CC BY
42
УДК 574.52
Ю.С. Даценко
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, [email protected]
ОСОБЕННОСТИ И РАЗЛИЧИЯ АБИОТИЧЕСКИХ КОМПОНЕНТОВ ЭКОСИСТЕМ ОЗЕР И ВОДОХРАНИЛИЩ (ОБЗОР)
Интенсивность и направленность процессов круговорота вещества и энергии в водоемах замедленного водообмена в значительной степени зависят от особенностей действия абиотических факторов функционирования экосистем. Разнообразие проявления этих факторов в озерах и водохранилищах определяется географическим положением водного объекта, морфологическими характеристиками его ложа и степенью антропогенного влияния на водоем. В работе анализируются закономерности географического распределения озер и водохранилищ и их влияние на интенсивность продукционно-деструкционных процессов. В табличной форме представлены различия абиотических факторов в озерах и водохранилищах, связанных с географической зональностью. В качестве этих факторов рассматриваются гидрологический и гидрохимический режим водоемов. Гидрологические факторы включают структуру водного баланса, интенсивность внешнего водообмена, колебания уровня воды, величина водного притока и стока и температура воды. В качестве важнейших гидрохимических факторов рассматриваются величины нагрузки взвешенными растворенными веществами. Влияние морфологических характеристик анализируются на основе особенностей генезиса озер и водохранилищ. К основным особенностям абиотических воздействий в экосистемах в этом случае из элементов гидрологического режима относятся гидрологическая структура водных масс, характеристики гравитационной неустойчивости вод, термическая стратификация в периоды стагнации, оптические свойства водных масс. Из анализируемых гидрохимических характеристик рассматриваются закономерности содержания и распределения биогенных и органических веществ и растворенного кислорода в озерах и водохранилищах. Отмечается, что выявленные различия привели к необходимости корректировки для водохранилищ широко распространенных озерных балансовых полуэмпирических моделей эвтрофирования.
Ключевые слова: озера; водохранилища; абиотические факторы; гидрологический режим; гидрохимический режим.
DOI: https://doi.Org/10.24852/2411-7374.2022.1.39.47
Введение
Примерно до 70-х годов XX столетия в лимнологических исследованиях не уделялось серьезного внимания принципиальным различиям между водохранилищами и озерами. Достаточно отметить, что классик современной лимнологии Д. Хатчинсон относил водохранилища к одному из типов озер (Hutchinson, 1957). Рост количества водохранилищ в мире в середине столетия, актуальность оценки их экологического состояния для водоснабжения стимулировали углубленные лимнологические исследования этих водных объектов, в результате чего были установлены существенные различия в функционировании экосистем водохранилищ по сравнению с экосистемами озер (Даценко, 2007; Минеева, 2004; Ryder, 1978; Thornton, 1984, Thornton et al., 1990; Straskraba et al., 1993). Главные среди них - различия в абиотических факторах круговорота веще-
ства и продукционно-деструкционных процессов в экосистеме. Эти процессы имеют одинаковую природу, однако пространственно-временная изменчивость их направленности и интенсивности может существенно различаться в зависимости от особенностей водных объектов.
Любой конкретный водоем обладает индивидуальными особенностями, которые могут не охватывать всего многообразия процессов, доминирующих в данном типе водного объекта, поэтому при рассмотрении особенностей озер и водохранилищ целесообразно рассматривать некие средние значения характеристик, оказывающих влияние на функционирование экосистем этих типов внутренних водоемов.
Теоретически бесконечное разнообразие абиотических элементов экосистем водоемов суши определяется сочетанием следующих основных факторов: географическим положением водоема,
Географические факторы
Группа абиотических факторов
Внутриводоемные факторы
Прямые факторы продуктивности
Ландшафт водосбора
Климат. Синоптические условия
Антропогенное воздействие
Форма ложа водоема
Гидрологические Гидрофизические Гидрохимические
Внешний водообмен Динамика вод Термическая структура вод Внешняя биогенная нагрузка Режим взвесей
Световые условия Температурный режим Запас и распределение биогенных веществ
Рис. 1. Схема абиотических факторов функционирования экосистемы водоема Fig. 1. Scheme of abiotic factors in the functioning of the ecosystem of the reservoir
климатическими условиями, строением его чаши и антропогенным воздействием. Особенности этих главных факторов определяют гидрологический и гидрохимический режимы, формирующие абиотические компоненты экосистемы водного объекта. Иерархия перечисленных факторов и их связь с отдельными элементами гидролого-гидрохимического режима может быть представлена в виде схемы, показанной на рисунке 1.
