CC BY
56
Труды ИБВВ РАН, вып. 75(78), 2016
УДК 556.55:551.3.051
ИЛОНАКОПЛЕНИЕ В СИСТЕМЕ ВОДОХРАНИЛИЩ ВОЛЖСКОГО КАСКАДА
В. В. Законнов
Институт биологии внутренних вод им. И. Д. Папанина РАН 152742 пос. Борок, Ярославская обл., Некоузскийр-н, e-mail: [email protected]
На основании многолетних фондовых материалов ИБВВ РАН проанализированы особенности илооб-разования в водохранилищах Волжского каскада, в том числе по орографическим районам, соответствующим крупным или средним техногенным водоемам равнинного типа, различающихся по морфострук-турным, гидрометрическим показателям, гидродинамическими процессами и геолого-геоморфологическим строением ложа и берегов. Установлены закономерности распределения и накопления илистых отложений - основных гидроэкологических характеристик функционирования пресноводных экосистем. Составлены прогнозы пространственно-временного распределения и накопления илов к столетию создания каждого водохранилища и выделенных районов. Работа может быть использована гидрологами-седиментологами, гидробиологами и геохимиками для определения условий осадкообразования, продуктивности и токсичности нижнего яруса экосистем водохранилищ.
Ключевые слова: волжский каскад водохранилищ, орографические районы, осадкообразование, ило-накопление, ситуационный прогноз.
Памяти Б. И. Новикова посвящается
ВВЕДЕНИЕ
Создание техногенных (искусственных) водоемов объемом более 1 км3 для многоцелевого назначения обусловило изучение процессов осадкообразования. На первом этапе их существования оно оценивалось как потенциально негативное, препятствующее нормальной эксплуатации водных объектов. Первые результаты, полная сводка которых приведена в работе Г.И. Шамова (1939), показали, что процесс образования осадков является наиболее существенным лишь в прудах и небольших горных водохранилищах. В крупных равнинных водохранилищах последствия накопления ДО (донных осадков) отмечены на отдельных участках (заливы, порты, прорези судоходных каналов), но в масштабах всего водоема они незначительны (Новиков, 1985; Законнов и др., 2010).
В последнее время начал развиваться, получая все большее признание новый аспект изучения ДО - экологический, согласно которому они являются важным абиотическим компонентом водных экосистем, активно участвуя в обмене веществом и энергией с водными массами (Денисова и др., 1975). Одним из показателей продуктивности дна и гидроэкологического состояния континентальных водоемов является распределение, накопление и качественный состав илистых отложений. Они представляют собой субстрат из минеральных частиц различной крупности с преобладанием алеврито-пелитовых фракций (< 0.1 мм) и соответствующих частиц органического происхождения обладающих повышенными сорбционными свойствами и активностью взаимодействия в системе: вода - дно. По оценке В.В. Гордеева (1983) в стоке рек волжско-камского бассейна преобладает иллит (44%), монтмориллонит (36%) и хлорит (20%) от суммы глинистых минералов (87%).
Места накопления илов - участки водоемов, где наблюдается слабая динамика гидрологических процессов, вызываемых стоковыми и ветровыми течениями. Это способствует безвозвратному захоронению взвешенных органо-минеральных и растворенных веществ различного происхождения (природных и антропогенных) гравитационно-сорбционным путем, а в экстремальных гидрометеорологических условиях - взмучиванию и вторичному загрязнению воды. Кроме того, илистые отложения являются средой обитания и пищевым объектом значительной группы гидробионтов - бактерий, бентоса и бентосоядных рыб. Все это определяет актуальность изучения не только в целом условий осадконакопления, но и составляющих этого процесса - образования крупнозернистых наносов (песков) и тонкодисперсных отложений (илов).
Роль и значение илообразования в равнинных водохранилищах впервые оценил Б.И. Новиков (1985). Он рассматривал илонакопление, как часть процесса занесения водоемов, касающееся, главным образом, мелких частиц, независимо от их генезиса, т.е. отождествлял понятия "занесение" и "заиление", установленные А.И. Чеботаревым (1970). Однако все количественные показатели конкретизировал для площади, где происходит процесс илонакопления, таким образом, придерживался единого мнения с Н.В. Буториным, Н.А. Зиминовой и В.П. Курдиным (1975), что илонакопление -это часть процесса осадконакопления. Осадкообразование - это одновременное формирование на дне каменисто-песчаных наносов и илисто-глинистых минеральных и органических веществ, или накоп-
ление вторичных донных отложений. Оно идет в противофазе с формированием трансформированных грунтов, образовавшихся в результате размыва ложа и берегов, пептизации, подтопления, заболачивания, сплавинообразования, новообразования гидроморфных почв. В отдаленной перспективе (несколько тысячелетий) это приведет к уменьшению площадей, средней глубины, частичному или полному занесению водохранилищ.
