Научная статья на тему 'К ВОПРОСУ О ЛИКВИДАЦИИ ВОДОХРАНИЛИЩ И ПОСЛЕДУЮЩЕЙ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ИХ ЛОЖА И БЕРЕГОВОЙ ПОЛОСЫ СООБЩЕНИЕ 2. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ЗАИЛЕНИЯ МАЛЫХ ВОДОХРАНИЛИЩ И ПРУДОВ. ВОДНО-ФИЗИЧЕСКИЕ И АГРОХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ИХ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ'

К ВОПРОСУ О ЛИКВИДАЦИИ ВОДОХРАНИЛИЩ И ПОСЛЕДУЮЩЕЙ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ИХ ЛОЖА И БЕРЕГОВОЙ ПОЛОСЫ СООБЩЕНИЕ 2. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ЗАИЛЕНИЯ МАЛЫХ ВОДОХРАНИЛИЩ И ПРУДОВ. ВОДНО-ФИЗИЧЕСКИЕ И АГРОХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ИХ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

CC BY
94
21
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПРУД / POND / ВОДОХРАНИЛИЩЕ / RESERVOIR / СЕДИМЕНТАЦИЯ / SEDIMENTATION / ВЗВЕШЕННЫЕ ВЕЩЕСТВА / SUSPENDED MATTER / ДОННЫЕ ОТЛОЖЕНИЯ / BOTTOM SEDIMENTS / ПЕРЕРАБОТКА / PROCESSING / СОРТИРОВКА / ВЫНОС / ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА / ORGANIC MATTER / МИНЕРАЛЬНЫЙ СОСТАВ / MINERAL COMPOSITION / ОБЪЕМНАЯ МАССА / GRADING / CARRY-OVER / BULK WEIGHT

Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — Попов Александр Николаевич, Штыков Валерий Иванович

Рассмотрены основные закономерности процесса заиления водохранилищ, выделены его особенности для малых и средних водоемов и основные процессы формирования состава донных отложений, их водно-физические и агрохимические свойства.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по наукам о Земле и смежным экологическим наукам , автор научной работы — Попов Александр Николаевич, Штыков Валерий Иванович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

ON THE MATTER OF RESERVOIRS’ LIQUIDATION AND SUCCESSIVE RECLAMATION OF THEIR BED AND COASTAL STRIPE. STATEMENT 2. MAIN REGULARITIES OF SMALL RESERVOIRS AND PONDS SILTING. WATER/PHYSICAL AND AGRO/CHEMICAL PROPERTIES OF THEIR BOTTOM SEDIMENTS

The main regularities of the reservoirs’ silting process have been considered, its peculiarities specific for small and medium-sized water bodies have been outlined as well as main processes of the bottom sediments composition formation and their water/physical and agro/chemical properties.

Текст научной работы на тему «К ВОПРОСУ О ЛИКВИДАЦИИ ВОДОХРАНИЛИЩ И ПОСЛЕДУЮЩЕЙ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ИХ ЛОЖА И БЕРЕГОВОЙ ПОЛОСЫ СООБЩЕНИЕ 2. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ЗАИЛЕНИЯ МАЛЫХ ВОДОХРАНИЛИЩ И ПРУДОВ. ВОДНО-ФИЗИЧЕСКИЕ И АГРОХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ИХ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ»

УДК 627.8

К ВОПРОСУ О ЛИКВИДАЦИИ ВОДОХРАНИЛИЩ И ПОСЛЕДУЮЩЕЙ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ИХ ЛОЖА И БЕРЕГОВОЙ ПОЛОСЫ

Сообщение 2. Основные закономерности заиления малых водохранилищ и прудов. Водно-физические и агрохимические свойства их донных отложений

© 2012 г. А.Н. Попов1, В.И. Штыков2

1ФГУП «Российский научно-исследовательский институт комплексного использования и охраны водных ресурсов», г. Екатеринбург

2 Санкт-Петербургский государственный университет путей сообщения, Санкт-Петербург

Ключевые слова: пруд, водохранилище, седиментация, взвешенные вещества, донные отложения, переработка, сортировка, вынос, органические вещества, минеральный состав, объемная масса.

