ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, 2007, том 34, № 5, с. 573-581
КАЧЕСТВО И ОХРАНА ВОД, ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
УДК 556.5 (551.3.051)
ПРОСТРАНСТВЕННАЯ И ВРЕМЕННАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ВОДОХРАНИЛИЩ СРЕДНЕЙ ВОЛГИ
© 2007 г. В. В. Законное*, Д. В. Иванов**, А. В. Законнова*, М. Ю. Кочеткова***,
В. П. Маланин**, А. А. Хайдаров**
*Институт биологии внутренних вод Российской академии наук 152742 пос. Борок Некоузского р-на Ярославской обл. **Институт экологии природных систем Академии наук Татарстана 420087 Казань, ул. Даурская, 28 ***Федералъное государственное управление "Центр лабораторного анализа и мониторинга окружающей среды МПР России по Приволжскому федеральному округу" 603001 Нижний Новгород, ул. Рождественская, 38 Поступила в редакцию 06.04.2006 г.
На основе материалов многолетних наблюдений оценено пространственно-временное распределение и накопление донных осадков Чебоксарского и Куйбышевского водохранилищ, трансформация балансовых статей взвешенных веществ и сделан прогноз путей формирования грунтового комплекса на ближнюю и отдаленную перспективы.
Исследование донных отложений (ДО) водохранилищ имеет большое научное и практическое значение при решении общелимнологических и гидроэкологических проблем, связанных с функционированием водных экосистем и их эксплуатацией. В процессе формирования и становления молодых искусственных водоемов замедленного водообмена главным считается изменение строения котловины, включающее переработку ложа и берегов, затем распределение и накопление в них ДО и наконец аккумуляция органических и загрязняющих веществ на дне и выделение их в водную толщу. Эти процессы оказывают первостепенное влияние на продуктивность пресноводных экосистем и качество воды.
Цель работы - оценка пространственно-временной трансформации ДО водохранилищ средней Волги в зависимости от гидролого-геоморфо-
логических факторов и прогноз их дальнейшего изменения.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА
За время существования водохранилищ средней Волги на них проведено по три плановых (через 10 и 20 лет) и три специальных (на Куйбышевском водохранилище - 1991-1993 гг.) грунтовых съемки для изучения влияния добычи песчано-гравийной смеси на гидробионты в районе Волж-ско-Камского устья (табл. 1). Во время экспедиций в полевых условиях определяли типы, толщину и распределение осадков, а в камеральных -гидрофизические и гидрохимические показатели по методикам, апробированным на водоемах бассейна верхней Волги [1, 5].
Таблица 1. Материалы грунтовых съемок
Водохранилище Годы Число станций Количество проб Автор
Чебоксарское 1981 50 50 Законнов В.В.
1991 200 100 Законнов В.В.
2000-2001 350 150 Законнов В.В.
Куйбышевское 1957-1963 150 50 Широков В.М.
1983 810 520 Законнов В.В.
1991-1993 250 250 Законнов В.В.
2001-2003 1140 800 Законнов В.В., Иванов Д.В., Маланин В.В.
м, БС 65
64
(а)
63
65
64
63
I II III IV V VI VПVШ IX X XI XII
Месяц
(б)
1992 1994 1996 1998 2000
2002 Год
Среднемесячные (а) и среднегодовые (б) изменения уровня воды в Чебоксарском водохранилище. Сплошная линия - пос. Просек, штриховая - г. Чебоксары.
Мониторинговые работы по единым критериям являются наиболее объективным методом определения путей становления (трансформации) грунтового комплекса водохранилищ.
Съемки выполнены с помощью трубок ГОИН-1 и ГОИН-1.5 с вкладышами и дночерпателями различной конструкции. Для определения интенсивности седиментации каждое водохранилище было разделено на плесы (районы), участки и интервалы глубин с однородной морфометрией, гидрологическим режимом, и, следовательно, однородными условиями накопления наносов [4, 7]. Наличие в осадках маркирующего слоя в виде полуразложившейся дерновины, размытой почвы, руслового песка позволили оценить мощность кернов с ненарушенной структурой. Объем ДО рассчитывался как произведение средней толщины слоя отдельных осадков на площадь ими занимаемую. Вес наносов вычисляли по объемной массе различных типов ДО в пересчете на воздушно-сухой остаток. Ошибка в расчетах величины осадконакопления оценивается в 10-20% [8].
Прогнозы основывались на методе экстраполяции пространственно-временного распределения основных типов ДО и интенсивности их накопления с корректировкой хода процесса осадкообразования на других равнинных водохранилищах с большими сроками эксплуатации.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
До создания водохранилищ дно Волги от г. Го-родец до г. Тольятти было представлено средним и мелким песком, местами с галькой, валунами и выходами коренных скальных пород. Только в отдельных участках русла, в старицах и воложках (рукавах-протоках), накапливались тонкодисперсные ДО [2].
После заполнения Чебоксарского водохранилища в 1981 г. начался процесс разрушения берегов и ложа. Продукты абразии и эрозии стали формировать песчаную отмель, а в понижениях рельефа дна откладывались илистые отложения в виде бурого наилка толщиной до 1 см. Высокий водообмен (К = 19.8) способствовал выносу тонкодисперсной взвеси в нижележащее водохранилище. Величина мутности достигала в нижнем бъефе Чебоксарского гидроузла 100 мг/л, затем она быстро уменьшилась - до 15-25 и сейчас в среднем составляет 13 мг/л. График твердого стока в створе Чебоксарской ГЭС представлен двумя пиками, которые приходятся на время весеннего половодья (40 мг/л) и осенних паводков (25 мг/л), в остальные периоды значения мутности находятся в пределах 5-10 мг/л.
Рекогносцировочные работы в 1981 г. не позволили детально обрисовать процесс осадкообразования. Лишь по материалам грунтовой съемки 1991 г. было установлено, что локальный характер распределения наносов стал площадным [7]. Наметившаяся ранее дифференциация наносов по глубинам четко определилась в следующем десятилетии. Увеличилась только интенсивность накопления осадков за счет роста абразионных процессов (табл. 2). Исключение составил бурый ил, мощности которого уменьшились более чем в три раза, так как прекратилось поступление материала с крутых берегов, сложенных глинистой брекчией.
Предположения [7] о замедлении абразии берегов оказались неоправданными. Длительное сохранение среднегодовых уровней воды с 1991 по 2002 г. в нижнем районе (63.4 м БС) и резкие перепады уровней в среднем и верхнем (пос. Просек) привели к ее активизации (рисунок). Так, из 10 реперов, установленных на правом (крутом) берегу на расстоянии 1 м от бровки обрыва, сохранилось девять. Из 10 реперов на левом (пологом) берегу не сохранилось ни одного. Аналогичная картина отмечалась на островах, где пять реперов, вбитые в берег, открытый к водохранилищу, исчезли, а с противоположной стороны все пять сохранились. К сожалению, сейчас трудно установить, на сколько метров произошло отступление берега, так как не предполагалось его активное разрушение. Увеличение абразии низкого левого берега во втором десятилетии существования Чебоксарского водохранилища явление ординарное, которое харак-
Таблица 2. Динамика распределения и накопления ДО в Чебоксарском водохранилище (числитель - 1991, знаменатель - 2001 гг., здесь и в табл. 5, 8 прочерк - отсутствие данных)
Тип грунта, ДО Площадь, км2 Средняя Объем, км3/104 Масса, Среднегодовое накопление
толщина, см млн. т мм тыс. т кг/м2
Размытая почва 209. 9 216. 0 - - - - - -
Песок с галькой 42. 1 35.0 2. 0 7. 0 1. 8 1. 0 90 2. 6
Песок 317. 4 1. 1 34. 3 7 .2 1. 1 7 2 0 2. 3
330. 4 2. 8 93.0 20. 5 1. 4 1025 3. 1
Илистый песок 285. 0 255. 8 0. 6 3. 1 17. 6 79. 2 2 .4 11. 2 0. 6 1. 6 240 560 0. 8 2. 2
Песчанистый ил 131. 0 156. 0 0. 7 4. 9 8.6 77. 0 0. 6 6. 1 0. 7 2. 5 60 305 0. 5 2. 0
Бурый ил 24. 0 50. 0 12. 0 1. 1 5. 0 110 4. 6
24. 0 15. 0 36. 0 4. 3 7. 5 215 9. 0
Серый ил 187. 8 2. 5 4 7 .6 2. 6 2. 5 260 1. 4
180. 0 8. 0 Ти 144. 7 т осадкообр 8. 4 азования 4. 0 420 2. 3
Занесение 1200 1. 0 3. 6 120. 1 436. 9 13. 9 52. 3 1. 0 1. 8 1390 2615 1. 2 2. 2
Осадконакопление 945. 5 981. 2 1. 3 4. 5 120. 1 436. 9 13. 9 52. 3 1. 3 2. 3 1390 2615 1. 5 2. 7
Илонакопление 342. 8 360. 0 2. 0 7. 2 6 8 .3 257. 7 4 .2 18. 8 2. 0 3. 6 420 940 1. 2 2. 6
терно и для других равнинных водоемов (Влоцлав-ское водохранилище на р. Висле) [14].
Усиление абразионной деятельности по левому берегу и мористым сторонам островов способствовало росту темпов седиментации почти в два раза. Это видно из табл. 2, где приведены сведения не только для всех типов ДО, но и для видов осадкообразования: занесения - аккумуляции всех типов наносов в расчете на площадь водохранилища при нормальном подпорном уровне; осадконакопле-ния - в расчете на площадь их распространения, исключая площади размыва, заболачивающиеся и новообразованные гидроморфные почвы; илона-копления - аккумуляции тонкодисперсных ДО (алевритовой и пелитовой фракций) в расчете на площадь их распространения.
Выделение категорий седиментации важно, ибо в одних случаях дается характеристика наносо-удержания, необходимая для расчета времени эксплуатации водоема, а в других - выясняются гидроэкологические аспекты, связанные с особенностями накопления ДО, биопродуктивностью дна, депонированием загрязняющих веществ, оценкой риска вторичного загрязнения воды, евтрофирова-
нием водоемов, эксплуатацией, реконструкцией, реабилитацией и т.д. [6].
Показатели процесса осадконакопления (занесения) по глубинам (табл. 3) также подтверждают, что на отметках дна от уреза до изобаты 6 м накапливается >75% песчанистых наносов со средней толщиной отложений 3.2 см (2.6-3.8), а местами до 1 м и более, что характерно для мест интенсивного обрушения берегов.
Динамика и прогноз изменения площадей основных типов ДО и трансформированных грунтов (разбухших и размытых почв) показаны в табл. 4. Их площади между двумя последними съемками практически не изменились т.е. находятся в пределах ошибок определения и близки к прогнозным в 2002 г. [7].
По аналогии с водохранилищами верхней Волги, где ареалы ДО четко обозначились и не испытывают стохастических изменений, можно предположить, что к 2020 г. в Чебоксарском водохранилище при существующем уровне и режиме эксплуатации, площади под трансформированными грунтами сократятся вдвое, покров песчаных
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.