Цель работы - оценить специфику формирования, распределения и накопления илистых отложений и выявить их закономерности в системе водохранилищ Волжского каскада.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Основой работы послужили результаты мониторинга донных отложений водохранилищ Волги, выполненных до 1975 г. В.М. Широковым (1964), Н.Н. Виноградовой, К.К. Эдельштейном (1971), Н.В. Буториным, Н.А. Зиминовой, В.П. Курдиным (1975), а затем автором (Законнов, 2007) с привлечением региональных исполнителей и судов различных учреждений (табл. 1).
Таблица 1. Материалы гидрологических съемок
Водохранилище Год заполнения Годы расчетных грунтовых съемок / периоды расчетов
Иваньковское 1937 1947/10 1957/20 1968/31 1976/39 1990/53 2012/75 2037/100
Угличское 1940 1950/10 1958/18 1968/28 1977/37 1991/51 2012/72 2040/100
Рыбинское 1941 1955/14 1965/24 1978/37 1992/51 2010/69 2021/80 2041/100
Горьковское 1955 1962/7 1980/25 1990/44 2010/55 2035/80 2055/100 -
Чебоксарское 1981 1981/0 1991/10 2001/20 2010/29 2031/50 2051/70 2081/100
Куйбышевское 1955 1963/8 1983/28 1993/38 2002/47 2025/70 2050/100 -
Саратовское 1967 1968/1 1985/18 2006/39 2017/50 2042/75 2067/100 -
Волгоградское 1958 1960/2 1985/27 2012/54 2033/75 2058/100 - -
Выделено шрифтом - ситуационные прогнозы к соответствующим годам/периодам.
Все съемки осуществлялись по единой сетке станций с помощью грунтовых трубок ГОИН-1 и 1.5 по методикам, апробированным на водохранилищах Верхней Волги (Буторин и др., 1975). Толщину керна определяли от маркирующего слоя в виде дерновины или руслового песка. Согласно этим материалам, ошибка определения интенсивности осадконакопления составляла 10-20%, что вполне приемлемо для такого рода расчетов. Площади илонакопления рассчитывались по батиметрической карте на основании проектной морфометрической документации, выполненной до создания водохранилищ с выделением преимущественных типов осадков в заданных интервалах глубин, характеризующих литоральную, сублиторальную и профундальную зоны водоема и с учетом их вероятностного распределения. Ошибка метода составляет около 5% и зависит от количества станций.
За все время существования водохранилищ было выполнено более 15 тыс. гидрологических станций, что позволило с высокой достоверностью выявить особенности осадконакопления в пространственно-временном аспекте не только по каждому водохранилищу, но и по отдельным специфическим районам и глубинам.
Районирование водохранилищ по условиям илонакопления выполнено в соответствии с общепринятыми требованиями в лимнологии (рис. 1). Поэтому, кроме районов и плесов, водохранилища разбивались на участки (от 1 на Саратовском до 20 на Рыбинском). Каждый участок характеризовал: зоны переменного подпора - нижние и верхние (речные и приплотинные) бьефы гидроузлов, промежуточные (озерные), крупные обособленные мелководные заливы: Шошинский - IV: Моложский -11-1: Костромской - 11-6; глубоководные: Ухро-Согожский - IV-11; Елнать-Унжа-Немдский - 1-4; Черемшанский - III; Ерусланский - 11-3), где осаждение взвешенных частиц и формирование донных осадков отличается особенностями проявления гидродинамических процессов. Таким образом, мы имеем 8 водохранилищ и 42 орографических района (19 озеровидных, 7 приплотинных, 9 речных и 7 заливов), на которых проведено от 3 до 6 грунтовых съемок. В результате получена обширная информация о пространственно-временной трансформации площадей, средней толщине илистых отложений как в многолетнем аспекте, так и по периодам между годами грунтовых съемок. Вместе с прогнозными расчетами это составляет исходную базу данных, позволяющую получить статистически достоверную количественную информацию.