А.Н. Попов В.И. Штыков

Рассмотрены основные закономерности процесса заиления водохранилищ, выделены его особенности для малых и средних водоемов и основные процессы формирования состава донных отложений, их водно-физические и агрохимические свойства.

В общем виде схема осадкообразования в водохранилищах включает следующие процессы [1, 2]:

- поступление седиментационного материала с водосбора (аллохтонное вещество);

- образование седиментационного материала в водоеме (автохтонное вещество);

Водное хозяйство России № 5, 2012

Водное хозяйство России

- транспорт взвешенных веществ в водоеме, их переработка, сортировка, осаждение и вынос из водоема;

- образование донных отложений и их преобразование в осадочную породу.

На водосборе в зависимости от природных условий (климат, рельеф, геология, почвогрунты, растительность) и хозяйственной деятельности (вырубка лесов, распашка территории, осушение болот, орошение) развиваются процессы эрозии, дефляции, являющиеся источниками аллохтонного вещества. В самом водоеме под влиянием ветрового волнения развиваются абразионные процессы, поставляющие в водоем автохтонное вещество. Размыв берегов наиболее интенсивно происходит в первые годы создания водохранилища, когда длина береговой линии водоема стремится с энергетических позиций к минимально возможной для конкретной местности.

Другим источником автохтонного вещества являются продукты жизнедеятельности животных и растительных организмов. Поступивший в водоем из всех источников седиментационный материал смешивается и разносится по водоему, претерпевая по пути переработку и изменение механического состава, сортируется по крупности, выпадает из взвесей в осадок и частично выносится из водоема вместе с водой, сбрасываемой в нижний бьеф или забираемой на хозяйственные нужды.

Степень переработки - измельчения материала - зависит от гидродинамической активности водоема и наиболее выражена в самых крупных из них. В малых водоемах седиментационный материал выпадает в осадок не-переработанным и имеет такой же механический состав, как и при поступлении в водоем.

Сортировка материала по крупности зависит от его количества, механического состава, скоростного режима водоема, длины пути, проходимого взвесью. Наиболее полной является сортировка в крупных водоемах, в меньшей степени это явление проявляется в малых водоемах [3-5] и даже лужах [6].

Осаждение взвесей в водохранилищах происходит по мере их транспорта, переработки и сортировки. Этот процесс является наиболее изученным в связи с разработкой гидродинамических методов расчетов водохранилищ [7-9]. Одновременно с осаждением взвесей происходит пополнение их концентрации за счет взмучивания донных отложений.

Образовавшийся первичный осадок подвергается трансседиментации (переотложению) в результате следующих процессов:

- резкого снижения уровней и сезонной изменчивости скоростей течения [10, 11];

- сползания верхнего разжиженного слоя отложений по подводным склонам [12, 13];

Водное хозяйство России № 5, 2012

Водное хозяйство России

- взмучиванием поверхностного слоя отложении и выносом тонкозернистых взвесей течениями в глубоководную зону [14-17];

- поступлением в водохранилище поверхностного стока [16].

Трансседиментация отложений нарушает их годовую и сезонную слоистость и способствует выравниванию подводного рельефа. Наибольшая мощность отложений в прудах наблюдается в приплотинной зоне, что обусловлено спецификой распределения взвесей по акватории водоема. Диагенетические изменения в отложениях проявляются в гравитационном уплотнении, уменьшении влажности, изменении физико-минералогического состава, минерализации органического вещества [18]. Большую роль в преобразовании донных отложений играют также бентосные организмы, мигрирующие в верхний 20-40-сантиметровый слой.

По мере углубления в донные отложения аэробные биохимические процессы постепенно затухают, донные отложения с захороненными в них органическими и минеральными веществами подвергаются анаэробному воздействию и позднее превращаются в осадочную породу.

Осадконакопление, как и поступление седиментационного материала, подвержено временной динамике в связи с постепенным затуханием процессов абразии берегов, динамике процессов биопродуцирования, поступления аллохтонного вещества в результате изменения хозяйственной освоенности водосбора. Интенсивность осадконакопления уменьшается также в связи с уплотнением отложений и увеличением их сброса в нижний бьеф.