Каждый из этих факторов по-разному проявляется в озерах и водохранилищах, и их сложная комбинация приводит к формированию существенных особенностей абиотических характеристик экосистем и, тем самым, особенностей их функционирования в этих водных объектах.
Важнейшая характеристика любой экосистемы - первичная продукция органического вещества, поэтому комплекс представленных на схеме факторов целесообразно разделить на группы внешних влияний, прямо или косвенно определяющих интенсивность продукционно-деструкци-онных процессов в экосистеме водоема. К таким группам относятся
1) энергетические факторы (солнечная радиация, температура воды);
2) гидролого-морфологические (гидрологический режим и морфометрические характеристики водоема);
3) гидрохимические (биогенное питание фитопланктона).
Факторы первой их этих групп характеризуются ярко выраженной географической зональностью. Однако, влияние гидрологического режима на продуктивность опосредовано большим количеством динамических и термических процессов, поэтому почти невозможно его выделить в чистом виде. Гидрохимические и, особенно, морфологические факторы азональны и должны рассматриваться вне зависимости от географической зоны расположения водоема. Проведенные по данным наблюдений на водоемах мира оценки продуктивности континентальных водоемов показывают ведущую роль энергетических факторов, кото-
рые определяют более 70% изменчивости величин продуктивности озер и водохранилищ мира (Brylinsky, Mann, 1973). Поэтому вполне правомерно в этом случае говорить о зональности первичной продуктивности водоемов. Это, в свою очередь, определяет необходимость различных подходов к оценкам трофического состояния и процесса эвтрофирования водоемов, расположенных в различных географических зонах.
Географическое распределение озер и водохранилищ на земном шаре
Распределение озер на земном шаре тесно связано с их происхождением. Главной чертой этого распределения выступает максимум их количества в поясе ледниковой деятельности северного полушария. По выборке из 2300 естественных озер Р.Д. Шуллинг (Schuiling, 1976) построил график широтного распределения количества озер на земном шаре, имеющий тримодальный вид. Трудно оценить, насколько репрезентативна выборка Шуллинга, но в целом представленное распределение вполне соответствует распределению климатических и геологических факторов их генезиса. Положение северного максимума на этом графике на широте 480 представляется сомнительным, т.к. основные озерные районы Европы (северо-запад России, Скандинавия) находятся значительно севернее. Видимо, среди выборки доминировали озера американского континента, где основной озерный район расположен примерно в этих широтах. Важно, что все три пика на графике Шуллинга соответствуют районам земного шара, богатых водными ресурсами. Это можно считать главной особенностью распределения озер на земном шаре, большинство из которых сосредоточены во влажных районах. Известные озерные районы семи-аридного климата, обусловленные спецификой рельефа, можно считать исключением из этой общей закономерности.
Для территории России наиболее полное обобщение распределения многочисленных озер проведено А.В. Измайловой (Измайлова, 2018), представившей современные карты озерности
1750
's 1500
и 1250
о
н 1000
о 750
й я 500
о (И 250
ч о 0
ы
46
50
54
58
62
66
25000
20000
's
И 15000
Э я 10000
я о
ч 5000
С
46
50
54 58 Широта, град
62
□ озера □ водохранилища
Рис. 2. Распределение количества (а) и площадей (б) озер и водохранилищ по широте в Европейской
части России Fig. 2. Distribution of the number (a) and areas (b) of lakes and reservoirs by latitude in the European part of Russia
территории и установившей двухмодальное распределение озер по большинству исследованных меридианов.
Распределение водохранилищ на земном шаре определяют цели их создания. Интенсивное строительство водохранилищ ведется в регионах, развитых в хозяйственном отношении, с высокой плотностью населения (выработка электроэнергии, водный транспорт, борьба с наводнениями) и в регионах с явно выраженным дефицитом водных ресурсов (промышленное и коммунальное водоснабжение, ирригация). В развитых и развивающихся странах семи-аридного климата количество построенных водохранилищ достигает десятки тысяч.
