем ( в г/кг сухого вещества) Мп - 0,7; 7л - 0,007; Си - 0,02. Эти данные близки к средним величинам концентраций в осадочных породах и могут служить образцом фоновых концентраций микроэлементов.

Состав главных комюнентов в пробах снега (для марта месяца) следупщок НООз - 12,1; ЗО^ - 9,8; С1 - 4,9; НН? - 0,9; N04- 0,05; Юз - 0,58; РО^ - 0,2; Ма+ - 2,4; К^- 0,3; рВ - : 5,4; ЕЬ - 470; окисляемость - 3,0 О^/мг/х

Среднее содержание микроэлементов в снеге (жг/л) Ре -71,3; И) - 27,5; Си - 4,3; 7л - 41,7; Сг - 0,65; 1Л - 0,23; Зг

- 13,0; Со - 0,06; Зо - 1,2 10 ; Аи - 0,014; Ва - 14,0; Сэ -

о.оа

Состав подземных вод. Концентрация микроэлементов (мкг/л): Ре - 530; 1*1 - 30; Си - 20; 2л - 45; Сг - 4,0; Бг - 2300; 11 -8,0. Обяря миннрализацня исследованных вод - 0,91 г/л.

Состав грунтовых вод. Микроэлементы (мкг/л): ре - 240; 1»)

- 97,0; 211 - 130; Си - 8,5; Ы - 1,5; Бг - 131; № - от 0,5 до

160; Ва - от 10 до 660; Сг - 0,02 - 0.08; Ов - 1.6."

Веобычным дп грунтовых воя шомтся высокое содержат» рубидия и кадия в водах в голодах'промка Рородня и Слобода. Проведенные пш исследования покавали, ' что поступление щ

происходит при растворении атмосферными осадками калийнш удобрений, применяема в районе.

ГЛАВА 4. ОБЩИЕ ГИДРОХИМИЧЕСКИЕ и ГИДРОФИЗИЧЕСКИЕ

ХАРАКТЕРИСТИКИ ИВАНЬКОВСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА

Материалы исследований об*ос характеристик Ивааьковсногс водохранилища в первые 2 года его существования (А. &Щербаков, В М. Виск, & & Мейснер) шжавади, что эти характеристики я основном изменялись в тех ае пределах, какие были присущ реке до зарегулирования. Изменения в сторону увеличения отмечень для соединений азота, фосфора, а такие цветности и окисляе-мости. Это увеличение било связано с затоплением новых площадей.

Исследования были продолжены сотрудниками Института биологии внутренних вод АН СССР ( Н. А. Трифонова. С. М. Драчева 1 др.), в которых они такяе установили возрастание в последующи годы содержания аммонийного азота, сульфатов, окисляемости 1 цветности.

Зимой 1980г. обцая минерализация составила (в иг/л) -38,0, в том числе Иа* - 19; К+ - 3,2; УЦ^ - 12,2; Са^ - 59,5 НСО^ - 240; БОТ- 33,1; рН - 7,2.

Установлено, что общие показатели верховьев Волги практически не менялись с 1902г. и находились на уровне значений, указанных в главе 3. Из этого можно сделать вывод, что увеличение общей минерализации за время существования водохранилищ произошло в 4 раза. Отмечено следующее изменение этих показа телей по сезонам года.

Весна: обцая минерализаци (мг/л) - 145*2; рН - 7,1у Ка^ 9,6; ЦГ-- 4,5; СаV. 22,е;,.Н30?<~82,5; ЭО^ 21,6, С1 - 4,4.

Лето: Общая минерализация - 207,2; рН - 8.3; На"1" - 6,8; К" - 2,0; 8,5; Са2'- 32,5; НСО} - 123,5; 27,5; С1

- 6,6.

- 16 -

Осень: Г - 258.7; рН- 8.0; НаГ- 10.7; К*"- 3.1; 7,б;Са 42.0; ИХ>5 - 1.(19.0; 14.0; С!~- 11.5. "

Avnw показатели: вима - маетность - 8.6; Eh - 298 ы»; огакхяемост» - 12.8 иг i^/Jb КН^- 0.Б7 мг/л; MQ-r- 0.007 мг/д; НОд - 0.08 мг/л; ро/ - 0,017 НС/Я. • '

Весна: цветность -49; Eh - ¿50-, скисляемоста - 18,3;

- 0,54; НО - 0,007; N0¿ - 0,1; Г05 - 0.31; лето: цветность-52; Eh - 370; окисляемость - 10,2; МН^ - 0,69; MQJ - 0,17; XOv

- 0,07; Рс£- 0,11. Осень: цветность - 38; Eh - 414; окислжг-мость - 11,8; ННу- 0.50; N0;» - 0.007; NO3 - 0.19; 0,035.