Количественным выражением рассмотренной схемы осадкообразования является уравнение седиментационного баланса

Rn + Яб + R + R + Яви = До + Дсб + Дхоз + АДвзв + AR;

(1)

где Яп - поступление взвешенных и влекомых наносов с водами питающего водотока;

Яб - поступление наносов с прилегающего к водоему водосбора;

Яр - продукты размыва берегов;

Яэ - эоловое вещество;

Явн - продукты внутренней жизни водоема;

Яо - осадконакопление;

Ясб - сброс взвешенных веществ в нижний бъеф;

Яхоз - поступление взвешенных веществ с водой забираемой на хозяйственные нужды;

ЛЯвзв - изменение содержания взвешенных веществ в водоеме за расчетный период; ЛЯ - невязка баланса.

Водное хозяйство России № 5, 2012

Водное хозяйство России

Первые сведения об интенсивности заиления прудов юга России дает работа И.У. Палимпсетова, относящаяся к 1868 г. Автор отмечает высокую интенсивность заиления 9 см/год, что практически не отличается от современных значений и приводит к выходу из строя прудов глубиной 1,5 м уже через 15-20 лет [1].

В общей сложности к 1986 г. в маршрутных и балансовых исследованиях были проведены наблюдения на 500 одиночных малых водохранилищах и 250 в составе каскадов. Основная масса изученных водоемов приходится на степную (59 %) и лесостепную зоны (21 %), результаты обобщены в работах [1, 2, 5, 15].

Гидродинамическая особенность малых водоемов заключается в том, что основным видом движения воды является ветровое волнение и вызываемые им течения. Стоковые течения, хотя и очень слабые, возникают лишь в период наполнения водоемов и сброса воды из них.

В связи со слабой гидродинамической активностью, интенсивным заилением, приводящим к обмелению и значительному прогреву воды, малые водохранилища и пруды, особенно в верховьях и прибрежной части, зарастают высшей водной растительностью. Заросли тростника достигают на прудах Предкавказья, например, высоты 3 и более метров. Зарастаемость отдельных водоемов достигает до 90 % площади зеркала, а сухая биомасса высшей водной растительности 1,4-2,4 кг/м2. Прибрежные тростниковые заросли, задерживая продукты смыва, поступающие с прилегающих склонов, защищают берега от размыва. Находясь в верховьях водоема, они способствуют снижению скорости течения и осаждению взвешенных веществ, часть которых прилипает к листьям растений. Роль тростниковых зарослей в осадконакоплении двоякая: они дают органический опад, способствуют осаждению взвешенных веществ и в то же время защищают берега прудов от размыва. Берегозащитная роль тростника чаще всего превалирует: заросшие пруды по сравнению с незаросшими отличаются меньшей интенсивностью заиления.

Относительно немногочисленные водно-балансовые исследования позволили выявить гидрологическую специфику малых водоемов [19-22].

В заполнении малых водоемов помимо стока водотока и выпадающих на зеркало воды осадков участвует склоновый сток с прилегающего водосбора, грунтовые воды и родники, а при каскадном расположении прудов еще и воды, фильтрующиеся из вышерасположенного водоема.

Как в лесостепной, так и в степной зонах при уменьшении размеров водоемов в приходной части водного баланса уменьшается доля стока питающего водотока и растет доля осадков на зеркало воды. Так, например, в лесостепной зоне осадки на зеркало Куйбышевского водохранилища объемом 58 км3 составляют 1 % приходной части его баланса, тогда как в балансе

Водное хозяйство России № 5, 2012

Водное хозяйство России

Успенского водохранилища объемом 2,4 млн м3 - 11 %. В лесной и лесостепной зонах до 25-50 % объема прудов заполняется грунтовыми водами.

В расходной части водного баланса при переходе от больших водохранилищ к прудам уменьшается доля сброса воды в нижний бьеф и возрастают доля потери воды на испарение и фильтрацию.

Основным источником седиментационного материала в прудах и небольших водохранилищах лесостепной и степной зон являются продукты эрозии водосбора. Кроме того, наибольшее количество продуктов эрозии поступает с прилегающих к водоему склонов, что является принципиальным отличием от средних и крупных водоемов.