Мониторинговые работы (до 6 грунтовых съемок на отдельных водохранилищах) показали идентичность процессов осадкообразования в каскаде, что позволило сделать ситуационные прогнозы для всей системы водохранилищ Волги вплоть до 100-летия их существования. По сути - это моделирование седиментационных потоков в естественных условиях.
Рис. 1. Районирование водохранилищ Волги по условиям седиментации. а - Иваньковское, b - Угличское, c -Рыбинское, d - Горьковское, e - Чебоксарское, f - Куйбышевское, g - Саратовское, h - Волгоградское. Римские цифры - плесы, районы, арабские - участки.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Согласно генетической классификации грунтов и донных осадков водохранилищ равнинного типа в категорию или группу вторичных ДО входят все илистые органо-минеральные отложения (табл. 2).
Гранулометрический состав определен в сырых пробах с применением электромагнитной просеивающей установки "Analysette-3" Alfred Fritsch & CO. Органическое вещество определяли методом прокаливания в муфельной печи при температуре 600°С. Результаты анализов показали, что от-
дельные типы отложений всех водохранилищ Волжского каскада и их орографических районов не различаются между собой, что обусловлено спецификой формирования конкретных осадков (табл. 3).
Механический состав основных типов ДО характеризует четкую тенденцию увеличения дисперсности скелета проб по длине водоемов от верхней плотины к нижней. Содержание песчаных частиц размером > 0.1 мм уменьшается в том же направлении. Сумма фракций, представленных размерами частиц 0.1-0.01 мм, достигает максимальных значений при переходе русловых (речных) участков в озеровидные, а также в расширениях и в устьях больших и малых притоков (заливах).
Таблица 2. Классификация илов водохранилищ Волги
Основные физико-химические характери-
Группа Подгруппа Тип стики
Сумма фракций,% Органическое
>0.1мм <0.01мм вещество,%
Органические Отложения из макрофитов Торфянистый ил Торфогенный ил <20 <30 >30 >30 >70 40-70 30-40
Вторичные Минеральные Глинистые илы: (серый) (бурый) (белый) Песчанистый ил <30 <20 <10 <70 >70 >80 >90 >30 10-30 5-10 1-5 5-10
Таблица 3. Средние и экстремальные значения статистических показателей физико-химического состава илистых отложений
Тип Число Коэффициент Коэффициент Средний диаметр Органическое
проб сортировки асимметрии частиц, мм вещество
Отложения из
макрофитов 12 3.0(20-41) 1.18 (0.93-3.6) 0.10(0.08-0.14) 72 (66-90)
Торфянистый ил 13 3.4(3.2-3.9) 0.18(0.07-0.40) 0.08(0.03-0.12) 54(40-70)
Торфогенный ил 14 3.1(2.7-3.4) 0.19(0.08-0.45) 0.06(0.05-0.07) 33(30-40)
Серый ил 107 2.5(15—30) 0.45(0.18-0.77) 0.05(0.01-0.12) 12(10-30)
Бурый ил 20 3.1(2.2-3.7) 0.42(0.10-0.87) 0.05(0.01-0.10) 6(5-10)
Белый ил 5 3.0(1.9-3.2) 0.35(0.10-0.60) 0.02(0.01-0.05) 2(1-5)
Песчанистый ил 120 2.1(0.9-3.0) 0.58(0.27-0.92) 0.08(0.03-0.15) 7(5-10)
Особенно это четко заметно по коэффициентам сортировки. По мере приближения к гидроузлам ДО с высокой степенью сортировки (< 2) сменяются плохо сортированными (> 2). Это свидетельствует об аккумуляции взвесей без последующей активной пересортировки частиц в озерной части. При переходе от песчаных наносов к илистым в графике распределения фракций наблюдается двувершинность. Например, в Рыбинском водохранилище плохая сортировка серых и особенно тор-фогенных и торфянистых илов говорит о слабой гидродинамической активности водных масс на участках их залегания.
Коэффициент асимметрии, в большинстве своем меньше единицы - это означает, что максимальное содержание фракций, состоящих из частиц крупнее медианного диаметра находится в первой половине нарастающего графика, а если во второй, то > 1.
Средний диаметр частиц, или медиана, колеблется в пределах 0.15-0.01 мм. Большинство илов водохранилищ Волги относится к алевритовой фракции (> 50%), пелитовая фракция < 0.001 мм находится в пределах 30-40%, а песчаная до 10%.