Вели продукция органического вещества в исследуема водоемах лимитируется двуокисью углерода и сбалансирована со скоростью поступления двуокиси углерода при разложении органического вещества, то изменения концентрации главных компонентов в воде тесно связано с продукционно-деструкционными про_-цессам! внутри водоема и выражаются, например, дет Са ; Vfe ; HX>¿ -; SO у функциями вида

J*f - ехр ( -0,5 sin *t ) ,

/ /'весна

где Р - набждаемая концентрация + " + —

а для Na ; К ; С1

fi

■---- ехр ( 0,5 eos wt ) •

Р весна #-277 Т ; Т - 1 год.

Вышеприведенные значения основных харакгерстик относятся к районам водохранилища ниие У створа - створа полного переме-иивании вод рек Волги и Шэяи. Средний расход р. ПЬши составляет около 11Z общего притока в водохранилище. В главе 4 приведены общие показатели вод для рек, впадающих в Иваньковское водохранилище: р. р. Тьмака, Тверца, Орша, Л?ма, Дойбица, Сучоч, Дэнховка, Ооаь, ручей Перемерки. Для реки Шэяи средние значи- __ ния за 1976-82г.г. составили: зима: цветность - 29,8; окисла?-

+ - " 5- . . ;

мость - 9,9; ИНу - 0,66; N0з - 0,26; РО* - 0,03; а для лета :

цветность - 52; окисляемость - 13,4; КНу - 1,1; РОл - 0,06 Р0#- 0,053. Несмотря на значительные юмевения """""" харак- " теристик притоков Иваньковского водохранилища в пряплотинвом •' участке ( между УП к УШ створами) сезонные характеристики - ' сохраняли стабильные значения за время проведения исследований. Этот вывод указывает на то, что формирование состава и свойств речных вод в этом районе почти целиком вавдасит от внутриводоемных процессов круговорота и накопления веществ, ' поэтому можно говорить о стабильности экосистемы в даниом районе, т.е. о гомеостазе системы, однако этот гомеостаз вепол- \ Е1Ы& идет медленное увеличение средних значений главных миао- ' 1 нентов .

5. МИКРОЭЛЕМЕНТЫ В ИВАНЬКОВСНОМ ВОДОХРЛИШЩВ.

ИХ ГЕНЕЗйЗ И НАКОПЛЕНИЕ

Часть поступающих в водохранилище микроэлементов выводится из растворенного состояния в результате химических и физико-химических процессов: осавдение труддорастворимых соединений, сорбция взвевенными частицами. Вольное влияние ва содержание растворенных микроэлементов оказывают растительные ' организмы, накапливающие микроэлементы, необходимые для их хюнедеятельности. Этот процесс до некоторой степени обратим, так как после отмирания и разложения растительных остатков, часть накопленных микроэлементов возвращается в растворенное состояние, но значительная часть накапливается в донных отложениях в составе органического вещества, падающего на дно вместе с осаждающимися труднорастворишми соединениями и сор-бнрованньши на взвесях микроэлементами. Таким образом, эти процессы приводят к накоплению в донных отложениях значительных количеств микроэлементов,' могущих в соответствующих условиях служить источником вторичного загрязнения водоема.

В связи с этим изучался состав донных отложвний Ивяяь- ? ! ковского водохранилища для выявления процессов миграции и вза- ' иыообмена химических элементов между твердой и жидкой фазаш вдов. При отоц особенно важно изучение состава вороных вод . донных отложений, так как миграция химических элементов из

. ;• .. . i твердой фавн в жидкую щмводит к ревкому изменению их состава.

В насюящео врет хорош яввестяо. что химические ажэиен-ты в природных водах находятся по только в виде простых ионов, во я в форма ассощяфованных кля комплексных соединений. При атом наиболее слоегыки являются нахождения мвфозлгыек-

тов, для которых ксяглапсные соедкяения преобладают над иознм-ми. Это весьма важно с точки вредая процессов массопереноса, так как разные соединения одного я того же элемента имепт паз-личные коэффициенты молекулярной диффузии, л поэтому вторичное влияние норовых вод донных отложений до некоторой степени будет зависеть от форы нахождения в них химических элементов.

Исследования показали, что кислотно-основное и окисли- -тельное состояние донник отложений и содержащие в них метал- • лов, состав поровых растворов донных отложений практически не : менялись в течении всего срока наблюдений. Незначительны? изменения этих показателей происходили до глубины 3 см от поверхности донных отложений.

Состав поровых растворов донных отложений одной из точек наблюдения у плотины был следующий (в мг/л): Na"- 16,0; К1" -6,4; Mg - 39,0; Ca - 88,2; NhJ- 21,8; FeJ-12,2; Mn*- 5,1; Си3*

n _ ' 2,— - —

- 0,006; Zn - 0,38; HX>j - 545,5; SOy - 2,2; C1 -30,0; N05 -3,2; общая минерализация - 739,5.

Общая минерализация поровых вод превышает минерализацию волжской воды в 3 - 6 раз. а в одном случае в 10 раз. Из главных компонентов состава наиболее заметно возрастает содержание гидробионтов и щелочно-земельных элементов. Гидрокарбонатдые ионы в поровых водах, образуются вследствии разложения органических веществ, а таю» под воздействие''микробов, восстанавливающих сульфаты до сероводорода и минерализующих органический углерод. Выделяющаяся свободная С02 способствует растворению карбонатов кальция и мнения. Сероводород связывается телезом, образуя сернистые соединения, окравенные в черный цвет. Сле,дует отметить, что обычно цвет донных отложений (илов) серый1, и только некоторые образцы были черного цвета

Одновременно с биохимическим образованием сероводорода в -илах моjet идти и его окисление за счет деятельности тионоаых

!

бактерий ^.лркчвн в>»неча£мг счв*^обрюяй'аИюны сульфатов.

В связи с преобладанием тех иди иных биохимических ■ физико-химических процессов содержание сульфатов ноаоа в норовых водах изменяется в широких пределах - в некоторых пробах оно ниже. чем в речной воде (9иг/х), в других значительно вше (до 117 мг/л). Соотношение различных форы элементов в растворе было оценено путем термодинамического расчета равновесного распределения этих форм. Расчеты выполнялись в МГУ совместно с Д. В Рричуном по программе ГИБВС, разработанной И В СЬаровьм (1976), в которой реализован алгоритм поиска минимума свобод-" ной энергии Гиббса системы.

Проведенные исследования показала, что в поровых и речных водах содержится много различных, гхавнш образом, комплексных соединений. Комплексообразование играет значительную роль для главных катионов (кальций, магний, натрий и калий) в растворе, однако содержание их свободных ионов обычно преобладает над содержанием их комплексных соединений на 1-2 порядка ( в расчете на ыоляльность). Это зависит также от состава изучаемой воды; так например, в одной из проб с исключительно высоким содержанием гидрокарбонатов концентрации комплексных ионов Мгкх£и СаНСО^имеют тот же порядок, что и концентрации свободных ионов м/и Са"2.*" Целочно-земельные элементы в значительной степени комплексируются также с фульвокислотами и гуминовыми кислотами в поровых водах с высоким содержанием органического углерода, во намного меньше в речных водах, поскольку последние содержат в 5-10 раз ыеньве органического углерода.

Микроэлементы, как правило, более закомплексованы, чем главные катиона Для удобства сравнения формы их нахождения вычислены в мольных процентах от общего содержания каждого ' микроэлемента в водах. Наибольшей закомплексованностью обладает медь, причем для нее очень характерно образование комплексов с органическими лигандами. Сумма этих комплексов в поровых водах составляет более 90 моль X. ^

То же самое наблюдается для речной воды в зимний период. Только при повышении значения рН рочной воды летом медь образует гидрокомплексы, составляющие большую часть (57,1 мольХ)

:гГ|

.....-19_-_'.!'•■'•' .г'

от ее общ»го содержания, "жв атом случае органические комплексы меди находятся на втором мосте. Содержат» свободных мо-вов меди незначительно во всех образцах вод, как норовых, так '■'речных (от 0,14 до 0,7 мхаьХ ).

В речных водах намечаются также же тенденции распределения форм нахолдения микроэлементов, однако в количественном отношении они более сглажены.

Среднее содержание других микроэлементов в донных отложениях составило в г/кг: рубидий - 0,06; стронций - 0,3; барий -0,33; титан - 1,5; марганец - 1,18; хром - 0,068; ванадий -0,09; никель - 0,068; кобальт - 0,0068; медь - 0,147; серебро "

- 0,00017; цинк - 0,84; свинец - 0,04; олово - 0,0028; мэлиб-ден - 0,001; таллий - 0,017; скандий - 0,0022; ятрий - 0,013; цирконий - 0,25; ртуть - 0,01; сурьма - 0,003; селен - 0,0001; теллур - 0,017; уран - 0,001. Среднее содержание микроэлементов во взвесях на выходе из системы ( для частиц диаметром 0,06м*) составило: Ре - 25,2; 1*1 - 4,6; 2п - 1,5; Си - 0,25; Сг - 0,08; Са - 0,005; Рь - 0,6.

Среднее содержание содержание микроэлементов во взвесях для рек мира составляет: Ре - 50; 1*1 - 1,1; 7п - 0,31; Си -0,03; Сг - 0,13; СИ - 0,0007; Рь - 0,1. Содержание сурьмы во взвесях составило 0,002 г/кг весной и 0,006 г/кг летом; среднее содержание во взвесях для рек мира - 0,002. Содержание : во взвесях урана - 0,01, что значительно превышает его содержание во взвесях рек мира (0,0012); кобальта - 0,02 (реки мира

- 0,018); для почв - 0,008. Концентрация бария во взвесях довольно высокая, особенно в летний период - 0,6 (для рек мира -0,3). За исключением железа и хрома все микроэлементы накапливаются во взвесях Иваньковского водохранилища в несколько раз больше, чем в среднем во взвесях рек мира.

ГЛАВА 6. НАКОПЛЕНИЕ ОРГАНИЧЕСКОГО ЕНДОВА

и биогенных алаенгов

Состав и свойства воды водохранилища определяются главнш " образом поступлением веществ с водосборной площади и протека-

...........

яием внутряводоемных процессов. Б'самом водоем» вследствие " синтеза ■ преобравомаиия органичесноговещэства иди 1бииитами изменяется содержав» биогенных элементов. Наибольяув роль в' процесса* трансформации веществ «греет раадятие ахьгофлэрм я } высией водвой растительности. В главе дана количественная" «щенка роля различных источников и процессов в поступления органических веществ в водоем, составлен баланс органического вещества и биогенных элементов Иваньковского водохранилища. В приходной части баланса учитывались следующие статьи: поступление веществ с речным стоном, атмосферными, осадками и при антропогенном загрязнении ( с учетом роли городских и сельских населенных пунктов, сельского хозяйства, торфоразработок, реч- ; ного транспорта и рекреации), а такие попадание в водоем органического вещества и биогенных элементов за счет процессов жизнедеятельности альгофюры, вывяей водной _растительности, гетеротрофной ассишияции СО^. В расходной части баланса учи- ° тывали сток веществ через гидросооружения, убыль веществ при. поглощении их из воды фотосинтетиками и при минерализации в' : толще воды, уход в донные отложения с детритом, а.такяэ изъятие их из водоема в Bifee полезной продукции.

Составляющие баланса углерода, азота и фосфора Иваньковского водохранилища следующие. Годовая величина автохтонного органического вещества составила 171,4тмс.т С орг. , а продукция фитопланктона 41X (69,5тыс.т) от всей автохтонной органики. Продукция высией водной растительности составляет 54 тыс. т. Всего от растительных сообществ накопление органического вещества составляет 85 тыс. т С of г, из них 61 тыс. т автох- . тонной органики накапливается в Иваньковском водохранилище. а 21 тыс. т С 0рГ поступает в Угличесное водохранилище и канал им. Москва Приходная часть баланса для азота - 55,2тыс.т, а для фосфора - 5,71 тыс. т.

Расходня часть : для азота - 49,6 тыс. т, дли фосфора - 4,7 тыс. т. Накопление этих веществ составило для азота 5,6 тыс. т, фосфора - 7 тыс. т. В донные отложения поступает 2,78 тыс. т азота, 0,35 тыс. т фософра.

Биомасса фитопланктона увеличилась по сравя&впо с бО-ьмГЧ.

- ... . ' " -

ГоДайтв 2-в,б pesa: до 1С73г. средняя кшогситэткЕя величина биомассы фитоыаиктова составляла 5 г/и , а средкегодопа? не превшала 7,1 г/мэ, в последующие годы эти величина составам 14,53г/1^я 12,30 r/ir? Особенно значительно увеличение биомассы синеэеленых водорослей ( в 8,6-11,5 рева), показателей численности диатомей (в 1,2-2,2раза), продукции фитопланктона ( 1,2-12,0раз) в сдое максимального фотосинтеза, концентрация хлорофилла (достигает 151мкг/л). Повывэнке показателей развития водорослей свидетельствует о наличии благоприятных трофических условий, а там® о развития процесса эвтрофирозания. Содержание органического углерода летом составляет 12-25 мг/л , зимой - 24 - 43 иг/л , отновение перманганатной окисля-емости к бихроматной составляет аимоЯ 24 - 43Z, летом - 23 -49Z.

Отнонение деструкции к продукции органического вещества в больиинстве случаев составило около 1/2, однако наблюдались значения около 1.

7. НАКОПЛЕНИЕ ЖНИ11КНННХ ВЕЩЕСТВ И (ЩЕНКА СТЕПЕНИ САПРОБВЭСТИ ВЭДЫ ИВАНЬКОВСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА

Основным источником взвевенных веществ в водохранилищах являются 1) сток взвепенных веществ рек, 2) размыв берегов и дна, 3) развитие фитопланктона и высшей водной растительности. Годовое поступление взве пенных веществ с речным стоком состав-ляетоколо 200гыс. тонн. Средняя многолетняя мутность Волги у г.Калинина (Твери) равна 20 мг/л.

Роль береговой абразии в образовании автохтонного взвешенного вещества невелика, так как абразионные берега составляют всего 3Z общей протяженности береговой линии.

В первые годы существования водохранилища образование взвесей за счет размыва берегов было более значительным, чем в настоящее время, что связано с развитием водной растительности, которая гасит волнение, способствуя ушнывению интенсивности абразии. В настоящее время при возникновении вол=_ нения мелководные участки, на которых образовались вторичные

w

-22-

грунты, служат источником автохтонных взвесей.

Периодичность в поступлении рассмотренных геветнч типов взвесей в водоем и сеэонныэ колебания щдродиаамага активности его водной массы определял транспорт взвесей 1 дохранилищэ , интенсивность их седиментации и , в ют итоге, режим и состав и свойства речных вод.

Теоретическое обобщение экспериментальных данных поз] ло установить соотновение ыевду содержанием взвепенных на] в потоке и гидродинамическими характеристиками в 1 представленном в седьмом защищаемом положении на странице Ори малых скоростях течения и при значительных ви волн эта зависимость

Л

хггь принимает вид: -J-A¿(w) » dv ló

tfHm L \J gH

2

где A (w) - энергетический спектр поля ветровых i Тогда проблема определения относительной мутности , а вна< к прэбхеыа накопления взвешенных веществ (накопление вам ных веществ на любом участке водоема определяется разни относительных мутностях на входе и выходе из этого учш сводится в основном к определение энергетического спектра ветровых волн. Естественно, ¡ наряду с энергетическим cnei необходимо гнать и другие характеристики, входящие в sai ыость, представленную на стр. 5. Эту зависимость можно вырг также в виде :

где Ь - высота ветровых волн.

Экспериментальные значения мутности в зависимости от размерной величины V /^Нт лежат медду двумя огибающими и с ведливы для многих рек мира. С учетом ветрового волнения I чины мутности воды лежат ближе к верхней огибанцей, кси выражается формулой

f--

2<fV5

Входящий в атя зависимости спектр non ветровых воли оп-

ределяется по соотношению, полученному в работе

S

<2 • J:

jft„J - г *****_

где и - скорость ветра;

¡1 - безразмерная высота волн, определяемая из уравнения В. R Щулейкива

H

Qfi , .

- время действия ветра £ - расстояние от наветренного берега. Если ввести координаты

х " 0.6/-2 : У " л*/* ~~

то уравнение для А / «у можно привести к табличному

( е^ - 1 ) х^у - 1 Оэльвуись этими зависимостями, удалось получить, что средняя скорость накопления составляет 2- 10 г/м2 год. Был составлен баланс взвеиенных веществ Иваньковского водохранилища за 50 лет. Из этого баланса следует,что ежегодно в Иваньковском водохранилище накапливается 650 тыс. тонн донных отло-явний. Учитывая , что плпирдь донных отложений составляет около 300 кЫ2". получим, что скорость накопления почти равна теоретической.

Были подсчитаны величины "индексов" сапробности для раз-

гтеных плесов Иваньковского водохранилища; средний индекс сап-' " . - Р. ( - шзссайробиьй водоем, что соответствует о^' х^тр^-о—,,. 1еы не шмо сшдует учитывать в отдельных районах водохранилища наличие Л. - мевосапробных условий ( индекс2,8), что соответствует условиям загрязненного водоема.

ГЛАВА & СОСТАВ И СВОЙСТВА ВОЛЖЖИХ ВОД

До создания каскада водохранилищ, химический состав волжской воды изменялся таким образом, что весенние воды обладали наименьшей нейтрализацией, а во время летней и особенно зимней межени общая минерализация воды была наибольшей в связи с увеличением доли подземного питания.

В настоящее время вследствие зарегулирования Волги ход годичных изменений волжских вод стал иным. Наибольшая минерализация волжской воды наблвдается весной, наименьшая - летом, осенью и весной наступает лиль небольшое ее повышение. Следует подчеркнуть , что внутриводоемные процессы , в том числе нако-» петельные процессы, оказывают ренающее влияние на формирование состава и свойств волжских вод, однако это влияние следует рассматривать совместно с источниками антропогенного загрязнения. Все это приводит к тому, что не только изменился временный ход состава и свойств вод , но и пространственный. Вниз по течению волжская вода постепенно изменяет свой состав за счет увеличения содержания ионов сульфатов и хлоридов, щелочных металлов и в связи с этим происходит повышение общей минерализации , а также обогащение ее микроэлементами и органическими соединениями. Состав воды из гидрокарбонатов - кальциево-маг- ^ ниевого становятся гидрокар&энатнр^ульфетнсь-кальцяйб-магние-вым. Изменился состав и свойства вод основных притоков р. Волги: рек Ока и Кама. Например, после впадения р. Москвы в Оку, в окской воде увеличилось содержание сульфатов, хлоридов, щелочных металлов антропогенного генезиса.

Химический состав вод р. Каш в настоящее время сильно отличается от естественного для нее состава. После создания во-

дохранили* и широкого раввития ' хижческой и нефтехимической промшенности, червой к цветной металлургии и машиностроения ивмеинлси как состав камской воды, так и характер сезонных изменений. В воде сильно воеросло содержание хлоридов и натрия, причем хлориды становятся преобладающими анионами. Общая минерализация волжской воды ниже г. Рыбинска составляет 176 ыг/л, а в Волгоградском водохранилище 233 ыг/л, при этом содержание хлоридов изменилось от 4мг/лдв Рыбинском водохранилищ до 35 мг/л ниже г. Астрахани, aSO/y в этих точках изменилось с 12 иг/л до 39,0 иг/л ( материалы экспедиции на 5.09.1980г.). в 1980 г. в волжской воде наблюдалось сильное повышение содержания азотных соединений, в особенности нитритов по сравнению с 1979г. Так, содержание аммэнийных ионов составляло в 1979г. в русле 0,3 иг/л, а в 1980 г. достигало 2,3мг/л, нитратов в 1979г. - 0,2мг/л,~ 1980г. - 3,3 иг/я, нитритов соответственно -0,02 и 0,2 иг/л. Содержание фосфора в волжской воде во время проведения экспедиционных исследований было всегда довольно высоюш, причем наблюдался резкий пик после впадения р. Оки. Общий объем сточных вод, поступающий в бассейн р. Волги , составлял около 25 км /год; при этом на долю загрязненных стонов приходится около 15Z, 60Z составляют условно-чистые воды, а остальное количество - чистые стоки.

Содержание нефтепродуктов достигало 6,2мг/л в Куйбышевском водохранилище.

Содержание СПАВ (синтетических поверхностно-активных ве-честв) в водоемах всего каскада оставалось на одном уровне }, 1-0,7 мг/л, и только выше г. Волгограда на приплотинном участке отмечалось 1,56 мг/л (1980г.). Фосфороргааические ядохимикаты обнаружены в пробах воды и количество их составляет »,06-0,255 мг/л.

В главе приведены индексы сапробности для всех водохрани-ищ Волжского каскада, которые колебались от 1,25 до 3,12. В той главе приведено содержание микроэлементов в воде р. Вэлги. чень сильные пики концентраций меди отмечены у левого берега . г. Саратов и Raiunra (500 и 200 икг/л соответственно). В— , Каме имеет место повшение содерзвяия стронция до 300 икг/л.

-.26*-."". .

Средняяскоростьнакопления в Всахсгааводохранжлхщах органических и неорганических веществ составляет 2-10 ^т/м 2год. За время существования водохранилищ в них накопилось органнческо-го и неорганического вещества 1250. мхн. тонн.

Осадконакопление в водохранилищах Волжского каскада

Водохранилища : Площадь зеркала.:Срок заполнения,:Осадконаноп-: кв. км год :ление,млн.т

Иваньковское 320 1937 36

Углическое 250 1940 32

Рыбинское 4550 1945 360

Горьковское 1600 1956 100

Куйбышевское 6400 1956 380

Саратовское 1800 1967 72

Волгоградское 3100 1958 280

ИТОГО: 1250

ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

В работе представлен материал по процессам накопления и трансформации минеральных и органических веществ в системе река- водохранилище и приведено его обобщение.

1. В работе показано, что к настоящему времени в каскаде Волжских водохранилищ накопилось около 1 млрд. 200млн. тонн органических и неорганических веществ, из них в Иваньковском -около 40 мхн. тонн. Данное количество накопленных веществ приближается к своему предельному значению, превышение которого ведет ко вторичному загрязнении водоемов за счет выхода накопленных веществ из донных отложений, а также другим негативны* последствиям, связанным с накопительными процессами в водоемах. Особенно это относится к Иваньковскому водохранилищу, которое существует полвека и требует принятия неотложных мер для ликвидации этих негативных явлений..

2. Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов должны строиться,1 в первую очередь, на био-

г»охишческой концепции круговорота веществ и трансформации энергии в прцюлш системах. Суть концепции состоит :з эом, что процессы хптоворота веществ в природных системах; пэ тод-вержвнных антропогенному вовдевствяю почти замсяуты, а я: «сопите лышэ процессы в них идут таким образом, что они не »носят заметных изменений в функционирование этих природных систем. Антропогенные воздействия на эти системы приводят к нарушению сбалансированных процессов круговорота и накопления веществ. Поэтому накопительные процессы могут служить обобщенными характеристиками антропогенного воздействия !» системы и обобщенной оценкой эффективности планируемых и проводимых пр»гродо-охранных мероприятий .

3. Реки на значительном своем протяжении оказались зарегулированными каскадом водохранилищ и превратились в отдельные системы река-водохранилицг. Отличительной особенностью этих внутриводоемных процессов является то, что на определенной этапе эволюции системы "река-водохранилище" накопительные процессы становятся лимитирующими в формировании состава и свойств речных Цфд. Доказано, что накопительные процессы адекватным образом отражают комплекс береговых и внутриводоэыных процессов. Наряду с этим по распределению органических и неорганических веществ в донных отложениях в системе река-водохранилище можно судить о протекании этих процессов за всю историю существования водохранилища. Таким образом, накопительные процессы могут служить ретроспективным методом ландшафтных исследований.

4. В работе показано, что накопительные процессы в системе река-водохранилище идут в таком направлении, что происходит смена лимитирующих веирств: на определенном этапе лимитируютим веществом становится двуокись углерода, которая, в свою очередь, поступает в воду в основном при разложении органического вещества. Процесс круговорота как бы "замыкается на себя", т. э. скорость создания органического вещества завиагт от содержания в воде двуокиси углерода, количество которой определяется скоростью разложения органического ведества, сгпровоадаигегося выделением двуокиси углерода. При значительном содержании в

- 28 -

воде двуокиси углерода лимитирующим веществом становится ; что, в свою очередь, приводит к интенсивному развитие си левых водорослей, которые, как известно, являются создал органического вещества. Синевеленые водоросли при своем рк жении интенсивно потребляют растворенный в воде кислород 1 деляюг токсичные вещэства, которые являются губительным) других гидробионтов. Наступает 'экологическая катастрофа. 1 дя из этого, при разработке природоохранных мероприятий 1 ких системах должна учитываться определенная последовая кость смены лимитирующих веществ и факторов.

5. Скорость накопления взвешенных веществ зависит от родинамических характеристик, в тем числе от скорости тече глубины потока, а такие от гидравлической крупности нан< Кроие этого, оаа в большей степени определяется ветровш нением , обобщенной характеристикой которого служит знерг ческий спектр поля ветровых волн. Из этих характеристик I образовать безразмерные соотношения и , приняв их в каче координат, -получить обобщенную характеристику для мутност» тока. Эта обобщенная зависимость , полученная в работе, вг достаточна для практических расчетов накопления взвеиенных деств в изучаемой системе река-водохранилище.

6. В работе отмечено, что в настоящее время основная родоохранная деятельность сводится к строительству очис сооружений и другим "береговым** мероприятиям, которые огр чивают поступление загрявнящих веществ в систему река-вс ранилище. Проведенные исследования показали, что необхо изменить приоритеты капиталовложений в охрану водных ресу и, в первую очередь, проводить "внутриводоемные" ыеропри по ликвидации негативных последствий накопительных прочее Для каскада Волжских водохранилищ эти мероприятия потре около 10 млрд. руб. капиталовложений. Необходимо подчерки что эти мероприятия должны быть проведены в 90-е годы и не ренесены на более отдаленный срок, так как это грозит нео тимьы изменениями в функционировании Волжских экосистем, этом следует учитывать , что в вастояцее время нижняя £ объявлена воной экологического бедствия.

СОСОК РАБОТ, ООУВЛИПОВАШЮ Ш ДНОСЖРГАЦКК

1. Исследование волновых процессов с применением теории открытых систем // Труды координационного совмзния по пщю-техиике. Л. Энергия, 1970, с.74-ГХ) (в со!ВТ

Г. Ф. Красноионом).

2. Энергетичеаой спектр воля //Труды координационного совефния по гидротехнике. Л., Энергия, 1970, вып.61, с.57-¡38.

3. к вопросу гидродинамики потоков с неоднородной плотностью //Труды ГГИ. Д, 1970, вып. 180, Гидрометеовздат, с. 162-188.

4. О применении вариационных методов в гидродинамике (в соавторстве с Г. Ф Красноионом, А. С. Судольким). // Диншмка и терынка рек. М., Стройиздат, 1973, с. 105-118.

5. Учет гидродинамических параметров ветрового волнения при расчете движения наносов в прибрежной зоне озер, морей и водохранилищ // Сб. "Динамика и термина рек". Ы., Стройиздат, 1973, с. 134-41.

6. Энергетический спектр поля ветровых волн (в соавт. с Г.Ф.Красноионом). // Динамика и термика речных наносов, М,, Наука, 1972, с. 133-140.

7. Зависимость между периодическими попусками из Куйбышевского водохранилища и гидродинамическим режимом р.Самара (в соавт. с И. Ф Грибовской, Е Н. Заловой)//Мат. Вгес. научной конф. по проблемам комплексного использования и охраны водных ресурсов бассейна Волги. Вермь,.1975, вып. 11, с. 64-70.

8. Гидродинамика регулируемых потоков и управление качеством вод ( в соавт. с Г. Ф. Пкминым) //Мат. Всес. научной конф. по проблемам комплексного использования и охраны водных ресурсов бассейна Волги. Пермь, 1976, вып.11, с. 125-129.3

9. Накопление некоторых тяжелых металлов в донных отложениях и возможное влияние его на качество воды водохранилища (в соавт. с Е Е Красинцевой , Г. К.РОманозой)// Оценка и классификация качества поверхностных вод для водопользования. Всес. конф., Харьков, 1979, с. 100-103. _

10. Внутриводоемные процессы и влияние их на качество во-

-20-

ды водохранилища ( в соавт. с ЕЕКрасинцевой, Г.К.Ром /Влияние водохранилищ ГЭС на хозяйственные объекты и щи среду. - Всес. научво-технич. совещание. -X1970. а 165-1

11. Режим соединений металлов в Иваньковском водох] ще (в соавт. с Е Е Красинцевой, Г. И.Романовой) /Mbt-j Всесоювн. симпозиума по современным проблемам самоочнще! доемов и регулирования качества воды. - 1978 линн. - Часть 1. -С. 197-199. j

12. Сапробиологическая характеристика водоема маог ж>го назначения ( в соавт. с Л Е Тарасенно, Е Е Туру Л А. Остапенко) / Труды Всесоюв. конф. : Оценка и класснф качества поверхностных вод для использования.-1979. ков. -С. 45-49.

• 13. Баланс органического вещества, биогенных элеые микроэлементов в Иваньковском водохранилище (в cas . R Е Красинцевой, Г. И. Романовой, Л. Е Тарасенко, ЕЕ Туру / Водные ресурсы - 1980.-N4.-С. 120-131.

14. Микроэлементы в поровых водах речных отложений яние их на состав придонных вод в водохранилище ( в соа Е Е Красинцевой, Г. И. Романовой, Д. Е Гричук) / У Всесоюв щалие: Круговорот вещества и энергии в мах. -1981. -Вып. У. -Иркутск. -С. 73-74.

15. Балансовые соотношения как метод комплексной формирования и состояния речных вод (в соавт.с ЕЕКра вой, Г. И. Романовой, JL Е Тарасенко) / У Всесоювн. сов лимнологов: Круговорот вещества и энергии в водоемах. -докладов.- 1981. -Вып. У. -Лиственичное на Байкал кутск. -С. 65-66.

16. Аномальное распределение щелочных элементов в г вых водах Иваньковского водохранилищ(Ъ соавт,~ jy-B.ЕВ цевой)./Геохимия. -СЛ418-1420.

17. Качество воды Иваньковского водохранилища /Мат-вещания по охране окружающей среды. -Гидроме дат. -М. -1982. -С. 42-43.

18. Аккумуляция железа, марганца, цинка, меди и i некоторых водных растений (в соавт.с ЕЕ Красинцевой, I

. меновой. Л Е Тарасеяко) /Гидробиологический ж.-1982.- Т.ЛГШ.

-Вш. 1. -С. 79-82. " ; .........

: 19. Накопительные процессы и антропогенное эвтрофирование /Мзт-лы Международного совещания по эвтрофированил - М. -498а -С. 69-71.

20. Роль донных биоценозов Иваньковского водохранилища в накоплении некоторых химических элементов (в соавт.с И.Ф.Гри-бовской, Л А. Остапенко, О. Е Рубцовой) /У1 Все сою. совещание лимнологов: Круговорот вещества и энергии в водоемах. -1985. -Вып. III. -Иркутск. -С. 111-112......

21. Особенности структурной организации биоценозов малых рек в условиях антропогенной нагрузки (в соавт. с IIИ.Новосельским, О. ЕРубцовой, Л А.Остапенко) / Сб.: Виоиндккацяя и биотестирование природных вод. -Ростов-на-Дону. -1986. -С. 17-18.

22. Применение двух систем биоиндикации для оценки ка -чества воды водохранилищ Волжского, каскада (в соавт. с ЕЕТу-уруниной, Л.А.Остапенко) / Сб.: Биоиндикация и биотестирование природных вод. -1983. -Ростов-на-Дону. -С. 72-74.