Обработка данных наблюдений за переработкой берегов малых водохранилищ и прудов с площадью зеркала 30-3000 га, глубиной 1,5-7,0 м и длиной разгона волны от 0,3 до 2,0 км позволили установить зависимость для расчета значения коэффициентов заложения подводного откоса в придонной зоне [23]:

т =

1

1

+ 22 Ь

(10 ¿ю)"

! = 0,39 ^Ь2,

(2)

где Ь - длина разгона волны на подходе к откосу, км;

1 - коэффициент внутреннего трения грунта;

¿10 - диаметр частиц грунта, больше которого в грунте содержится 10 %

частиц по весу, мм.

Высота прибойной зоны принимается равной 1 м, выше и ниже НПУ в среднем на 0,5 м. Коэффициент заложения надводного откоса в среднем в 2 раза меньше, чем для подводной отмели.

Наблюдения также показали, что в первые годы эксплуатации малых водоемов происходит интенсивное заиление устьевых участков русел малых водотоков, впадающих в водоемы. Так, например, обследование Любанско-го водохранилища на р. Орессе (Беларусь) показало, что отложение наносов начинается в месте выклинивания кривой подпора, в результате чего дно русла на этом участке за три года повысилось на 0,7 м [23].

В лесостепной зоне крупные водохранилища получают седиментацион-ный материал преимущественно за счет размыва берегов и ложа, а в степной зоне, где реки транспортируют большое количество наносов, основным источником заиления является твердый сток реки. В заилении степных малых водохранилищ, по сравнению с лесостепными, возрастает участие продуктов размыва берегов. Доля продуктов внутренней жизни водоема составляет 2-3 %. Основным элементом расходной части седиментационного баланса всех водохранилищ степной и лесостепной зоны является осадко-накопление, составляющее в среднем 96 %. В нижний бьеф сбрасывается

Водное хозяйство России № 5, 2012

Водное хозяйств

о Рос

сии

Таблица 1. Средние показатели осадконакопления в прудах объемом менее 500 тыс. м3 по [1]

Площадь Объем Среднегодовые

Зона, регион водоемов водосбора, км2 пруда, 103 м3 эксплуатации Ra, 103 м3 RJW0, % М,, м3/км2

Лесостепная 94 11,4 138 24 4,11 3,0 360

Русская равнина 78 11,9 151 23 4,80 3,2 403

Западная Сибирь 16 8,53 77,1 24 0,74 1,0 87

Степная 239 18,0 92,0 28 1,34 1,5 74

Русская равнина и Предкавказье 173 15,4 96,3 28 1,56 1,5 101

Западная Сибирь 66 24,9 80,4 26 0,78 1,0 31

Примечание: Яо - объем отложений; Жо - объем водоема; Мз - модуль заиления, отношение объема отложений к площади водосбора.

менее 4 %, что находится в пределах точности определения объема отложений по данным полевых наблюдений.

Осадконакопление в малых водохранилищах - обусловленный географической зональностью процесс стока наносов с малых водосборов как основных источников седиментационного материала.

Данные, представленные в табл. 1, показывают, что несмотря на различие в объемах прудов и площади водосбора, все показатели заиления как абсолютные, так и относительные, исключающие влияние размеров водоема и водосбора, достигают наибольших значений в лесостепной зоне. Пруды этой зоны ежегодно теряют в связи с заилением в среднем 3 % своего объема, тогда как пруды степной зоны только 1,5 %, что подтверждает вывод Н.И. Маккавеева о приуроченности максимума эрозии к лесостепной зоне [6].

В каждой зоне наибольшей интенсивностью заиления отличаются пруды Русской равнины. Изменения показателей осадконакопления при переходе от одного региона зоны в другой согласуются с изменением как активных факторов эрозии (осадки, сток), так и лесистости, овражности, распахан-ности территории, уклона малых водосборов, содержания гумуса в почве.

С учетом этих обстоятельств М.Я. Прытковой выполнено районирование территории бывшего СССР на 16 седиментационных районов, отличающихся по условиям осадконакопления в прудах [1]. Анализ этого фактического материала позволил сделать следующие выводы [8].