От съемки к съемке характер распределения тонкодисперсных отложений свидетельствует о том, что интенсивная стадия формирования илов (10-30 лет) сменилась на пассивную. Эти закономерности свойственные равнинным водохранилищам прослеживаются не только в каждом водоеме, но во всех выделенных орографических районах, только с разным масштабом их проявления (рис. 2, 3). Так, наиболее общая картина наблюдается на водохранилищах Верхней Волги и существенные различия для Средней и Нижней. В первых водохранилищах - резкое увеличение площадей, а потом постепенное уменьшение и стабилизация, во вторых - так же увеличение и сохранение максимального уровня распределения в течение длительного времени. Горьковское водохранилище является промежуточным по структуре распределения площадей илистых отложений. Исключение составляет русловое Саратовское водохранилище, в котором наблюдается постепенное увеличение ареалов илов в пространстве и во времени.
Осредненные значения изменения площадей илонакопления, как в целом по всем водохранилищам каскада, так и по отдельным орографическим районам, показали общность их распределения в озерных, мелководных закрытых заливах и приплотинных верхних бьефах (рис. 3). Коэффициент корреляции между ними при п1 = 80, п2 = 190, п3 = 30, п4 = 70, соответственно, = 0.41, Я22 = 0.45, Я2 з = 0.38, Л24 = 0.33 близки. В приплотинных участках он меньше и связан с усилением гидродинамических процессов при регулировании сбросов воды, обусловленных работой гидроузлов.
Рис. 2. Фактическая и прогнозная (после 2012 г.) трансформация площадей илонакопления в водохранилищах Волги.
Наибольшие различия отмечаются в речных участках и открытых глубоководных заливах, где динамика изменения площадей илов зависит от морфометрических характеристик и величин твердого стока, поступающего с основной рекой Волгой через плотины и многочисленные крупные реки с дельтами. Коэффициенты корреляции для них равны: Я2 5 = 0.16, Я26 = 0.79 (п5 = 90, Пб = 40 соответственно).
Закономерности трансформации площадей грунтов и ДО в целом по каскаду и определенным участкам описаны в работе (Законнов и др., 2010). Так, после завершения стадии активизации абра-зионно-эрозионных процессов и повышенных темпов седиментации наступает стабилизация, когда площади песчанистых и глинистых илов не меняются, или происходит их слабая флуктуация в результате воздействия многолетних и сезонных природных и антропогенных факторов.
Зависимость увеличения площадей распределения илов в пространственно-временном аспекте не выражена и это вполне естественно, т.к. их ареалы формируются уже в первые годы существования водохранилищ и менее подвержены изменениям.
Мониторинговые материалы по осадконакоплению водохранилищ Волжского каскада, включающие прямые определения толщины кернов, позволили выявить тесные корреляционные связи толщины слоев ила и скоростями их седиментации во времени (рис. 4).
Рис. 3. Динамика и прогноз площадей илистых отложений в системе водохранилищ Волги. 1 - в целом по водохранилищам, 2 - озерные районы, 3 - мелководные заливы, 4 - приплотинные районы, 5 - речные районы, 6 - глубоководные заливы.
* * • * * • # В2 0,41
• # •
\ • • \ * \ •
: ' ; Л1.К I ' ¡1 ч (»» Р. 1 1 1 1 *| Чи—- 1 1 , 1
О 10 10 30 40 ^0 60 70 КО 90 100
б
Рис. 4. Зависимость средней толщины илистых отложений (а) и интенсивности илонакопления (б) от продолжительности существования водохранилищ (п = 360).
а
Это подтверждает накопительную функцию водоемов замедленного водообмена и стадийность формирования ложа и его структуры. Темпы илонакопления со временем уменьшаются.
Согласно балансам взвешенных веществ, основным источником поступления наносов является береговая абразия и эрозия ложа от 57% в Угличском до 87% в Рыбинском и Куйбышевском. Всего на дне водоемов накапливается от 62 до 96% осадков. Из них примерно 10-50% тонкодисперсных взвесей, поступающих с речным стоком и продукцией гидробионтов, формируя органо-минеральный состав илов. Сброс через гидросооружения находится в пределах от 4-5% в Рыбинском и Куйбышевском, до 40% в Чебоксарском и Саратовском.
