научная статья по теме ОСОБЕННОСТИ ПРОДУЦИРОВАНИЯ И ТРАНСФОРМАЦИИ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА В МОЖАЙСКОМ ВОДОХРАНИЛИЩЕ ПРИ ПОНИЖЕННОМ УРОВНЕ ВОДЫ Геология

Текст научной статьи на тему «ОСОБЕННОСТИ ПРОДУЦИРОВАНИЯ И ТРАНСФОРМАЦИИ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА В МОЖАЙСКОМ ВОДОХРАНИЛИЩЕ ПРИ ПОНИЖЕННОМ УРОВНЕ ВОДЫ»

ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, 2015, том 42, № 1, с. 71-84

КАЧЕСТВО И ОХРАНА ВОД, ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ

УДК 577.475

ОСОБЕННОСТИ ПРОДУЦИРОВАНИЯ И ТРАНСФОРМАЦИИ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА В МОЖАЙСКОМ ВОДОХРАНИЛИЩЕ ПРИ ПОНИЖЕННОМ УРОВНЕ ВОДЫ1

© 2015 г. Е. Р. Кременецкая*, С. Л. Белова**, Д. И. Соколов**, Д. В. Ломова*

*Институт водных проблем РАН 119333 Москва, ул. Губкина, 3 E-mail: ekrem@front.ru **Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова Географический факультет 119991 Москва ГСП-1, Ленинские горы Поступила в редакцию 18.11.2010 г.

На основе натурных исследований на Можайском водохранилище рассмотрены особенности режима органического вещества и составляющих его баланса в летний период при пониженном уровне воды. Показана связь между изменениями вклада разных составляющих его баланса и гидрометеорологическими условиями.

Ключевые слова: органическое вещество, седиментация, продукционно-деструкционные процессы, фитопланктон,зоопланктон.

DOI: 10.7868/S0321059614060121

Содержание органических веществ (ОВ) в воде природных водоемов — один из наиболее важных показателей качества воды. Образование, трансформация, распад и минерализация ОВ сопровождаются довольно существенными изменениями химического состава природных вод.

Содержание ОВ в водоемах (включая содержание в водной массе и в донных отложениях (ДО)) определяется интенсивностью продукционно-деструкционных процессов, притоком ОВ с водосбора, активностью его трансформации в водоеме и размером его выноса со стоком из водоема [29]. Соотношение этих факторов изменяется во времени и пространстве и зависит от гидрологического и уровенного режимов водоема и погодных условий, которые влияют на его стратификацию.

Исследование процессов трансформации ОВ важно для водоемов питьевого назначения, особенно водохранилищ. Большинство водохранилищ России — долинного типа и относятся к мез-отрофным или слабоэвтрофным димиктическим водоемам [7]. Функционирование их экосистем определяется, с одной стороны, гидрологическими процессами, с другой — характером и интенсивностью биологических процессов.

1 Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проекты 09-05-00657, 12-05-00448).

Режим ОВ водохранилищ имеет ряд отличий от такового в озерах. Так, в водах водохранилищ преобладает аллохтонное растворенное стойкое ОВ, при этом аллохтонная нагрузка взвешенным ОВ умеренная. Концентрация взвесей в воде изменчива при большой доле минеральных частиц песка и глины [7]. Присущие долинным водохранилищам внутри- и межгодовые колебания уровня воды ведут к изменению акватории и соотношения площадей и объемов трофогенной мелководной и трофолитической зон [31]. Это влияет на интенсивность продукционно-деструкцион-ных процессов [3].

Цель данной работы — изучение режима ОВ и факторов, влияющих на его содержание, в долинном водохранилище в период летней стратификации при пониженном уровне воды.

ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ

В качестве объекта исследований было выбрано Можайское водохранилище - относительно глубоководный водоем долинного типа с продольной асимметрией ложа. В нем наблюдается устойчивая стратификация водной толщи на протяжении большей части летнего периода, свойственная глубоководным водохранилищам со слабым водообменном [31].

Рис. 1. Карта-схема Можайского водохранилища и Красновидовского плеса. 1 - место расположения станции наблюдения и ее номер, 2 - затопленное русло р. Москвы.

Можайское водохранилище, созданное в 1960 г., расположено на прямолинейном участке долины р. Москвы в 62 км от ее истока. Протяженность водохранилища — 28 км; площадь при НПУ — 30.7 км2; объем — 0.24 км3; максимальная его глубина — 22, средняя — 8 м; максимальная ширина — 2.6, средняя — 1.1 км; средний размах колебаний уровня воды в течение годового цикла — 6 м, средний годовой коэффициент условного водообмена Можайского водохранилища равен 1.8 год-1 [12].

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования режима ОВ проводились в центральной части Можайского водохранилища на Красновидовском плесе с конца мая до середины августа 2009 г.

Проводились рейдовые наблюдения на вертикали, расположенной над русловой ложбиной в центре Красновидовского плеса, и включали в себя метеонаблюдения (измерение скорости ветра, его направления, температуры воздуха), измерение температуры и электропроводности воды, содержания растворенного О2 (при помощи термокондуктометра и оксиметра ^Г^), отбор проб на определение мутности воды, постановку продукционно-деструкционных станций (на шести горизонтах). Периодически отбирались пробы воды для определения в них перманганатной (ПО) и бихроматной (БО) окисляемости и цветности (ЦВ) воды. Пробы воды отбирались батометром Рутнера (для определения в них численности и биомассы (В) фитопланктона, инфузорий и коловраток) и сетью Дже-ди (для учета ракообразных). В дополнение к рейдовым наблюдениям периодически проводились измерения вышеуказанных характеристик водной