1. Расположенные в прибрежной части действующие овраги оказывают значительно большее влияние на заиление водоемов, чем распаханные до уреза воды склоны.

2. Овраги, расположенные на 2-3 км выше пруда, слабо влияют на его заиление.

Водное хозяйство России № 5, 2012

Водное хозяйство России

3. Роль распаханных склонов возрастает с увеличением их уклона.

4. Залуженные склоны в большей степени снижают заиление прудов, чем посадки деревьев и кустарников.

5. Сильно фильтрующие и заросшие водной растительностью пруды отличаются меньшей интенсивностью заиления в связи с ослаблением размыва берегов.

6. Снижению интенсивности заиления способствует древесно-кустар-никовая растительность в нижней части овражно-балочных водосборов выше пруда.

7. Каскады прудов по интенсивности заиления почти не отличаются от верховых прудов в связи с преимущественным поступлением продуктов эрозии с прилегающих к водоему склонов.

8. Копани, заполняемые местным стоком, заиливаются с той же интенсивностью, что и пруды в гидрографической сети.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

9. Пруды полного регулирования стока имеют ту же интенсивность заиления, что и пруды, сбрасывающие часть воды во время наполнения в связи с большой наносоудерживающей способностью водоемов в степной и лесостепной зонах.

Для расчета осадконакопления в прудах для каждого седиментацион-ного района М.Я. Прытковой получены уравнения регрессии следующего

вида: ш

Мз = а0 + а, ш + а2Т; (3)

и Р

Ш0 = ао + а,Шо + а2Т; (4)

Я0 = а0 + а1 Ш0 + а2р + а3Т; (5)

Яо = а0 + а, Ео; (6)

Р

где Ш0 - объем водоема, тыс. м3;

Р - площадь водосбора, км2;

Ш0/Р - слой аккумуляции, мм;

Мз - модуль заиления, отношение объема заиления к площади водосбора,

м3/км2;

Я0 - объем отложений, м3;

Я0/Ш0 - относительные потери объема на заиление, %.

Приведенные выше уравнения характеризуются высокими значениями коэффициентов корреляции, превышающими, как правило, 0,8.

Донные отложения (ДО) образуются в результате биохимических, микробиологических и физико-химических процессов из остатков высшей водной растительности (ВВР), переносимых водой органических и минераль-

Водное хозяйство России № 5, 2012

Водное хозяйств

о Рос

сии

Таблица 2. Качественный состав донных отложений малых водохранилищ и прудов на сельскохозяйственных водосборах в условиях Северо-Запада РФ [24]

Показатель Значение показателя, мг/100 г сухого ила

Наибольшее Наименьшее Среднее

Органические вещества 22 500 3000 8900+1200

Азот общий 1900 700 1180+130

Фосфор 27 3,8 14,8+1,8

Калий 17 2,2 12,1+1,5

Магний 220 15,0 60,6+16

Кальций 410 30,0 118+37

Железо 2200 46,0 820+220

Медь 9,4 1,0 3,0+0,7

Марганец 220 31,0 70,8+17

Цинк 21,0 2,0 8,8+1,9

Свинец 3,7 0,8 2,1+0,3

Никель 5,0 1,9 3,5+0,4

Хром 5,1 1,8 3,4+0,4

Молибден 2,4 0,1 1,6+0,03

ных частиц. Основным источником органического вещества ДО являются отмирающие остатки ВВР. С другой стороны, снижение скоростей течения в зарослях ВВР способствует осаждению взвешенных веществ и формированию минеральной части ДО.

Исследования малых водохранилищ и прудов на Северо-Западе РФ [2426] показали, что в них ДО характеризуются высокой влажностью. В состоянии полной влагоемкости их объемная масса составляет 120-710 кг/м3, пористость 0,72-0,95. По механическому составу 20 % исследованных образцов относится к глинам, 53 % - суглинкам, 27 % - супесям. Установлено, что водно-физические и агрохимические свойства ДО в значительной степени определяются содержанием в них органического вещества [24, 27]. В целом, по своим агрохимическим свойствам исследованные ДО близки к осадкам хозбытовых сточных вод (табл. 2).