По результатам последних грунтовых съемок толщина слоя илов постепенно увеличивается от водохранилищ Верхней Волги к Средней и Нижней (рис. 5). В первую очередь это связано с увеличением мелкодисперсных частиц в береговых откосах сложенных глинистой брекчией (бурый ил), из-вестковисто-доломитовыми, глинисто-мергелистыми породами (белый ил), а также хвалынской глиной и лессовидными суглинками, которые становятся преобладающими в бассейнах рек в зоне перехода от степной к полупустынной местности.
Чебоксарское, как самое молодое водохранилище в каскаде, является исключением из этого правила. Благодаря высокому коэффициенту водообмена (Кв = 19.8) и значительным скоростям стоковых течений, условия илообразования в нем минимальные. Повышение уровня НПУ до 65 и 68 м БС (Балтийской системы) приведет к уменьшению проточности, и толщина илистых отложений может сравняться с Горьковским. Таким образом, из транзитного водоема оно превратится в накопитель взвесей и загрязняющих веществ, поступающих по Волге и Оке из Центрального промышленного района, а также по рекам Ветлуге и Суре, где зафиксированы максимальные показатели твердого стока (70-150 мг/л). Пока приемником (ловушкой) тонкодисперсных взвесей и загрязняющих веществ является речной и последующие орографические районы Куйбышевского водохранилища. Саратовское, как и Чебоксарское имеют повышенный коэффициент водообмена (Кв = 18.2). Тем не менее, длительный период эксплуатации и большая протяженность (340 км) способствуют накоплению илов в приплотинной 100 км акватории, где повышается глубина и ширина водоема, что приводит к резкому снижению гидродинамических процессов и созданию благоприятных условий для седиментации.
Рис. 5. Средняя толщина илов в системе водохранилищ Волги по результатам последних грунтовых съемок (2002-2012 гг.).
Волгоградское является классическим в системе крупных равнинных водохранилищ, когда в речных (русловых) верхних участках наблюдается уменьшение толщины и объема илов, затем повышение в средних районах, а далее пониженные темпы илонакопления в приплотинных - верхних бьефах гидроузлов. Орографические районы Волгоградского водохранилища (I-1 и I-2) находятся под воздействием работы Волжского гидроузла, обеспечивающего регулирование стока для р. Ахту-бы и Нижней Волги. Поэтому значительная часть взвесей (до 30%) сбрасывается в нижний бьеф, и далее поддерживая и формируя дельту Волги.
Открытые глубоководные заливы на Горьковском (I-4), Куйбышевском (III) и Волгоградском (II-3) перехватывают часть твердого стока притоков и уменьшают толщину слоя илов по затопленному руслу Волги.
Максимальная толщина илов, зарегистрированная в Иваньковском водохранилище, составляет 120 см, Угличском - 85, Рыбинском - 300, Горьковском - 96, Чебоксарском - 110, Куйбышевском -120, Саратовском - 65, Волгоградском - 85 см.
Сводка показателей илонакопления подтверждает, что среднегодовая потеря полного объема чаши водохранилищ за счет отложения илов невелика и не представляет каких-либо препятствий для эксплуатации равнинных водохранилищ в продолжение нескольких тысяч лет. Незначительна по сравнению со средней глубиной водохранилищ средняя толщина слоя илов. Однако с точки зрения влияния на гидрологические и гидрохимические процессы более важным показателем является интенсивность илонакопления и ее изменения в пространстве и во времени, описываемые уравнением гиперболического типа (рис. 4б). Кроме того, вновь поступающие порции осадочного материала могут привести к уплотнению нижележащих слоев, что отмечено для прудов и малых водохранилищ (Прыткова, 1981). В крупных водохранилищах это также имеет место (Новиков, 1985). На основании материалов по водохранилищам Волги, этот процесс происходит в кернах, толщиной более 1 м, сложенных однородным материалом. При наличии различных осадкообразующих источников и их изменяющейся интенсивности во временном ряду картина смазывается. Однако с явлением уплотнения илов необходимо считаться, так как оно приводит к уменьшению скорости илонакопления в многолетнем аспекте. При средней толщине илистых отложений до 50 см, уплотнением слоев можно пренебречь. Географическая зональность илонакопления, как и осадконакопления, также имеет место в системе водохранилищ Волги (Законнов, Законнова, 2007). На рис. 6 она характеризуется трендами, как по результатам первых грунтовых съемок, когда отмечалась максимальная интенсивность илона-копления (лавинная седиментация), так и по итогам последних и прогнозных.
ммгод 100 п
100 300 500 700 900 1 1 00 1 300 1 500 1 700 1 900 21 00 2300 2500 2700 км
Рис. 6. Географическая зональность илонакопления. 1 - первая съемка (1а - линия тренда, у = 0.036х - 4.79, Я2 = 0.77), 2 - последняя съемка (2а - линия тренда, у = 0.019х + 3.45, Я2 = 0.30), 3 - прогноз.
Интенсивность илонакопления в каскаде подчинена географической зональности по целому ряду показателей, описанных ранее. Однако главными факторами являются изменение природно-климатических зон водосборных бассейнов в меридиональном направлении и повышение концентраций взвеси из основных источников (абразия берегов и эрозия ложа, сток взвешенных наносов по основной реке и боковых притоков), обусловленные увеличением периода открытой воды (особенно в осенне-зимнее время), продолжительностью скорости ветра > 15 м/с усиливающих гидродинамические процессы, литологией осадочных пород и количеством пыльных бурь (эоловые осадки).
Характер пространственно-временного распределения и накопления тонкодисперсных отложений свидетельствует о том, что интенсивная стадия формирования ложа сменилась на пассивную.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Водохранилища, в отличие от древних озерных систем, находятся под влиянием изменяющихся естественных и антропогенных факторов, поэтому период стабилизации распределения и накопления различных типов грунтового комплекса наступит не скоро. Гидродинамические процессы и морфо-метрические особенности приводят к большой пестроте распределения грунтов и донных отложений и определяют направленность путей их формирования.
Наибольшее разнообразие илов наблюдается в литоральной части водохранилищ (до 4 м изобаты - зоны распространения водной растительности) вследствие изменчивости гидродинамических процессов, связанных с изрезанностью берегов, наличием заостровных пространств и их зарастаемо-
стью. В сублиторали (до 10 м изобаты) накапливаются промежуточные - песчанистые илы, формирующиеся под действием стоковых и ветровых течений - это зона трансседиментации. Профундаль с глубинами более 10 м занята тонкодисперсными илами. Здесь происходит безвозвратное илонакоп-ление.
Материалы грунтовых съемок показали резкое сокращение площадей, занятых почвами, переход их в категорию трансформированных грунтов и новообразованных почв - заболачивающихся и болотно-луговых, а также увеличению ареалов крупнозернистых наносов - песков (рис. 7). Обособленно выделились зоны накопления тонкодисперсных отложений - илов, в основном приуроченные к затопленным руслам рек, озеровидным расширениям, пойменным террасам и приплотинным участкам - верхним бьефам.
100 п
Рис. 7. Распределение площадей основных типов грунтов и ДО в водохранилищах Волги. 1 - трансформированные грунты, 2 - крупнозернистые наносы, 3 - тонкодисперсные отложения, 4 - вторичные осадки.
Полученные количественные характеристики илообразования по результатам мониторинговых гидрологических съемок водохранилищ Волги (п = 80) наглядно демонстрируют, что процессы осад-конакопления - образование вторичных осадков (Я24 = 0.64) в большей степени зависят от накопления крупнозернистых наносов (Я22 = 0.77) и в меньшей степени от тонкодисперсных (Я23 = 0.41). Формирование и распределение трансформированных грунтов имеет зеркальное отображение к величинам осадконакопления со знаком минус (Я21 = -0.64). Отрицательное значение доказывает тот факт, что водохранилища постепенно теряют часть акватории за счет отчуждения водной поверхности косами, пересыпями, валами в пределах существующих отметок НПУ. Отчуждение идет двумя путями, в результате вдоль берегового переноса песчаных наносов и за счет формирования отложений из отмерших макрофитов в защищенных от волнения мелководных заливах и заостровных пространствах или одновременно с участием обоих процессов. Так по нашим оценкам, потери акватории составили: Иваньковское водохранилище - 40 км2, Угличское - 23 км2, Рыбинское - 70 км2, Горьков-ское - 25 км2, Куйбышевское - 30 км2. По Саратовскому и Волгоградскому водохранилищу материалы отсутствуют, но ориентировочно составляют 20-30 км2.
Исследованиями установлено, что в каждом отдельно взятом водохранилище и их орографических районах происходит увеличение толщины слоя осадков, но среднегодовое накопление уменьшается и выравнивается с хорошо выраженным линейным трендом от северных водохранилищ бассейна Волги к южным.
Увеличение сроков эксплуатации водохранилищ привело к дифференциации темпов осадкообразования. Наиболее четко она проявляется в изменении интенсивности осадконакопления - суммарного процесса осаждения крупнозернистых наносов и тонкодисперсных отложений и менее четко по другим видам седиментации - занесению (к общей площади акватории) и заилению (к площади накопления илов). Последние в большей степени зависят от азональных факторов, связанных с особенностями режима эксплуатации (уровнями наполнения) и проточностью.
Изменения в распределении площадей и темпов седиментации в каждом равнинном водохранилище будет индивидуально. Но общие закономерности сохранятся, только с разным масштабом их проявления. Поэтому полученные результаты могут быть использованы на других крупных равнинных водохранилищах, где мониторинг за состоянием рельефа и структуры дна отсутствует или имеет прерывистый ряд наблюдений.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Буторин Н.В., Зиминова Н.А., Курдин В.П. Донные отложения верхневолжских водохранилищ. Л.: Наука, 1975.160 с. Butorin N.V., Ziminova N.A., Kurdin V.P. Donnye otlozheniia verkhnevolzhskikh vodokhranilishch. L.: Nauka, 1975. 160 S. [Butorin N.V., Ziminova N.A., Kurdin V.P. Bottom Sediments in the Upper Volga Reservoirs. L.: Nauka, 1975.160 p.]. In Russian.
Виноградова Н.Н., Эдельштейн К.К. К характеристике взвесей и грунтов Горьковского водохранилища // Комплексное исследование водохранилищ. М.: Изд-во МГУ, 1971. Вып.1. С. 112-121. Vinogradova N.N., Edelshtein K.K. K kharakhteristike vzvesei i gruntov Gor'kovskogo vodokhranilishcha // Kompleksnoe issledovanie vodokhranilishch. M.: Izd-vo MGU, 1971. Vyp. 1. S. 112-121. [Vinogradova N.N., Edelshtein K.K. To the Characteristic of Suspended Particles and Grounds in the Gorky Reservoir // Complex Studies of Reservoirs. M.: MSU Publishing House, 1971. Is.1. P. 112-121]. In Russian.
Гордеев В.В. Речной сток в океан и черты его геохимии. М.: Наука, 1983. 159 с. Gordeev V.V. Rechnoi stok v okean i cherty ego geokhimii. M.: Nauka, 1983. 159 s. [Gordeev V.V. River Runoff to the Ocean and Features of its Geochemistry. M.: Nauka, 1983. 159 p.]. In Russian.
Денисова А.И., Нахшина Е.П., Паламарчук И.К. Роль донных отложений в процессах самоочищения и самозагрязнения водоемов // Самоочищение, биопродуктивность и охрана водоемов и водотоков Украины. Киев: Наук. думка, 1975. С. 86-88. Denisova A.I., Nakhshina E.P., Palamarchuk I.K. Rol' donnykh otlozhenii v protsessakh samoochishcheniia i samozagriazneniia vodoemov // Samoochishchenie, bioproduktivnost' i okhrana vodoemov i vodotokov Ukrainy. Kiev: Nauk. dumka, 1975. S. 86-88. [ Denisova A.I., Nakhshina E.P., Palamarchuk I.K. The Role of Bottom Sediments in Self-purification and Self-pollution Processes in Waterbodies // Self-purification, Bioproductivity and Protection of Waterbodies and Water Courses of Ukraine. Kiev: Nauk. dumka, 1975. P. 86-88.] In Russian.
Законнов В.В. Осадкообразование в водохранилищах Волжского каскада. Автореф. дис. ... докт. геогр. наук. М.: ИГРАН, 2007. 39 с. Zakonnov V.V. Osadkoobrazovanie v vodokhranilishchakh Volzhskogo kaskada. Avtoref. dis. ... dokt. geogr. nauk. M.: IGRAN, 2007. 39 s. [ Zakonnov V.V. Sediment Formation in Reservoirs of the Volga Cascade. Extended Abstract of Dr. Sci. (Geogr.) Dissertation. M.: Inst. Geogr. RAS, 2007. 39 p.]. In Russian.
Законнов В.В., Законнова А.В. Географическая зональность осадкообразования в системе волжских водохранилищ // Изв. РАН. Сер. геогр. 2008. № 2. С. 105-111. Zakonnov V.V., Zakonnova A.V. Geograficheskaia zonalnost' osadkoobrazovaniia v sisteme volzhskikh vodokhranilishch // Izv. RAN. Ser. Geogr. 2008. № 2. S. 105111. [Zakonnov V.V., Zakonnova A.V. Geographical Zonality of Sediment Formation in the System of the Volga Reservoirs // Izv. RAS. Ser. geogr. 2008. No. 2. P. 105-111.] In Russian.
Законнов В.В., Поддубный С.А., Законнова А.В., Касьянова В.В. Осадкообразование в зонах переменного подпора водохранилищ Волжского каскада // Вод. ресурсы. 2010. Т. 37. № 4. С. 425-433. Zakonnov V.V., Poddubnyi S.A., Zakonnova A.V., Kas'yanova V.V. Osadkoobrazovanie v zonakh peremennogo podpora vodohranilishch Volzhskogo kaskada // Vod. resursy. 2010. T. 37. № 4. S. 425-433. [Zakonnov V.V., Poddub-ny S.A., Zakonnova A.V., Kasyanova V.V. Sedimentation in the zones under the alternating-time of the Volga cascade reservoirs // Vodn. Resur. 2010. V. 37. No. 4. Р. 425-433.]. In Russian.
Новиков Б.И. Донные отложения днепровских водохранилищ. Киев: Наук. думка, 1985. 169 с. Novikov B.I. Donnye otlozhenia dneprovskikh vodokhranilisch. Kiev: Nauk. Dumka, 1985. 169 s. [Novikov B.I. Bottom Sediments in the Dnieper Reservoirs. Kiev: Nauk. Dumka, 1985. 169 p.]. In Russian.
Прыткова М.Я. Осадконакопление в малых водохранилищах. Л.: Наука, 1981. 151 с. Prytkova M.Ya. Osadkoobrazovanie v malykh vodokhranilischakh. L.: Nauka, 1981.151 s. [Prytkova M.Ya. Sediment Accumulation in Small Reservoirs. L.: Nauka, 1981. 151 p.]. In Russian.
Чеботарев А.И. Гидрологический словарь. Л.: Гидрометеоиздат, 1970. 306 с. Chedotarev A.I. Gidrologicheskii slovar'. L.: Gidrometeoizdat, 1970. 306 s. [Chebotarev A.I. Hydrological Dictionary. L.: Gydrometeoizdat, 1970. 306 p.]. In Russian.
Шамов Г.И. Заиление водохранилищ. М.-Л.: Гидрометеоиздат, 1939. 378 с. Shamov G.I. Zailenie vodokhranilishch. M.-L.: Gidrometeoizdat, 1939. 378 s. [Shamov G.I. Siltation in Reservoirs. M.-L.: Gydrometeoizdat, 1939. 378 p.]. In Russian.
Широков В.М. Формирование подводного рельефа Куйбышевского водохранилища. Автореф. дис. ... канд. геогр. наук. Казань, КГУ, 1964. 19 с. Shirokov V.M. Formirovanie podvodnogo rel'efa Kuibyshevskogo vodokhranilishcha. Avtoref. dis. ... kand. geogr. nauk. Kazan', KGU, 1964. 19 c. [Shirokov V.M. Formation of Underwater Relief in the Kuibyshev Reservoir. Extended Abstract of Cand. Sci. (Geogr.) Dissertation. Kazan: KSU, 1964. 19 p.]. In Russian.
SILT ACCUMULATION IN THE SYSTEM OF THE VOLGA CASCADE RESERVOIRS
V. V. Zakonnov
I.D. Papanin Institute for biology of inland waters Russian Academy of Sciences, 152742 Borok, Russia
e-mail: [email protected]
Based on long-term archival materials of the IBIW RAS the patterns of silt formation in the reservoirs of the Volga cascade including orographic regions corresponding to large and medium floodplain reservoirs of tech-
nogenous origin which differ in morphostructural, hydrometric parameters, hydrodynamic processes and ge-ologo-geomorphological structure of the floor and shores have been analyzed. The patterns of distribution and accumulation of silty sediments as the main hydroecological characteristics of functioning of freshwater ecosystems have been determined. The forecasts of spatial and temporal distribution and accumulation of silts have been made for the centenary of the construction of each reservoir and distinguished regions. The work can be used by hydrologists-sedimentologists, hydrobiologists and geochemists to determine the conditions of silt formation, productivity and toxicity of the lower layer of reservoirs' ecosystems.
Keyword: reservoirs of the Volga cascade, orographic regions, silt formation, silt accumulation, situational-forecast.