толщи на двух-пяти дополнительных станциях (рис. 1). В период эксперимента было проведено также 7 гидролого-гидрохимических съемок всего Можайского водохранилища (5, 24 и 27-28 июня, 2, 6 и 22 июля и 17 августа). Содержание О2 определялось методом Винклера, определение валовой первичной продукции фитопланктона (ППвал) и деструкции (Д) ОВ в воде проводилось стандартным методом Винберга в кислородной модификации [5]. ПО определялась методом Кубеля в кислой среде, общее содержание ОВ - методом бихроматного окисления в модификации А.П. Остапени [18]. ЦВ воды определялась в фильтрованных и нефильтрованных пробах воды сравнением с хромо-кобальтовой шкалой. Пересчет ППвал, ПО и БО из единиц кислорода в единицы ОВ осуществлялся с использованием коэффициента 0.75, а в единицы углерода — с помощью коэффициента 0.375 [15]. Мутность воды определялась с помощью турбидиметра 2100Р (в нефелометрических единицах мутности — N10), содержание взвешенного вещества (ВВ) — фильтрованием через ядерные фильтры с диаметром пор 0.45 мкм. По параллельным измерениям мутности и концентрации ВВ был построен график связи между этими характеристиками. Для всех точек (ЦВ воды в пробах составляла 50-95 град Р1-Со) получена следующая статистическая зависимость при корреляционном отношении г2 = 0.91 и числе точек п = 60:

СВВ (мг/л) = 0.99ОТи - 0.01, (1)

где СВВ - концентрация ВВ, N10 - значение мутности воды (в нефелометрических единицах).

Для проверки формулы (1) была построена зависимость содержания ВВ, мг/л, от мутности воды (N10). В дистиллированную воду добавляли

осадок (известного веса) и измеряли NTU. Полученная таким образом зависимость имела вид:

СВВ (мг/л) = 1.08NTU + 0.07 при r2 = 0.99, n = 7. (2)

Как видно, коэффициенты в уравнениях (1) и (2) мало различаются. Поэтому для оценок массы ВВ в Можайском водохранилище было принято, что значение мутности воды в 1 NTU соответствует концентрация ВВ, равной 1 мг/л.

Обработка проб воды для определения численности и В фито- и зоопланктона проводилась по стандартным гидробиологическим методикам [23], инфузорий — по [2]. Все организмы были измерены. Для перехода от длины к массе тела у ме-зозоопланктона были использованы стандартные уравнения [1]. Продукцию инфузорий рассчитывали по суточному коэффициенту, для общей численности летом Р/В = 0.89 (где Р- продукция) [2]. Для остальных компонентов планктонного сообщества (коловраток и ракообразных) продукцию оценивали ориентировочно на основании биомассы этих групп и средних за вегетационный период суточных значений удельной скорости продукции (Р/В-коэффициентов). Для мирных кладоцер принимали Р/В = 0.16 [10], для мирных коловраток — 0.3, для Asplanchna priodonta — 0.25 [28], для хищных циклопов — 0.04, копепо-дитов стадий I—III — 0.06, для науплиусов — 0.2 сут-1 [21]. В значения удельных скоростей вводили температурные поправки [6]. Расчеты вели в единицах углерода (С), составляющего 50% сухой биомассы. При переходе от сырой массы организмов метазоопланктона к С принимали, что сухая масса планктона составляет 10% сырой, инфузорий - 8% [13, 32].

На Красновидовском плесе устанавливались седиментационные ловушки на дно русловой ложбины и затопленной поймы (на глубинах 10.7 и 5.5-6.5 м соответственно). Размеры ловушек и сроки экспозиции (от 4 до 16 сут) соответствуют рекомендациям для постановки подобных экспериментов [8].

В качестве меры устойчивости водного столба (E) к перемешиванию была использована величина квадрата частоты Вяйсяйля-Брендта [4], которая рассчитывается по градиенту плотности.

При анализе использовались следующие данные: по осадкам — водомерного поста Краснови-довской УНС МГУ; о погоде — с сайта www.gisme-teo.ru в дни, когда отсутствовали прямые наблюдения; о сбросах воды с Можайского гидроузла (г/у) и уровне воды.

ХАРАКТЕРИСТИКА ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ И СОСТОЯНИЯ ПЛАНКТОНА ВОДОХРАНИЛИЩА

В 2008-2009 гг. на Можайском водохранилище проводился ремонт плотин Можайского и Колоч-ского г/у, поэтому в нем поддерживался пониженный уровень воды (летом 2008 г. — на 6 м, в 2009 г. — на 4.5 м ниже НПУ). Это привело к тому, что прибрежная зона абразионного берега превратилась в аккумулятивную отмель, сложенную крупно- и среднезернистым песком, лишенным органических частиц грунта. В результате летом 2009 г. в воде плеса практически отсутствовала взвесь абразионного генезиса. Поддержание заданного уровня воды привело к повышенной проточности водохранилища при пропускании паводков.

На рис. 2 видно, что в первую половину лета 2009 г. (почти до середины июля) короткие (1-3-су-точные) периоды прогрева сменялись недолгими (до 1 недели) периодами похолодания. Это сопровождалось повышенной ветровой активностью (скорость ветра достигала 5-6 м/с). Часты были холодные ночи, что вызывало ночную конвекцию. Толщина перемешанного слоя (Нпер) в отдельные дни достигала 7 м, а слой скачка плотности располагался на 9 м (при максимальной глубине 10.7 м). Пересыщение воды кислородом отмечалось лишь в периоды потепления (при маловетреной, малооблачной погоде). Значение ППвал в столбе воды за этот период составляло в среднем 8 г О/(м2 сут) (рис. 2), снижаясь при холодной пого

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком