ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ, 2010, № 2, с. 100-111
РЕГИОНАЛЬНЫЕ ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ
УДК 628.3:627.8(574.5)
ФОРМИРОВАНИЕ КАЧЕСТВА ВОДЫ ГОРЬКОВСКОГО И ЧЕБОКСАРСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩ
© 2010 г. М.Ю. Кочеткова
Федеральное государственное учреждение "Центр лабораторного анализа и технических измерений по Приволжскому федеральному округу "
Поступила в редакцию 14.04.2009 г.
Изучены закономерности формирования и трансформации химического состава водных масс Горь-ковского и Чебоксарского водохранилищ под воздействием поступающих в них загрязняющих веществ. Оценена нагрузка на водохранилища по фосфору. На основе математического моделирования выявлена внутригодовая изменчивость гидрологической структуры в речной и озерной частях Горьковского водохранилища. Выполнено районирование водохранилищ по комплексу гидрохимических показателей. Показано ожидаемое изменение минерализации воды в различных частях Чебоксарского водохранилища в случае повышения его уровня.
В бассейне Волги проживает 60 млн человек, в том числе 45 млн горожан, производится 45% промышленной и около 50% сельскохозяйственной продукции России. На Волге и ее притоках создано 12 крупных (объемом свыше 1 км3) водохранилищ суммарной площадью более 23 000 км2 и полным объемом 168 км3. Высокие плотность населения и концентрация промышленности и сельскохозяйственного производства привели к интенсивной антропогенной нагрузке на экосистемы как на водосборной площади, так и в самих водохранилищах. Несмотря на спад производства после 1990 г. Волжский бассейн продолжает служить приемником больших объемов промышленных, коммунально-бытовых и сельскохозяйственных сточных вод, а также выбрасываемых в атмосферу загрязняющих веществ, значительная часть которых поступает затем в реки и водоемы с поверхностным и подземным стоком.
Изучение гидролого-гидрохимического режима Горьковского и Чебоксарского водохранилищ наиболее активно велось в 1960-1980 гг. Институтом биологии внутренних вод РАН (Н.В. Буторин, Н.А. Дзюбан) и Гидрохимическим институтом Гидромета (А.А. Зенин). Последние 20 лет специальные исследования качества воды в этих водохранилищах не проводились, а наблюдения, ведущиеся подразделениями гидрометеослужбы и бассейновых управлений на этих водоемах, не обобщались. В связи с этим изучение формирования и трансформации качества воды
в водохранилищах Средней Волги, чрезвычайно актуально.
Как видно из табл. 1, полный объем Чебоксарского водохранилища при современном подпорном уровне почти вдвое меньше Горьковского, а по длине оно уступает в 1.3 раза. Водохранилища значительно различаются по водообмену. Средний многолетний коэффициент условного водообмена (Кв) Горьковского водохранилища 6.0, что соответствует периоду водообмена 2 месяца, для Чебоксарского водохранилища Кв - 20.9, т.е водообмен в нем происходит в среднем за 17 дней.
Местоположение станций наблюдений показано на рис. 1. Цифрами обозначены номера станций отбора проб воды на химический анализ. Основное внимание уделялось изучению влияния крупных городов на экосистемы водоемов.
Анализ подтверждал, что воды основной реки -Волги, питающей оба водохранилища, и их притоков, формирующихся в различных природных условиях, имеют существенно различные физические и химические характеристики. Поступая в водоем замедленного водообмена, эти воды в приустьевых районах сохраняют свои свойства и представляют в водоеме обособленные водные массы. За счет процессов перемешивания и трансформации в самом водоеме формируются новые водные массы. В связи с этим в водохранилищах выделяются два типа генетически разнородных водных масс: речные водные массы и водные массы собственно водохранилища.
Физико-географические условия формирова-
Таблица 1. Основные морфометрические характеристики Горьковского и Чебоксарского водохранилищ [1, 11].
Водохранилище Годы заполнения Объем, км3 Площадь зеркала, км2 Длина, км Ширина наибольшая, км Глубина, м
Полный Полезный средняя наибольшая
Горьковское Чебоксарское* 1955-1957 1981 8.82 4.60 3.90 0 1591 1080 430 321 335 16.0 10 5.5 4.2 5.8 22 21 25
12.60 2.49 2181 16.0
* В числителе - при современном подпорном уровне, в знаменателе - при проектном НПУ (68 м).
ния вод левобережных притоков Чебоксарского водохранилища существенно отличаются от правобережных. Для правобережных притоков характерна высокая минерализация и низкая цветность. Левые притоки - типично лесные реки. Для них характерны высокая цветность, низкая минерализация и более высокое содержание органического вещества и железа.
В табл. 2 и 3 отражены сезонные изменения гидрохимических характеристик вод (пределы колебания) в устьевых участках притоков Горьковского и Чебоксарского водохранилищ в 19972005 и 2000-2005 гг. соответственно.
Свойства водных масс в верхних участках Горьковского и Чебоксарского водохранилищ полностью определяются водами вышележащих водохранилищ Волжского каскада; нижние участки - это районы с новыми физическими и химическими свойствами сформировавшейся водной массы водохранилищ.
Выполненный статистический анализ солевого состава вод обеих связанных между собой водохранилищ обнаруживает существование трех кластеров на графике зависимости электропроводности от минерализации (рис. 2). Это ясно указывает на присутствие в системе Горьковс-кого и Чебоксарского водохранилищ трех разнокачественных водных масс: первая группа точек относится к волжским водам (водам вышележащего водохранилища с малой минерализацией), третья - к существенно более минерализованным водам рек Оки и Суры (более 400 г/л), а вторая характеризует смешанные волжско-окские воды и воды, которые образуют собственную водную массу Чебоксарского водохранилища.
На основании данных о минерализации воды основных притоков (Ока, Сура, Ветлуга, Керже-нец) из Гидрологических ежегодников за 19821985 гг. были получены связи минерализации с расходами воды в замыкающих створах рек в различные фазы гидрологического режима (табл. 4) [2]. Проверка полученных зависимостей, выполненная нами по материалам наблюдений за рас-
ходами и минерализацией этих рек в различные сезоны 2000-2005 гг., подтвердила неизменность этих связей.
На основании этих зависимостей построены графики изменения минерализации воды указанных притоков в годы разной водности, подобные рис. 3.
Для оценки качества вод Горьковского и Чебоксарского водохранилищ использован индекс загрязненности вод (ИЗВ), установленный Гос-комгидрометом СССР [9]*.
В связи с тем, что в течение года концентрации отдельных ингредиентов и, следовательно, их отношения к предельно допустимым концентрациям (ПДК) могут изменяться, а предлагаемая методика требует расчета по наибольшим значениям этих отношений, периодически при расчете ИЗВ происходит смена показателей. В этом случае, по нашему мнению, некорректно проводить сравнения по изменению качества воды на одних и тех же участках во времени или между отдельными участками. Методика расчета ИЗВ, требующая расчета строго по 6-и имеющим максимальное значение показателям, не дает корректной оценки изменения качества воды во времени и пространстве.
Для более объективного сравнения отдельных участков между собой по величине индекса загрязненности расчеты последнего следует производить с использованием одних и тех же показателей, измеряемых в каждом створе. При этом для расчета были использованы 10 и 15 одинаковых показателей. Оценка качества воды Горьковско-го и Чебоксарского водохранилищ выполнялись для лет разной водности в период 2001-2005 гг. В качестве 10 ранжируемых показателей были выбраны: азот аммонийный, железо, нитриты, нитраты, сульфаты, фенолы, хлориды, фосфаты, биохимическое потребление кислорода (БПК5), растворенный кислород. Из представленных дан-
* В настоящее время ведется внедрение методического указания по расчету удельного комбинированного индекса загрязненности воды (УКИЗВ) [10].
Городец
Рис. 1. Расположение мест отбора проб в речной (а) и озерной (б) частях Горьковского и Чебоксарского (в) водохранилищ. 1-64 - номера станций.
ных (табл.5.) видно, что интегральные показатели качества, рассчитанные по 10 и 15 частным показателям, мало отличаются между собой, но, как правило, существенно отличаются от ИЗВ, рассчитанного по общепринятой методике.
На основе анализа поступления загрязняющих веществ с промышленными и хозяйственно-бытовыми сточными водами за ряд лет различной водности в Чебоксарское водохранилище и в его основные притоки - Суру, Ветлугу и Оку на территории Нижегородской области выявлено, что в формировании качества воды в водохранилище решающую роль может играть водность реки и поступление загрязняющих веществ с водосбора, а не объем сточных вод, непосредственно поступающих в водоем.
К числу основных биогенных элементов (БЭ), вносящих наибольший вклад в эвтрофирова-ние водоема, относятся в первую очередь минеральные и органические соединения азота. По данным исследований, проведенных в период 1994-2004 гг., построен график изменения среднегодовой концентрации форм азота и минерального фосфора в Чебоксарском водохранилище в разные по водности годы (рис. 4). Размах колебаний изменения межгодовых значений биогенных элементов достаточно велик. В то же время
не наблюдается какой-либо закономерной связи среднегодовых концентраций отдельных форм биогенных элементов с объемом суммарного притока. Высокое содержание азота нитратов свойственно поверхностному стоку с водосборов, освоенных в сельскохозяйственном отношении, и является результатом антропогенного воздействия [2]. Превышения рыбохозяйственных ПДК по содержанию азота аммонийного наблюдались в многоводные или близкие к средним по водности годы: 1994-1995, 1998, 2001, 2004 (рис. 4). Превышения азота нитратов наблюдалось в 1995, 1999, 2004 гг. По азоту нитритов и фосфору фосфатов превышений ПДК не отмечалось.
Загрязненная р. Ока дает значительную биогенную, в основном азотную, нагрузку на средний участок водохранилища. На правобережных станциях (ниже биологических очистных сооружений Нижнего Новгорода и ниже Кстова) содержание нитритного азота в окском пот
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.