Микроэлементный состав донных отложений обследованных водоемов представлен в табл. 3. Анализ данных показал, что среднее содержание ионов тяжелых металлов в ДО близко к их среднему содержанию в почвах. Минимальные значения концентраций этих ингредиентов в донных отложениях, как правило, превышают аналогичные значения для почвенных образцов. Относительное накопление соединений тяжелых металлов в биомассе высшей водной растительности значительно меньше, чем в донных отложениях.

Таким образом, основным источником поступления соединений металлов в илы исследуемых водохранилищ являются почвы, уровень содержания

Водное хозяйство России № 5, 2012

Водное хозяйство России

Таблица 3. Микроэлементный состав твердой фазы иловых отложений исследованных водоемов [24]

Объект Содержание ТМ, мг/кг сухого вещества

Си2+ гп2+ РЬ2+ №2+ Со2+ Мп2+

Иловые отложения: 28 66 23 37 20 500

ср/наим.-наиб. 15-84 25-207 9-36 19-50 10-33 210-1850

Почвы Северо-Запада: 20 50 10 40 8 850

ср/наим.-наиб. 2-100 10-300 2-200 10-1000 1-40 100-4000

ВВР: надземная/корневая 9,1 4,6 4,6 0,19 5,3 6500

часть 15 13 11 0,18 11 730

ПДК для минеральных

почв Фон + 35 Фон + 50 32 Фон + 45 - 1500

Директивы ЕЭС 3000 10 000 1000 50-100 - -

I группа ГОСТ АКХ 100-300 300-1000 100-200 100-200 - -

данных компонентов в которых определяется природным фоном, поступлением с аэротехногенными потоками, органическими и минеральными удобрениями, пестицидами. Немаловажный источник поступления соединений тяжелых металлов в водные объекты - сточные воды, в т. ч. и ливневые. Не стоит исключать и влияние эолового переноса, поступления с жидкими и твердыми осадками.

Характерной особенностью химического состава донных отложений малых водоемов в условиях Северо-Запада РФ является высокое содержание Реобщ, достигающее в отдельных образцах 10 % по массе. В целом, в толще илов преобладают восстановительные условия, до 75 % железа находится в закисной форме [24, 25]. Исследования содержания ионов металлов в донных отложениях Верхневолжских озер [28] позволили установить их фоновое содержание в почвах в данном регионе. Сравнение этих данных с аналогичными показателями для испытывающих большую нагрузку Верхневолжских водохранилищ показало, что при отсутствии сосредоточенных сбросов коммунальных и промышленных сточных вод загрязненность донных отложений тяжелыми металлами не превышает фоновых значений.

В среднем ДО содержат тяжелые металлы в количествах, не превышающих ПДК для почв сельскохозяйственных угодий, с большим запасом отвечают критериям пригодности к утилизации на сельскохозяйственных угодьях по нормативам ЕЭС, дифференцируются в I группу ГОСТ «Осадки сточных вод. Требования к утилизации», разработанного АКХ им. Памфилова, т. е. пригодны к использованию на сельскохозяйственных угодьях без каких либо ограничений [24-26]. Однако в каждом конкретном случае принятия решения об использовании донных отложений в хозяйственной деятельности необходим либо химический анализ состава донных отложе-

Водное хозяйство России № 5, 2012

Водное хозяйство России

Таблица 4. Основные гидрохимические показатели внутрипорового раствора донных отложений исследованных водоемов [24]

Показатель Значение показателя, мг/л

Среднее Пределы изменения

мн4+ 62,9 13,6-240

0,53 0,02-2,50

ыо3- 5,27 1,40-27,6

Nобщ 76,3 15,3-264

р х мин 0,96 0,06-6,20

р х вал 1,35 0,12-6,80

к+ 13,2 1,5-60

Ее2+ 7,1 0,75-26

Ее3+ 25,2 1,25-225

бпк5 10,6 1,5-64

ХПК 283 92-764

Окисляемость 168 40,0-488

ний, либо доскональный анализ факторов, влияющих на формирование химического состава.

