CC BY
16УДК: 556.5
ГИДРОЛОГО-ГИДРОХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВОДОХРАНИЛИЩ ВЕРХНЕЙ И СРЕДНЕЙ ВОЛГИ В МЕЖЕННЫЙ ПЕРИОД*
© 2014 г. А.С. Литвинов, И.Э. Степанова, Э.С. Бикбулатов Е.М. Бикбулатова
ФГБУН «Институт биологии внутренних вод Российской академии наук», пос. Борок, Ярославская область
Ключевые слова: водохранилище, гидрофизическая характеристика, биогенные элементы, органическое вещество.
Проведены обследования Рыбинского, Горьковского, Чебоксарского и верхней части Куйбышевского водохранилищ по ряду гидрофизических и гидро химических (биогенные элементы, органическое вещество) параметров в наиболее напряженный в жизни водоемов период летней межени. Показано, что в меженный период различия между озеровидной и речной частью Горьковского водохранилища по содержанию элементов азота и фосфора, наблюдаемые в весенний период, сглаживаются. По мере продвижения вниз по каскаду водохранилищ снижается нагрузка аллохтонным органическим веществом и увеличивается содержание фосфатов, акватории ниже крупных городов можно принять за зоны повышенной экологической опасности.
Водохранилища Волжского каскада позволяют решать проблемы водоснабжения различных отраслей экономики, обеспечения населения качественной водой. Высокая плотность населения и концентрация предприятий промышленности приводят к антропогенным нагрузкам на экосистемы водохранилищ. Наиболее тяжелое положение в водоемах создается в меженные периоды, когда при сохраняющейся антропогенной нагрузке существенно уменьшается естественный речной сток. В ходе работы ставилась задача оценить сложившееся экологическое состояние водоемов Верхней и Средней Волги. Полученные в меженные периоды гидрологические и гидрохимические данные довольно точно отражают состояние водохранилищ, могут служить информационной базой для выработки программы научно-обоснованных практических мероприятий по улучшению экологической ситуации.
Материалы и методы исследования
Экспедиционные исследования современного экологического состояния Рыбинского, Горьковского, Чебоксарского и верхней части Куйбышевско-
* Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 14-05-00346.
Водное хозяйство России № 2, 2014
Водное хозяйство России
го водохранилищ выполнены за короткий период (с 30 июля по 20 августа 2008 г.). Основное внимание уделялось изучению влияния крупных городов на экосистему водоемов. Точные координаты станций отбора проб установлены с помощью GPS 12 XL.
На каждой станции проводили измерения гидрометеорологических (температура воздуха, облачность, скорость и направление ветра, состояние поверхности водоема), гидрофизических (температура воды, электропроводность, прозрачность) и гидрохимических параметров. Измерения температуры воды и электропроводности осуществляли термокаппометром по вертикали через каждый метр глубины. Пробы воды для химических анализов отбирали батометром с горизонта 1 м. Большинство химических анализов проводили стандартными методами [1] на борту экспедиционного судна и в аттестованном Аналитическом центре Института биологии внутренних вод (ИБВВ) РАН. Органические формы углерода, фосфора и азота переводили в минеральные формы с помощью персульфата калия и определяли соответственно в виде диоксида углерода, ортофосфата и нитрата [2-4]. Расположение станций, их координаты и другие показатели, характеризующие условия отбора проб, приведены в табл. 1 и на рис. 1-3.
Результаты исследований
Гидрологические данные. В питании водохранилищ Верхней Волги главенствующая роль принадлежит поверхностному стоку, более 50 % объема которого приходится на воды весеннего половодья.
По водности в бассейне Верхней и Средней Волги 2008 г. был на 16 % выше нормы. Наполнение водохранилищ закончилось в мае. За март-май поступление воды в Рыбинское водохранилище составило 16,72 км3. В конце мая уровень водохранилища достиг проектной отметки. В июне началась сработка водохранилища, объем притока составил 70 % объема сбросов. К началу экспедиции уровень Рыбинского водохранилища понизился на 35 см.
В период проведения экспедиционных работ среднесуточные расходы воды через Рыбинский и Горьковский гидроузлы изменялись от 680 до 1200 м3/с, Чебоксарский - до 2000 м3/с. Температура воздуха в утренние и вечерние часы находилась в диапазоне от +13 до +18 °С. В дневные часы в отдельные сутки она повышалась до +25 °С, составляя в среднем 18-22 °С. На Рыбинском и Горьковском водохранилищах скорость ветра северной четверти изменялась от штиля до 4-5 м/с, только 6-8 августа в отдельные периоды она увеличилась до 7-10 м/с. При работе на Чебоксарском и Куйбышевском водохранилищах с 10 августа скорость ветра не превышала 3-5 м/с при западном и юго-западном направлениях.
Водное хозяйство России № 2, 2014
Водное хозяйство России
Таблица 1. Местоположение, глубина станций и время отбора проб, июль-август 2008 г.
№ станции Название станции Дата, время Широта, ф Долгота, X Глубина, м
Рыбинское водохранилище
1 Коприно 30.07; 09-00 58о04 '00" 38о18 ' 13
2 Молога 30.07; 11-00 58о13 '00" 38о27 '32 15
3 Волково 01.08; 7-40 58о09 '60" 38о47'82" 17
4 Наволок 30.07; 13-10 58о22 '75" 38о23 '24" 10
5 Всехсвятское 01.08; 10-55 58о23 '25" 38о38 '57" 10
6 устье Ухры 01.08; 9-50 58о22 '56" 38о52 '72" 7
7 Измайлово 30.07; 14-00 58о27'72" 38о29 '70" 7
8 Средний Двор 30.07; 14-55 58о31'42" 38о19 '79" 10
9 Ягорба (шлюз) 31.07; 19-50 58о43 '61" 38о16 '12" 13
10 Мякса 31.07; 18-20 58о51'73" 38о07'50" 13
11 Любец 31.07; 16-35 59о00 '97" 37о51'20" 11
12 Ваганиха 31.07; 9-20 59о07'08" 37о40 '13" 9
13 устье Суды 31.07; 8-40 59о05 '91" 37о43 '74" 9
14 устье Кошты 31.07; 10-30 59о07'23" 37о56 '33" 7
15 р. Ягорба 31.07; 13-20 59о11'40" 37о93 '50" 6
16 Кабачино 31.07; 14-10 59о06 '19" 38о01'34" 12
17 Первомайские о-ва 30.07; 19-55 58о23 '66" 37о45 '02" 11
18 устье Себлы 31.08; 9-50 58о22 '56" 38о52 '72" 7
19 Противье 30.07; 20-30 58о31'40" 37о32 '20" 5
20 Брейтово 30.07; 17-10 58о19 '36" 37о57 '01" 13
Горьковское водохранилище
1 н/б Рыбинской ГЭС 04.08; 13-10 58о03 '58" 38о50 '39" 7
2 ниже Рыбинска 04.08; 14-50 58о02 '26" 38о56 '18" 5
3 выше Ярославля 04.08; 18-50 57о41'76" 39о49 '26" 5
4 ниже Ярославля 05.08; 8-10 57о33 '70" 40°07 ' 01" 7
5 Красный Профинтерн 05.08; 9-55 57о44 '91" 40о27 '51" 6
6 выше Костромы 05.08; 11-05 57о46 '87" 40о42 '30" 7
7 ниже Костромы 05.08; 17-55 57о41'22" 40о59 '66" 6
8 ниже Плеса 06.08; 7-30 57о27'20" 41о33 '87" 12
9 ниже Кинешмы 06.08; 10-35 57о26 '70" 42о14 '18" 14
10 Юрьевец (правый берег) 06.08; 14-30 57о18 '69" 43о07'20" 13
11 Юрьевец (середина) 06.08; 15-30 57о21'44" 43о11' 84" 10
12 Пучеж 06.08; 19-00 56о58 '63" 43о11' 70" 15
13 в/б Горьковской ГЭС, середина 07.08; 7-20 56о41'25" 43о20 '45" 14
14 в/б Горьковской ГЭС, (левый берег) 07.08; 8-00 56о41'64" 43о23 '25 11
Водное хозяйство России
Окончание табл. 1
№ станции Название станции Дата, время Широта, ф Долгота, X Глубина, м
Чебоксарское водохранилище
15 н/б Горьковской ГЭС 07.08; 11-30 56о36 '45" 43о29 '45" 3
16 Сормово 07.08; 14-00 56о21'08" 43о56 '13" 3
17 р. Ока 08.08; 08-06 56о19 '46" 43о58 '17" 5
18 БОС ПБ (правый берег) 08.08; 9-55 56о16 '85" 44о08 '34" 5
19 БОС ЛБ (левый берег) 08.08; 10-15 56о16 '73" 44о69 '10" 5
20 ниже Кстово ПБ 08.08; 11-35 56°09 '59" 44о13 '99" 8
21 ниже Кстово ЛБ 08.08; 11-55 56°09 '75" 44о14 '34" 5
22 Безводное ПБ 08.08; 13-12 56о09 '05" 44о22 '90" 5
23 Безводное ЛБ 08.08; 13-30 56о09 '15" 44о23 '22" 4
24 Макарьев ПБ 08.08; 17-25 56о04 '87" 45о05 '41" 4
25 Макарьев ЛБ 08.08; 17-40 56о05 '07" 45о04 '91" 9
26 р. Сура 09.08; 09-10 56о06 '78" 45о59 '42" 8
27 Васильсурск ПБ 09.08; 10-15 56о08 '18" 46о00 '11" 12
28 Васильсурск ЛБ 09.08; 10-45 56о08 '36" 45о59 '83" 7
29 р. Ветлуга 09.08; 13-20 56о18 '88" 46о22 '25" 9
30 Козьмодемьянск ПБ 09.08; 16-10 56о20 '85" 46о35 '95" 4
31 Козьмодемьянск ЛБ 09.08; 16-25 56о21'46" 46о35 '55" 15
32 Ильинка 09.08; 19-30 56о11'19" 46о50 '00" 16
33 в/б Чебоксарской ГЭС 10.08; 14-50 56о08 '44" 47о23 '79" 13
Куйбышевское водохранилище
34 н/б Чебоксарской ГЭС 10.08; 17-25 56о06 '91" 47о34 '47" 7
35 Звенигово 10.08; 20-10 55о55 '94" 48о05 '17" 9
36 против Свияги 11.08; 10-05 55о47'29" 48о45 '99" 9
37 ниже Казани 11.08; 16-35 55о41'72" 49о00 '46" 10
38 Камское устье 12.08; 09-15 55о14 '47" 49о14 '12" 15
39 гора Лобач 12.08; 10-05 55о11'48" 49о19 '23" 17
40 2 станция 1 разреза 12.08. 11-00 55о12 '72" 49о22 '01" 8
41 3 станция 1 разреза 12.08; 11-45 55о13 '35" 49о23 '54" 9
42 4 станция 1 разреза 12.08; 12-45 55о15 ' 30" 49о27'22" 19
43 5 станция 1 разреза 12.08; 14-05 55о19 '00" 49о29 '20" 17
44 1 станция 2 разреза 13.08; 08-08 55о08 '04" 49о11' 52" 10
45 2 станция 2 разреза 13.08; 08-40 55о07'21" 49о13 '22" 7
46 3 станция 2 разреза 13.08; 09-14 55о06 '29" 49о15 '32" 10
46а 4 станция 2 разреза 13.08; 09-50 55о05 '34" 49о17'52" 12
Водное хозяйство России № 2, 2014
Водное хозяйство России
Рис. 1. Картосхема расположения станций наблюдения на Рыбинском водохранилище: 1 - Коприно; 2 - Молога; 3 - Волково; 4 - Наволок; 5 - Всехсвятское; 6 - Ухра; 7 - Измайлово; 8 - Средний двор; 9 - Ягорба (шлюз); 10 - Мякса; 11 - Любец; 12 - Ваганиха; 13 - Устье Суды; 14 - Устье Кошты; 15 - Ягорба; 16 - Кабачино; 17 - Первомайские острова; 18 - Устье Себлы; 19 - Противье; 20 - Брейтово.
Водное хозяйство России № 2, 2014
Водное хозяйство России
Рис. 2. Картосхема расположения станций: а - на Горьковском; б - Чебоксарском водохранилищах.
Водное хозяйство России № 2, 2014
Водное хозяйство России
Температура поверхностного слоя воды в Рыбинском водохранилище изменялась от +18,6 в северной части Моложского и Шекснинского плесов до +20,2 °С в центральной части водохранилища. Разница температуры по вертикали не превышала 0,8 °С. В Горьковском водохранилище она изменялась от +18,5 до 20,1 °С, в Чебоксарском от +117,4 до 19,4 °С, в Куйбышевском от +19,7 до 20,7 °С (табл. 2). В связи с достаточно интенсивным перемешиванием за счет скоростей течения различия по вертикали составляли не более 0,3 °С.
Таблица 2. Температура, прозрачность воды и электропроводность в поверхностном слое в водохранилищах Верхней и Средней Волги, июль-август 2008 г.
№ станции Температура, °с Электропроводность при 18 °с, мксим/см Прозрачность, см
Рыбинское водохранилище
1 19,9 208 150
2 19,9 208 190
3 19,5 210 130
4 19,5 210 130
5 19,9 208 160
6 19,3 214 160
7 20,2 208 140
8 19,8 208 130
9 19,4 194 160
10 19,4 173 130
11 18,9 215 120
12 18,8 280 130
13 18,6 246 110
14 19,8 210 100
15 19,4 240 110
16 19,7 155 120
17 18,9 194 130
18 19,3 191 130
19 19,0 196 130
20 19,6 193 150
Горьковское водохранилище
1 18,8 201 110
2 18,9 201 110
3 19,0 204 100
4 19,0 203 100
5 19,0 212 100
6 19,0 216 100
7 19,2 222 80
8 19,3 234 110
Водное хозяйство России № 2, 2014
Водное хозяйство России
Окончание табл. 2
№ станции Температура, °с Электропроводность при 18 °с, мксим/см Прозрачность, см
9 20,1 232 130
10 19,2 219 120
11 18,6 220 120
12 18,5 194 150
13 18,9 204 160
14 18,8 203 150
Чебоксарское водохранилище
15 18,6 202 120
16 18,3 204 150
17 17,4 407 170
18 17,4 405 170
19 17,4 278 150
20 17,4 335 70
21 17,4 239 70
22 17,6 295 110
23 17,5 225 130
24 17,9 328 120
25 17,8 248 130
26 19,0 532 120
27 18,6 317 130
28 18,4 295 120
29 18,2 256 130
30 19,3 316 70
31 19,0 307 150
32 19,0 318 170
33 19,4 313 150
Куйбышевское водохранилище
34 19,8 315 200
35 19,8 320 180
36 19,6 328 210
37 20,1 325 190
38 19,8 316 150
39 19,9 314 150
40 19,9 314 110
41 19,9 326 130
42 20,5 338 150
43 20,4 335 140
44 19,9 312 130
45 20,7 313 160
46 19,7 315 160
47 21,0 310 100
Водное хозяйство России № 2, 2014
Водное хозяйство России
Распределение температуры воды по поперечным разрезам в Чебоксарском водохранилище ниже устья р. Оки зависит от температуры в его основных притоках. Более низкая температура воды у правого берега в верховьях водохранилища обусловлена меженными водами р. Оки. Как было показано ранее, воды р. Оки, несмотря на значительные скорости течения, на достаточно большом расстоянии распространяются вдоль правого берега водохранилища [5].
Значения электропроводности воды в водохранилищах определяли положением водных масс различного генезиса и их перемешиванием. В Рыбинском водохранилище она изменялась от 185 до 195 мксим/см в Моложском плесе, до 204-245 мксим/см в Волжском, Шекснинском и Главном плесах. В Горьковском водохранилище - от 205 мксим/см в речной части ниже плотины Рыбинской ГЭС до 240 мксим/см в районе городов Плес и Кинешма. Ниже г. Юрьевец в озерной части электропроводность зафиксирована в диапазоне от 205 до 220 мксим/см. В нижнем бьефе Горьковской ГЭС до устья р. Оки 202-204 мксим/см. Воды р. Оки имели электропроводность 407 мксим/см. В связи с этим ниже устья Оки до устья р. Суры у правого берега водохранилища электропроводность изменялась от 405 до 295 мксим/см, а у левого берега - от 225 до 278 мксим/см. Ниже устья р. Суры за счет ее высоко минерализованных вод вновь наблюдалось повышение электропроводности до 318 мксим/см. В Куйбышевском водохранилище от нижнего бьефа Чебоксарской ГЭС, включая Камское расширение, электропроводность изменялась от 312 до 338 мксим/см (табл. 2).
Биогенные элементы и органическое вещество
Биогенные элементы. В Рыбинском водохранилище содержание всех биогенных элементов варьировало в широких пределах (табл. 3), максимальное отмечалось в Шекснинском плесе. В р. Коште, притоке Шекснинского плеса, куда непосредственно сбрасываются промышленные стоки г. Череповца, зафиксированы повышенные концентрации неорганических форм азота и фосфора. Уровень общего азота и общего фосфора превышал соответствующие величины, характерные не только для водохранилища в целом, но и Шекснинского плеса. В придонных слоях воды р. Кошты количество нитритов в несколько раз превышало ПДК по этому компоненту, что свидетельствует о развитых процессах нитрификации. В нижней части Шекснинского плеса (ст. Ягорба 2, Мяк-са и Любец) уровень всех исследованных веществ был невысок, как и в Центральном плесе, где содержание нитритов падало до аналитического нуля (на ст. Волково, Ухра, Всехсвятское).
Водное хозяйство России № 2, 2014
Водное хозяйство России
Таблица 3. Содержание биогенных элементов в Рыбинском, Горьковском, Чебоксарском и Куйбышевском водохранилищах в начале августа 2008 г., мг N или Р на дм3
№ станции Название станции n0^ n0^ Nобщ РО43- р общ
Рыбинское водохранилище
1 Коприно 0,005 0,07 0,86 0,027 0,059
2 Молога 0,003 0,04 0,83 0,010 0,050
3 Волково 0 0,039 1,03 0,011 0,042
4 Наволок 0,007 0,07 0,69 0,008 0,031
5 Всехсвятское 0 0,017 0,69 0,002 0,032
6 Ухра 0 0,025 0,47 0,036 0,032
7 Измайлово 0,004 0,06 0,59 0,007 0,029
8 Средний Двор 0,007 0,06 0,69 0,007 0,031
9 Ягорба (шлюз) 0,004 0,028 1,02 0,038 0,042
10 Мякса 0 0,02 0,75 0,043 0,053
11 Любец 0,001 0,029 0,74 0,056 0,061
12 Ваганиха 0,011 0,11 1,01 0,057 0,096
13 устье Суды 0,008 0,09 - 0,020 0,066
14 устье Кошты 0,022 0,163 1,44 0,056 0,100
Кошта (дно)* 0,246 1,269 3,85 0,058 0,046
Кошта (пов)* 0,184 0,905 3,81 0,062 0,115
Промсток (пов)* 0,051 0,565 3,23 0,214 0,500
Промсток (дно)* 0,015 0,262 1,89 0,220 0,519
15 р. Ягорба 0,002 0,049 0,85 0,056 0,103
16 Кабачино 0 0,003 0,73 0,016 0,060
17 Первомайские о-ва 0 0,018 0,74 0,060 0,073
18 устье Себлы 0 0,015 0,72 0,036 0,067
19 Противье 0 0,013 0,73 0,034 0,070
20 Брейтово 0,006 0,05 0,68 0,011 0,047
Среднее по водохранилищу 0,006 0,037 0,93 0,030 0,057
Горьковское водохранилище
1 н/б Рыбинской ГЭС 0 0,004 0,85 0,018 0,048
2 ниже Рыбинска 0 0,007 1,05 0,060 0,096
3 выше Ярославля 0 0,030 1,08 0,026 0,092
4 ниже Ярославля 0 0,012 1,09 0,023 0,080
5 Красный Профинтерн 0 0,036 0,84 0,027 0,052
6 выше Костромы 0 0,046 0,92 0,038 0,113
7 ниже Костромы 0 0,092 0,86 0,068 0,145
8 ниже Плеса 0,003 0,077 1,60 0,059 0,122
9 ниже Кинешмы 0,003 0,087 0,74 0,056 0,108
10 Юрьевец (ПБ) 0 0,024 1,15 0,046 0,072
11 Юрьевец (середина) 0 0,033 1,12 0,056 0,155
12 Пучеж 0 0,018 0,92 0,039 0,079
Водное хозяйство России № 2, 2014
Водное хозяйство России
Окончание табл. 3
№ станции Название станции no2- no3- Nобщ РО43- p общ
13 в/б ГГЭС (середина) 0 0,017 0,76 0,032 0,049
14 в/б ГГЭС (ЛБ) 0 0,017 1,23 0,030 0,070
Среднее по водохранилищу 0 0,035 1,01 0,041 0,091
Чебоксарское водохранилище
15 н/б ГГЭС 0 0,027 2,03 0,026 0,056
16 Сормово ниже моста 0,003 0,015 1,15 0,028 0,063
17 Ока между мостами 0,003 0,370 1,08 0,068 0,128
18 ниже БОС (ПБ) 0,003 0,331 1,57 0,064 0,125
19 ниже БОС (ЛБ) 0,004 0,216 1,58 0,062 0,110
20 ниже Кстово (ПБ) 0,004 0,200 1,24 0,075 0,168
21 ниже Кстово (ЛБ) 0,003 0,110 1,40 0,065 0,124
22 Безводное (ПБ) 0,004 0,164 1,69 0,070 0,176
23 Безводное (ЛБ) 0,003 0,169 1,49 0,070 0,119
24 Макарьево (ПБ) 0,004 0,061 1,64 0,075 0,137
25 Макарьево (ЛБ) 0,005 0,077 1,56 0,060 0,148
26 р. Сура 0,019 0,048 1,29 0,094 0,260
27 Васильсурск (ПБ) 0,008 0,136 1,32 0,101 0,172
28 Васильсурск (ЛБ) 0,011 0,103 1,14 0,074 0,151
29 р. Ветлуга 0,008 0,125 1,29 0,075 0,140
30 ниже Козмодемьянска (ПБ) 0,009 0,120 1,25 0,070 0,115
31 ниже Козмодемьянска (ЛБ) 0,009 0,118 1,12 0,043 0,110
32 Ильинка 0,012 0,124 1,06 0,062 0,096
33 ниже Чебоксар 0,026 0,166 1,14 0,040 0,087
Среднее по водохранилищу 0,007 0,142 1,37 0,064 0,130
Куйбышевское водохранилище
34 н/б Чебоксарской ГЭС 0,026 0,161 1,17 0,069 0,108
35 ниже Звенигово 0,011 0,089 0,96 0,120 0,190
36 против устья Свияги 0,010 0,100 0,84 0,114 0,158
37 ниже Казани 0,014 0,040 1,13 0,115 0,183
38 Камское Устье 0,012 0,089 0,92 0,117 0,184
39 Рынок г. Лобач 0,011 0,102 1,03 0,114 0,180
43 5-я ст. первого разреза 0,002 0,093 0,70 0,084 0,143
45 2-я ст. второго разреза 0,002 0,089 0,84 0,068 0,112
47 4-я ст. второго разреза 0,003 0,093 0,70 0,056 0,094
Среднее по водохранилищу 0,010 0,126 0,81 0,095 0,150
Примечание: * - эти станции при расчете средней концентрации по водохранилищу не учитывались.
Водное хозяйство России № 2, 2014
Водное хозяйство России
Уровни азота и фосфора в речном плесе Горьковского водохранилища формируют небогатые биогенными элементами воды, поступающие из Рыбинского водохранилища. Качество его вод в значительной степени определяют сточные воды крупных городов, влияние которых наиболее отчетливо наблюдается весной, когда разбавление стоков снижается вследствие малого сброса воды через Рыбинский гидроузел. Среди соединений азота и фосфора преобладают минеральные формы. Летом при увеличении кратности разбавления сточных вод отмечается слабая тенденция к повышению концентраций азота и фосфора ниже крупных городов [6, 7] - Костромы, Кинешмы, Плеса (см. табл. 3). В бассейн Горьковского водохранилища в последнее десятилетие ежегодно поступает 40-80 тыс. т загрязняющих веществ, в т. ч. 5-10 тыс. т органического вещества (по БПК5); 2,0-2,5 тыс. т аммонийного азота; 2-4 тыс. т нитратов; 80-240 т нитритов; 150-300 т фосфатов [8]. В приплотинной зоне концентрации фосфатов и общего фосфора минимальны [6] (см. табл. 3).
Весной в озерном плесе водохранилища отмечается более низкий уровень содержания биогенных элементов по сравнению с речным [6]. Это обусловлено влиянием крупных боковых притоков, незарегулирован-ный сток которых содержит небольшие количества азота и фосфора из-за невысокой освоенности водосбора. В летний период различия между озеро-видной и речной частью водохранилища по содержанию элементов азота и фосфора сглаживаются (см. табл. 3).
Содержание нитритов в водохранилище в период максимального развития фитопланктона падает до аналитического нуля практически по всей акватории, исключение составляет вода ниже городов Плес и Кинешма (0,003 мг N/дм3), где также отмечается и наибольший уровень нитратов (0,077 и 0,087 мг N/дм3 соответственно).
В Чебоксарском водохранилище по различному генезису водных масс выделяются два участка: верхний - от плотины Горьковского гидроузла до устья р. Оки и нижний - от устья р. Оки до г. Чебоксары. Первый участок заполнен волжской водной массой, сформированной в Рыбинском и Горь-ковском водохранилищах. Во втором участке, ниже устья р. Оки, идет взаимодействие волжской и окской вод. При этом окские воды сформированы в условиях, существенно отличающихся от условий Верхней Волги. Главной особенностью состава вод на участке ниже устья р. Оки является ярко выраженная пространственная неоднородность в распределении суммы солей, соотношениях главных ионов, биогенных элементов и органического вещества [9]. Менее минерализованные волжские воды, прижатые к левому берегу, сохраняют свои гидрохимические характеристики до с. Безводное. Более минерализованные воды р. Оки, испытывающей мощную антропогенную нагрузку предприятий г. Дзержинска, содержат заметно большие количества химических компонентов. Содержание нитратов и соединений фосфора
Водное хозяйство России № 2, 2014
Водное хозяйство России
в водах Оки в два и более раз превышает соответствующие концентрации в волжских водах (см. табл. 3). Это является явным признаком неблагополучия экологической ситуации как в самой реке, так и на подверженных ее воздействию участках. Другими источниками, формирующими качество воды второго участка, служат реки Сура и Ветлуга, объем притока которых в среднем составляет 13,5 % от суммарного в водохранилище. Главным компонентом, отличающим химический состав воды Суры от водохранилищ-ных вод, является фосфор как в неорганической, так и органической форме.
Уровень нитратов в водохранилище варьирует от 0,027 в нижнем бьефе ГГЭС до 0,033 ниже биологических очистных сооружений (правый берег), составляя в среднем 0,140 мг ^дм3. Уровень фосфатов максимален под Васильсурском (0,101 мг Р/дм3). В Чебоксарском водохранилище уровни нитритов и нитратов в 3 раза, а фосфатов и общего фосфора в 1,5 раза больше, чем в вышележащем Горьковском (см. табл. 3). Такой высокий уровень неорганических форм азота и фосфора обусловлен тем, что Чебоксарское водохранилище испытывает более высокую антропогенную нагрузку, чем Горьковское. В Чебоксарское водохранилище в течение года в среднем поступает от 10 до 95 тыс. т загрязняющих веществ, в т. ч. 5-12 тыс. т органического вещества; 2,8-5,0 тыс. т аммонийного азота; 2-11 тыс. т нитратов; 60-290 т нитритов; 280-1200 т фосфора [8]. В верхней части Куйбышевского водохранилища - Волжском и Волжско-Камском плесах - содержание неорганических форм биогенных элементов выше, чем в остальных исследуемых водохранилищах (см. табл. 3). Уровень фосфатов и общего фосфора возрастает по мере продвижения вниз по каскаду (рис. 4, 5).
Водное хозяйство России
мг Р/л 0,20
0,18 .
0,16
0,14 J
0,12
0,10
0,08
0,06
0,04
0,02
0,00
Ll
Рыбинское Горьковское Чебоксарское Куйбышевское
Рис. 5. Средний уровень общего фосфора в водохранилищах.
Исследуемые водохранилища характеризуются довольно высоким содержанием общего азота и фосфора [9, 10] (см. табл. 3), которое должно обеспечивать потребности альгоценозов. Однако этот запас в ряде случаев недоступен для водорослей, что вызывает биогенное лимитирование. В Рыбинском водохранилище фиксировалось лимитирование по фосфору (N/P = 18,8). Исходя из соотношения концентраций этих веществ в верхней части Горьковского водохранилища, где еще не трансформированы воды расположенного выше Рыбинского (табл. 1), можно предположить, что фитопланктон также испытывает фосфорное лимитирование С^бщ/Робщ > 15). На остальных станциях, где ^бщ/Робщ от 12 до 15, он обеспечен сбалансированным биогенным питанием. В Чебоксарском водохранилище развитие фитопланктона в волжской воде также лимитировано фосфором (среднее ^бщ/Робщ = 16), в окской - азотом [10].
Органическое вещество. Экологически значимая лабильная компонента органического вещества (ЛОВ), определяемая по БПК5, в Рыбинском водохранилище варьровала от 0,7 до 8,9 мг О/дм3 (в местах выпуска промстоков). В основном она не превышала 2 мг O/дм3, что характерно для достаточно чистых водоемов. Повышенные величины наблюдались во время массового развития синезеленых водорослей как результат прижизненного выделения легко утилизируемых микрофлорой веществ (табл. 4). На лабильную фракцию приходилось 2,6-14,8 % общего ко -личества ОВ. Наиболее высоким процентное содержание ЛОВ было в
Водное хозяйство России № 2, 2014
Водное хозяйство России
Таблица 4. Показатели органического вещества в Рыбинском, Горьковском, Чебоксарском и Куйбышевском водохранилищах, август 2008 г.
№ станции Показатель
Название станции рн Цветность, градус цветности бпк5, мгО/дм3 ХПК, мгО/дм3 Концентрация ОВ во взвеси, мгС/дм3 бпк5/ ХПК, %
Рыбинское водохранилище
1 Коприно 8,15 50 1,6 31,1 0,9 5,1
2 Молога 8,34 50 2,3 33,9 1,5 6,8
3 Волково 8,54 55 1,6 30,4 1,0 5,3
4 Наволок 8,24 50 1,3 33,9 1,0 3,8
5 Всехсвятское 8,35 50 1,5 35,0 - 4,3
6 Ухра 8,28 55 1,5 29,2 1,3 5,1
7 Измайлово 8,32 45 1,1 29,6 1,2 3,7
8 Средний Двор 8,32 45 0,9 30,7 1,2 3,0
9 Ягорба (шлюз) 8,20 55 1,3 36,2 1,1 3,6
10 Мякса 8,15 60 1,3 41,3 1,5 3,2
11 Любец 8,30 60 1,1 44,0 1,3 2,5
12 Ваганиха 8,26 60 1,9 38,5 0,9 4,9
13 устье Суды 8,08 130 2,9 51,4 1,0 5,7
14 устье Кошты 8,24 55 2,4 38,9 1,3 6,2
Кошта (дно)* 8,38 55 5,6 44,4 2,6 12,6
Кошта (пов)* 8,41 60 5,3 42,8 0,9 12,4
Промсток (пов)* 7,60 65 8,9 51,7 2,5 17,2
Промсток (дно)* 7,72 65 5,5 38,5 1,9 14,3
15 р. Ягорба 8,01 60 1,5 38,9 1,4 3,9
16 Кабачино 8,18 60 1,3 34,6 1,4 3,8
17 Первомайские о-ва 8,30 55 2,9 38,5 0,8 7,5
18 устье Себлы 8,24 55 1,9 34,6 0,9 5,5
19 Противье 8,26 55 2,0 34,6 0,9 5,7
20 Брейтово 8,36 45 1,6 34,3 1,2 4,7
Среднее 8,22 58 2,04 36,8 1,23 5,3
Горьковское водохранилище
1 н/б Рыбинской ГЭС 8,40 50 3,00 26,8 1,5 11,2
2 ниже Рыбинска 8,42 50 1,6 26,4 1,5 6,1
3 выше Ярославля 8,35 50 1,3 27,5 1,5 4,7
4 ниже Ярославля 8,40 50 2,3 25,7 1,6 9,0
5 Красный Профинтерн 8,20 55 3,7 27,2 1,2 13,6
6 выше Костромы 8,32 55 1,3 32,8 1,6 4,0
7 ниже Костромы 8,24 55 2,9 23,4 1,6 12,4
8 ниже Плеса 8,20 55 1,2 24,9 1,4 4,8
9 ниже Кинешмы 8,10 55 0,8 26,4 0,5 3,8
Водное хозяйство России № 2, 2014
Водное хозяйство России
Продолжение табл. 4
Показатель
№ станции Название станции рН Цветность, градус цветности бпк5, мгО/дм3 ХПК, мгО/дм3 Концентрация ОВ во взвеси, мгС/дм3 бпк5/ ХПК, %
10 Юрьевец (ПБ) 7,95 50 1,2 29,0 1,0 4,2
11 Юрьевец (середина) 8,20 55 1,2 31,3 1,7 3,8
12 Пучеж 8,14 55 1,4 31,3 1,4 4,5
13 в/б ГГЭС (середина) 8,20 50 0,7 26,8 1,1 2,6
14 в/б ГГЭС (ЛБ) 8,15 50 0,7 27,2 1,0 2,6
Среднее 8,23 53 1,66 27,6 1,33 6,2
Чебоксарское водохранилище
15 н/б ГГЭС 8,10 50 3,8 27,5 1,2 13,8
16 Сормово, ниже моста 7,92 50 1,0 25,6 1,4 3,9
18 ниже БОС (ПБ) 8,22 60 2,8 30,2 1,9 9,3
19 ниже БОС (ЛБ) 8,25 60 2,2 29,4 2,1 7,5
20 ниже Кстово (ПБ) 8,13 55 2,7 27,5 1,7 9,8
21 ниже Кстово (ЛБ) 8,20 55 1,5 35,8 1,4 4,2
22 Безводное (ПБ) 8,22 55 1,4 40,4 1,3 3,5
23 Безводное (ЛБ) 8,18 55 1,2 35,1 1,2 3,4
24 Макарьево (ПБ) 7,95 55 1,6 39,0 1,2 4,1
25 Макарьево (ЛБ) 8,15 55 1,7 27,5 1,3 6,2
26 р. Сура 8,16 45 2,7 23,4 - 11,5
27 Васильсурск (ПБ) 8,10 50 1,0 30,9 0,8 3,2
28 Васильсурск (ЛБ) 8,10 50 1,0 33,9 0,7 3,0
29 р. Ветлуга ниже 8,05 55 1,1 39,2 0,9 2,8
30 Козмодемьянска (ПБ) ниже 8,15 55 1,5 41,9 0,6 3,6
31 Козмодемьянска (ЛБ) 8,15 55 1,3 24,9 0,7 5,2
32 Ильинка 7,95 50 2,4 24,5 0,6 9,8
33 ниже Чебоксар 8,18 50 1,6 24,1 0,5 6,6
Среднее 8,12 53 1,80 31,1 1,15 6,2
Куйбышевское водохранилище
34 н/б ЧГЭС 8,15 50 1,0 27,9 0,5 3,6
35 ниже Звенигово 8,15 50 1,0 24,5 0,4 4,1
Водное хозяйство России № 2, 2014
Водное хозяйство России
Окончание табл. 4
№ станции Показатель
Название станции рН Цветность, градус цветности бпк5, мгО/дм3 ХПК, мгО/дм3 Концентрация ОВ во взвеси, мгС/дм3 бпк5/ ХПК, %
36 против устья Свияги 8,22 45 2,3 23,8 0,5 9,7
37 ниже Казани 8,00 45 1,3 52,8 0,5 2,5
38 Камское Устье 7,92 50 1,9 32,4 0,5 5,9
39 г. Лобач 8,10 45 1,0 38,9 0,5 2,6
43 5-я ст. первого разреза 8,12 45 0,9 27,5 0,4 3,3
45 2-я ст. второго разреза 8,10 45 1,0 - 0,5 -
47 4-я ст. второго разреза 8,12 45 1,2 31,7 0,7 3,8
Среднее 8,10 47 1,3 32,4 0,50 4,4
Рыбинском водохранилище в Шекснинском плесе, а также в Горьковском ниже Ярославля и Костромы, в Чебоксарском ниже БОС и Кстово и в р. Сура. В летнюю межень различия вод исследованных водохранилищ по цветности сглажены, однако можно отметить тенденцию ее снижения по мере продвижения вниз по каскаду. Наибольшая цветность (58) отмечается в Рыбинском водохранилище, где площадь водосбора наиболее заболочена, минимальная - в Волжском и Волжско-Камском плесах Куй -бышевского водохранилища (47). Количество органического углерода во взвеси тоже значительно уменьшалось при движении вниз по Волге с 1,23-1,33 мгС/дм3 в Рыбинском и Горьковском водохранилищах до 0,5 мгС/дм3 в Куйбышевском.
Таким образом, совокупность полученных гидрохимических и гидрологических данных по Рыбинскому, Горьковскому, Чебоксарскому и верхней части Куйбышевского водохранилищ позволяет выделить специфичные для меженного периода черты их экосистем.
В летний период 2008 г. на водохранилищах Верхней и Средней Волги установлено увеличение содержания соединений фосфора, уменьшение органического углерода во взвеси и тенденция к снижению цветности по мере продвижения вниз по каскаду. В Чебоксарском водохранилище ниже впадения р. Оки формируется новая водная масса с ростом минерализации, повышенным содержанием соединений фосфора и азота за счет антропогенного воздействия. Локальные акватории в районах выпуска сточных вод и ниже крупных городов можно принять за зоны повышенной экологической опасности.
Водное хозяйство России
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Семенов А.Д. Практическое руководство по химическому анализу вод суши. Гидрометео-
издат, 1977. 540 с.
2. Гапеева М.В., Разгулин С.М., Скопинцев Б.А. Ампульный персульфатный метод опреде-
ления общего азота в природных водах // Гидрохим. материалы. 1984. Т. 87. С. 67-70.
3. Бикбулатов Э.С. Простой способ окисления органического вещества природных вод для
определения органического углерода // Гидрохим. материалы. 1974. Т. 60. С. 174-178.
4. Бикбулатов Э.С. О методе определения общего фосфора в природных водах // Гидрохим.
материалы. 1974. Т. 60. С. 167-173.
5. Литвинов А. С., Законнова А.В. Характеристика гидрологических условий в Чебоксар-
ском водохранилище в первые годы заполнения // Водные ресурсы. 1994. Т. 21. № 3. С. 365-373.
6. Былинкина А.А. Гидрохимическая характеристика. В кн.: Экологические проблемы Верх-
ней Волги. Ярославль. 2001. С. 26-36.
7. Бытинкина А.А., Трифонова Н.А., Скопинцев Б.А. Гидрохимический режим. В кн.: Волга и
ее жизнь. Л.: Наука, 1978. С. 55-105.
8. КочетковаМ.Ю. Особенности формирования и трансформация качества воды Горьковско-
го и Чебоксарского водохранилищ: дис. ... канд. геогр. наук, Москва. 2009 г.
9. Литвинов А.С., Бикбулатов Э.С., Бикбулатова Е.М., Степанова И.Э., Кочет-
кова М.Ю. Гидролого-гидрохимические условия в Горьковском и Чебоксарском водохранилищах в летнюю межень 2001 года // Экологическая химия. 2006. Т. 15. Вып. 2. С. 82-94.
10. Минеева Н.М., Литвинов А.С., Степанова И.Э., Кочеткова М.Ю. Содержание хлорофил-
ла и факторы его пространственного распределения в водохранилищах Средней Волги // Биология внутренних вод. 2008. № 1. С. 68-71.
Сведения об авторах:
Литвинов Александр Сергеевич, д-р геогр. наук, главный научный сотрудник, лаборатория гидрологии и гидрохимии, ФГБУН «Институт биологии внутренних вод Российской академии наук», 152742, пос. Борок, Ярославская обл., Некоузский район; e-mail: litvinov@ibiw.yaroslavl.ru Степанова Ирина Эрнстовна, научный сотрудник, лаборатория гидрологии и гидрохимии, ФГБУН «Институт биологии внутренних вод Российской академии наук», 152742, пос. Борок, Ярославская обл., Некоузский район; e-mail: iris@ibiw.yaroslavl.ru
[Бикбулатов Эрнст Саяфнурович |, канд. хим. наук, ведущий научный сотрудник, лаборатория гидрологии и гидрохимии, ФГБУН «Институт биологии внутренних вод Российской академии наук»
Бикбулатова Екатерина Максимовна, канд. хим. наук, старший научный сотрудник, лаборатория гидрологии и гидрохимии, ФГБУН «Институт биологии внутренних вод Российской академии наук», 152742, пос. Борок, Ярославская обл., Некоузский район; e-mail: bem@ibiw.yaroslavl.ru
Водное хозяйство России № 2, 2014
Водное хозяйство России