Таким образом, распределение водохранилищ практически везде на земном шаре (и в России, в частности) противоположно распределению озер. Иллюстрацией этого положения представляются графики распределения по широтам озер и водохранилищ на Европейской территории России (рис. 2), построенные по данным «Кадастра водохранилищ СССР» и справочным данным (Дома-ницкий и др., 1971). Полученное распределение получило дополнительное подтверждение в работе А.В. Измайловой (2008).
Помимо количества водных объектов, на графике представлена величина суммарной площади водной поверхности озер и водохранилищ в соответствующих широтных поясах. Северный максимум озер обусловлен широким распро-
странением небольших тундровых озер на этих широтах. Максимум по площади расположен несколько южнее и связан с ледниковыми озерами Северо-Запада. Наибольшее число водохранилищ расположено в широтах, соответствующим черноземной полосе европейской России, где по сравнению с северными регионами значительно более высокая плотность населения и развитое сельское хозяйство. Это подтверждает значительную роль экономико-географических причин распределения водохранилищ.
Аналогичный график, построенный для территории США Торнтоном (Thornton, 1984) по выборке из 309 озер и 109 водохранилищ, показывает два максимума в распределении озер и фактически один максимум в распределении водохранилищ. Северный озерный максимум соответствует ледниковому озерному району США, южный - озерному району Флориды. Большинство водохранилищ США сосредоточено в юго-восточном (Флорида, Джорджия, Алабама, Юж. и Сев. Каролина), западном (Калифорния, Аризона), районах интенсивного развития сельского хозяйства и напряженного водохозяйственного баланса (Техас, Колорадо, Нью-Мексико).
Для водохранилищ, расположенных в аридном климате, характерен отрицательный баланс осадков и испарения. Высокое испарение ведет к прямым потерям воды, например, водохранилище Собриньо на Северо-востоке Бразилии ежегодно теряет около 2 км3 воды (Tundisi, 1981). Однако, несмотря на это, создание водохранилищ в этих регионах часто выступает едва ли не единственной возможностью увеличения водных ресурсов за счет регулирования крайне неравномерного речного стока. Большинство же озер расположено во влажных районах с превышением осадков над испарением. Интересный аспект климатических различий отмечен в работе Торнтона, который показал, что в районах США, где сосредоточено большинство водохранилищ, более активна циклоническая деятельность и связанный с ней ветровой режим (Thornton et al., 1990).
Различия в географическом распределении озер и водохранилищ обуславливают географические особенности их водосборов. Рассмотрение водоема и водосбора как единой системы стало отличительной чертой современных комплексных лимнологических исследований. Степень влияния особенностей водосбора на экологические процессы в водохранилище во многом определяется величиной внешнего водообмена водоема. Водохранилища характеризуются большими величинами коэффициентов водообмена, чем озера. В них значительно чаще, чем в озерах,
a
b
о
Таблица 1. Сравнительные характеристики режимов пресных озер и долинных водохранилищ как
следствие различий в их географическом распределении Table 1. Comparative characteristics of regimes offresh lakes and valley reservoirs as a consequence of
differences in their geographical distribution
Элемент режима Regime element Водохранилища Reservoirs Озера Lakes
Гидрологический режим
Структура водного баланса Однообразна, только стоково-приточного типа с долей как осадков, так и испарения во внешнем водообмене не более 25% Большое разнообразие, включающее все типы структуры и зависящее от удельного водосбора и климата
Период водообмена Короткий, переменный. Увеличивается во время сбросов поверхностных вод Продолжительный (от одного до многих лет), относительно постоянный
Колебания уровня воды Нерегулярные, внутригодовые - большие, превышающие размах многолетних колебаний среднегодового уровня Внутригодовые небольшие и меньше, чем многолетние
Водный приток Сконцентрирован по крупным рекам, распространяется вдоль затопленной русловой ложбины часто в виде плотностных течений Рассредоточен по малым притокам, проникновение в стратифицированную водную толщу слабое и рассеивающееся
Водный сток В зависимости от назначения гидроузла очень неравномерный и селективный из поверхностного слоя или гиполимниона Относительно постоянный из поверхностного слоя
Температура воды Более высокая из-за более теплого климата Низкая из-за холодного климата в северных регионах
Гидрохимический режим и режим взвешенных веществ