При пористости 0,72-0,95 от объема ДО в большей степени состоят из внутрипорового раствора (ВПР), чем из твердой фазы. Загрязняющие вещества в составе ВПР (табл. 4) потенциально обладают большей подвижностью и могут быть источником загрязнения речных вод при спуске водохранилищ. Воды ВПР отличаются исключительно высоким содержанием КИ4+, что свидетельствует о процессах распада органического вещества в твердой фазе ДО. Наличие значительного количества ионов К02 свидетельствует о проявлении процессов нитрификации. Параллельно протекает и обратный процесс - денитрификация, о чем свидетельствует наличие азота в составе выделяющихся газов. В целом, по удобрительной ценности и содержанию биогенов воды ВПР близки к хозбытовым сточным водам.

Наиболее ценной в агрономическом плане является иловая фракция донных отложений, по своим свойствам близкая к сапропелям. Однако в соответствии с режимом формирования донных отложений в малых водохранилищах и прудах не следует ожидать в них иловых отложений со свойствами (водно-физическими и агрохимическими), близкими к свойствам сапропелей.

Обобщая все вышесказанное, можно сделать вывод, что малые водохранилища и пруды обладают высокой наносоудерживающей способностью, задерживая до 94 % продуктов водной эрозии, поступающих с водосбора. Их принципиальным отличием от более крупных водоемов является относительно большее поступление продуктов эрозии с прилегающих к водоему склонов.

Водное хозяйство России № 5, 2012

Водное хозяйство России

Донные отложения малых водохранилищ и прудов характеризуются высокой влажностью, в состоянии полной влагоемкости пористостью от 0,72 до 0,95 и в условиях естественного залегания состоят, в основном, из внут-рипорового раствора. Содержание органического вещества тесно коррелирует с пористостью и агрохимическими свойствами донных отложений. В целом, по своим агрохимическим свойствам донные отложения близки к осадкам хозбытовых сточных вод. При отсутствии на водосборе промышленных и коммунальных источников загрязнения по содержанию тяжелых металлов донные отложения пригодны к утилизации на сельскохозяйственных угодьях без каких либо ограничений.

Воды внутрипорового раствора донных отложений отличаются высоким содержанием азота, фосфора, калия, преимущественно в минеральной форме и по совокупности этих показателей близки к хозбытовым сточным водам. Установлено, что концентрации загрязняющих веществ в водах внут-рипорового раствора в среднем в 5-10 раз, а аммонийного азота в 270 раз больше, чем в протекающих водах, что создает опасность их загрязнения при опорожнении водохранилищ.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. ПрытковаМ.Я. Географические закономерности осадконакопления в малых водохранили-

щах. Л.: Наука, 1986. 86 с.

2. Прыткова М.Я. Осадконакопление в малых водохранилищах. Л. 1981. 152 с.

3. Дрозд Н.И. Из материалов по исследованию заиления водохранилищ Украины / Тр. Лаб.

Озероведения АН СССР. 1958. Т. 7. С. 92-97.

4. Яковлева Л.В. Плотность иловых отложений малых водоемов ЦЧО // В кн.: Малые водо-

емы равнинных областей СССР и их использование. М.-Л.; 1961. С. 191-196.

5. Прыткова М.Я. Малые водохранилища лесостепной и степной зон СССР. Л. 1979. 172 с.

6. Маккавеев Н.И. Русло реки и эрозия в ее бассейне. М. 1955. 346 с.

7. КараушевА.В. Теория и метод расчета заиления малых водохранилищ и прудов // Тр. ГГИ.

1966. Вып. 132. С. 68-81.

8. Шамов Г.И. Речные наносы. Л. 1954. 346 с.

9. Указания по расчету заиления водохранилищ при строительном проектировании. Л.: Гид-

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

рометеоиздат, 1973. 55 с.

10. Старикова Н.Д. Накопление и распределение осадков в некоторых водохранилищах канала им. Москвы // ДАН СССР. 1956. Т. 111. № 6. С. 1326-1329.

11. Широков В.М. Формирование современных донных отложений в Куйбышевском водо-

хранилище // В кн.: Сборник работ Комсомольской ГМО. Л. 1965. Вып. 5. С. 142-145.