Нагрузка взвесями Высокая в соответствии с более интенсивным развитием эрозионных процессов на водосборе. Сортировка материала в верховьях водохранилищ Преимущественно малая и очень малая. Дельты небольшие, широкие, медленная сортировка материала
Взвешенные вещества в воде Высокая и изменчивая концентрация минеральных взвешенных частиц в воде Концентрация минеральных взвесей преимущественно низкая и очень низкая
Растворенные минеральные вещества Высокая неоднородность минерализации особенно существенная в слабопроточных водохранилищах, питающихся незарегулированным стоком. В периоды конвекции - только горизонтальная, в периоды стагнации и вертикальная Несущественная неоднородность в пресных голомиктических озерах и существенная вертикальная в меромиктических
Взвешенное органическое вещество Преобладает аллохтонное, резко повышающееся с периоды половодья и паводков Преобладает автохтонное с максимальным содержанием в периоды высокой первичной продуктивности
доминирует горизонтальная (речная) составляющая внешнего водообмена. При этом различия водосборов озер и водохранилищ проявляются как в ландшафтных особенностях, так и в форме водосборной площади, которая определяет характер пространственного распределения внешней нагрузки на водоем, существенно зависящий от положения водоема в бассейне.
Среди водосборов водохранилищ преобладает узкая и удлиненная форма, завершающаяся водоемом, в отличие от водосбора озер - обычно кругового с водоемом в центре. Важной количественной характеристикой водосбора выступает его удельная величина, представляющая отношение площади водосбора к площади водоема, которая наряду с климатическими характеристиками определяет структуру водного баланса водоема (Эдельштейн, 2019).
Для водохранилищ площадь водосбора опре-
деляется выбором местоположения створа плотины в том или ином месте речной сети. Сравнительный анализ распределения относительного числа долинных водохранилищ и озер с различными размерами удельного водосбора проведен К.К. Эдельштейном по выборке из 852 водоемов (Эдельштейн, 1991). В результате установлено, что половина рассмотренных озер имеют удельный водосбор менее 20, в то же время для 90% долинных водохранилищ эта величина более 20. По этому показателю различия озер и водохранилищ проявляются весьма отчетливо: удельные водосборы водохранилищ в среднем намного превышают удельные водосборы озер. Следует отметить, что в отличие от ландшафтных характеристик, форма водосборов и их удельная величина относятся к азональным факторам. Ландшафтные особенности водосборов связаны с различиями в их географическом распределении и проявляются
в особенностях формирования водного, химического стока и стока взвешенных веществ.
Наиболее общие следствия влияния различий в географическом распределении озер и водохранилищ на их режим представлены в таблице сравнительных характеристик гидрологического, гидрохимического режима и режима взвешенных веществ (табл. 1). При сравнении гидрохимического режима нами рассматриваются только пресные озера.
При сравнении озер и водохранилищ чрезвычайно важное значение имеет генетическое разнообразие водоемов. Разнообразие озер земного шара обусловлено, главным образом, происхождением озерных котловин, с которым тесно связаны их размеры и форма, а, следовательно, и определенные черты гидрологического режима. В формировании большинства озерных котловин участвует несколько факторов, поэтому генетическая классификация базируется на выявлении ведущего фактора. Согласно известной классификации М.А. Первухина (1937), доминирующие котловинные озера подразделяются на ледниковые (эрозионные и аккумулятивные), тектонические, водно-эрозионные и водно-аккумулятивные, провальные (карстовые, просадочные), вулканические и эоловые.
Более детальную генетическую классификацию озерных котловин приводит Д. Хатчинсон (Hutchinson, 1957), выделивший 11 групп, в основном близких к типам М.А. Первухина. По оценке Р. Ветцеля (Wetzel, 1975) в мире примерно 10 млн. озер. Генетически различные типы озер имеют столь разнообразные размеры, формы, характеристики гидрологического и гидрохимического режимов, что выбрать типичный объект не представляется возможным. Меньше варьируют особенности отдельных объектов в пределах одного какого-либо типа, и представить типичное озеро определенного типа вполне допустимо. Для сравнения будем использовать некоторое абстрактное озеро из группы озер ледникового происхождения. Во-первых, эта группа озер, по-видимому, самая многочисленная. Во-вторых, классические лимнологические исследования выполнены именно на озерах этой группы, а также на озерах тектонического происхождения, имеющих некоторые общие черты с ледниковыми озерами.
Разнообразие типов водохранилищ значительно меньше, поскольку их генезис в большинстве случаев определяется возведением плотины в долине реки. В основу наиболее обоснованной и строгой классификации водохранилищ К.К. Эдельштейна (1998) положен тот же принцип, что и для озер. Согласно этой классификации, все
водохранилища подразделяются на три типа: долинные, котловинные и смешанные. По самому обширному из опубликованных перечней водохранилищ мира (Авакян и др., 1987), примерно 75% всех водохранилищ относятся к долинному типу, поэтому именно этот тип водохранилищ выбран нами для сравнительного анализа озер и водохранилищ.
С генезисом озер тесно связан их возраст, который определяется геологическими периодами времени, даже ледниковые озера (самые молодые) насчитывают 10-15 тыс. лет (если не принимать во внимание возникающие в эрозионных котловинах речных долин небольшие озера). Водохранилища же относятся к молодым антропогенно-природным образованиям. Хотя известны водохранилища, построенные еще в древнейшие времена, интенсивное строительство водохранилищ началось в ХХ в. и лишь к середине столетия эти водные объекты стали достаточно распространенным элементом природных ландшафтов (Biswas, 1975). Наиболее интенсивное строительство водохранилищ во всех странах наблюдалось в период между 1950 и 1970 годами (Graf, 1999). К концу столетия темпы строительства водохранилищ в индустриальных странах несколько замедлились, что связано в большей степени с полным или частичным завершением регулирования некоторых крупных рек (Волга, Днепр, Теннесси) и формированием комплексов водоснабжения в наиболее индустриальных районах Европы и Северной Америки. В то же время в некоторых развивающихся странах, особенно в регионах аридного климата, темпы строительства водохранилищ даже возросли, поскольку хозяйственное развитие этих регионов тесно связано с необходимостью гарантированного обеспечения населения, сельского хозяйства и промышленности водой.
Морфологические различия чаши озер и водохранилищ
Строение чаши водоема оказывает глубокое влияние на внутриводоемные процессы, определяя особенности процессов внутреннего водообмена и связанного с ним круговорота химических веществ.
Особенности котловин озер и долинных водохранилищ связаны с различиями в их генезисе. Ложе долинных водохранилищ формируется в речной долине, но несмотря на большое разнообразие типов речных долин, обусловленное геоморфологическими особенностями отдельных регионов суши, они имеют общие закономерности. Долинные водохранилища характеризуются большой удлиненностью и гетероморфностью
строения ложа, которое всегда ассиметрично с максимальной глубиной у плотины. Размеры и емкость долинных водохранилищ существенно зависят от выбора створа плотины в речной системе и высоты плотины, что проявляется в эмпирической связи между площадью акватории и емкостью долинных водохранилищ (Edelstein, 1998).
Озера отличаются значительно большим разнообразием строения котловины, связанным с разнообразием их генезиса. Однако общей чертой строения их котловин можно считать положение максимальной глубины вблизи центра озера.
Абсолютные морфометрические характеристики чаш озер и водохранилищ варьируют в значительных пределах, степень которых не имеет принципиального значения. Особенности строения их чаши проявляются в различиях некоторых относительных морфометрических показателей и в геометрическом моделировании формы котловины. Водохранилища отличаются от озер значительно меньшим размахом колебаний средней глубины (W/F), большей удлиненностью (1 = L/ Вср), большей величиной коэффициента развития (изрезанности) береговой линии. При этом в сложных долинных водохранилищах эти различия усиливаются.
Для оценки влияния строения чаши водоема на особенности функционирования экосистемы и процессы эвтрофирования среди перечисленных морфометрических характеристик водоемов важнейшей представляется относительная глубоководность. В целом водохранилища характеризуются более высокой относительной глубоководностью, чем озера, что обусловлено стремлением достичь максимальных объемов аккумулированного речного стока при минимальном затоплении земель при их создании.