12. Белостоцкий И.И. Некоторые примеры деформации осадков в период их отложения //

Бюл. МОИП. Отд. геол. 1955. Т. 30. Вып. 4. С. 49-65.

13. Виноградова Н.Н., Мартынова М.В. Особенности распределения органического вещест-

ва в илах Можайского водохранилища // Вестник МГУ. Сер. геогр. 1973. № 5. С. 97-99.

14. Караушев А.В. Взмучивание и распространение зон мутности в водохранилищах // Тр. ГГИ. 1964. Вып. 111. С. 81-95.

15. Караушев А.В. Теория и методы расчета речных наносов. Л.: Гидрометеоиздат, 1977. 272 с.

Водное хозяйство России № 5, 2012

Водное хозяйство России

16. Широков В.М. Формирование ложа водохранилищ // В кн. Изменение природных усло-

вий в Средней Оби после создания Новосибирской ГЭС. Новосибирск. 1973. С. 96-120.

17. Буторин Н.В., Зиминова Н.А., Кудрин В.П. Донные отложения Верхневолжских водохра-

нилищ. Л.: Наука, 1975. 158 с.

18. ЛысенкоМ.П. Состав и физико-механические свойства грунтов. М.: Недра, 1972. 320 с.

19. Сорокин И.Н. Опыт изучения водного баланса малых водоемов Курской области // В кн.: Малые водоемы равнинных областей СССР и их использование. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1961. С. 58-64.

20. Сорокин И.Н. Водный баланс Успенского водохранилища // В кн.: Вопросы гидрологии

Успенского водохранилища и его водосбора. М.-Л.: Изд-во АН СССР, 1963. С. 98-127.

21. Бойко И. С. Водный баланс водохранилища «Волчьи ворота» // В кн.: Заиление водохрани-

лища «Волчьи Ворота» и цепочек прудов на его водосборе. Л.: Наука, 1971. С. 167-182.

22. Прыткова М.Я. Водный и седиментационный баланс Отказненского водохранилища // В кн.: Отказненское водохранилище: заиление и гидробиология. Л.: Наука, 1973. С. 104136.

23. Саплюков Ф.В. Заиление и переработка берегов малых водохранилищ. В кн.: Создание,

сохранение и восстановление водоемов. Елгава: ВНИИВОДПолимер, 1974. С. 40-50.

24. Даишев Ш.Т. Геоэкологические основы охраны и воспроизводства водных ресурсов на

мелиорируемых сельскохозяйственных водосборах (на примере Северо-Запада РФ): ав-тореф. дис. ... д-ра техн. наук. СПб. 2001. 48 с.

25. Даишев Ш.Т., Штыков В.И. Водоохранная роль малых водоемов в условиях сельскохо-

зяйственного использования их водосборов в Ленинградской области // Водные ресурсы. 1997. Т. 24. № 5. С. 577-580.

26. Мартынова М.В. Азот и фосфор в донных отложениях озер и водохранилищ. М.: Наука,

1984. 160 с.

27. Хендерсон-СеллерсБ. Инженерная лимнология. 1987. Л.: Гидрометеоиздат, 336 с.

28. Бреховских В.Ф., Волкова З.В., Кирпичникова Н.В. Особенности накопления тяжелых ме-

таллов в донных отложениях и высшей водной растительности заливов Иваньковского водохравнилища // Водные ресурсы. 2001. Т. 28. № 4. С. 441-447.

Сведения об авторах:

Попов Александр Николаевич, д. т. н., профессор, заведующий отделом восстановления рек и водоемов, ФГУП «Российский научно-исследовательский институт комплексного использования и охраны водных ресурсов» (ФГУП РосНИИВХ), 620049, г. Екатеринбург, ул. Мира, 23; e-mail: pan1944@rambler.ru

Штыков Валерий Иванович, д. т. н., профессор, кафедра «Водоснабжение, водоотведе-ние и гидравлика», Санкт-Петербургский государственный университет путей сообщения, 190031, Санкт-Петербург, Московский пр., 9

Водное хозяйство России № 5, 2012

Водное хозяйство России

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.