Значение этой характеристики связано с важностью процессов массообмена на границе вода-дно водоема. Площадь зоны контакта вода-дно имеет важное значение также и для кислородного режима водоема вследствие высокой активности процессов минерализации органического вещества на поверхности донных отложений. В неглубоких, но стратифицированных водоемах быстрое образование зон аноксии при одинаковых условиях продуцирования органического вещества значительно более вероятно, чем в глубоких.
Степень изрезанности береговой
линии водохранилищ определяется
геоморфологическими особенностями местности и у сложно-долинных водохранилищ может быть очень велика. Статистическое сравнение
озер и водохранилищ по одному из наиболее распространенных морфометрических
показателей - показателю емкости водоема (Ы Нтах) проведено в работе (Эдельштейн, 1991), где показано, что водохранилища отличаются меньшими средними значениями показателя емкости и характеризуются меньшей его вариабельностью.
Антропогенное воздействие
Водохранилища - искусственно создаваемые с целью регулирования речного стока водные объекты, поэтому главная особенность водохранилищ по сравнению с озерами состоит в том, что их водный режим в значительной степени зависит от управления гидроузлом. Основное следствие этого регулирования - значительно более высокий размах внутригодовых колебаний уровня в них, что имеет важное значение для внутриво-доемных процессов, особенно в вегетационный период. По периметру водохранилища имеется пространство переменной ширины и площади, периодически затапливаемое водой. Роль этого пространства в функционировании экосистемы водохранилища до сих пор не получила достаточно обоснованной оценки.
Второе важнейшее следствие искусственного регулирования водного режима - нестабильность гидродинамического режима, проявляющаяся в колебаниях стоковых течений, появлении длинных волн и усложнении гидрологической структуры водоема. Существенное экологическое значение имеет также наличие придонных отверстий для сброса воды из водохранилища. В стратифицированных водохранилищах это влияет на характер круговорота веществ в приплотинном участке. Таким образом, в водохранилищах появляется возможность направленного регулирования экологических процессов, что невозможно в озерах без создания специальных гидротехнических сооружений.
Еще один аспект гидроэкологического режима водоемов связан с антропогенным влиянием. Водохранилища создаются в основном в густонаселенных и интенсивно развивающихся в хозяйственно-экономическом отношении регионах. В связи с этим они испытывают, как правило, значительно более высокую антропогенную нагрузку как в результате прямых сбросов сточных вод в водохранилища, так и в результате загрязнения водосборной территории.
Обобщенный анализ влияния морфологических и антропогенных особенностей на процессы, протекающие в экосистемах озер и водохранилищ представлен в таблице 2.
Отмеченные различия в особенностях функци-
онирования экосистем водохранилищ и озер имеют важнейшее значение для оценки интенсивности процессов антропогенного эвтрофирования - одного из самых проблемных вопросов современной гидроэкологии. Осознание этого факта привело к попыткам пересмотреть существую-
щие количественные оценки эвтрофирования водохранилищ методами стационарных балансовых моделей (Даценко, 1992; Canfield, Bachman, 1981; Imboden, Lerman 1978; Walker, 1985). Необходимо подчеркнуть, что перспективы решения проблемы эвтрофирования водохранилищ связаны с
Таблица 2. Сравнительные характеристики режимов озер и долинных водохранилищ как следствие различий морфологии их котловин и регулирования водного режима Table 2. Comparative characteristics of the regimes of lakes and valley reservoirs as a consequence of differences in the morphology of their basins and regulation of the water regime
Элемент режима Regime element Водохранилища Reservoirs Озера Lakes
Гидрологический режим
Водный приток Сконцентрирован по крупным рекам, распространяется вдоль затопленной русловой ложбины часто в виде плотностных течений Рассредоточен по малым притокам, проникновение в стратифицированную водную толщу слабое и рассеивающееся
Водный сток В зависимости от назначения гидроузла очень неравномерный и селективный из поверхностного слоя или гиполимниона Относительно постоянный из поверхностного слоя
Гидрологическая структура Сложная, многокомпонентная особенно в морфологически сложных водохранилищах с умеренным водообменном (около полугода). Не зависит от размера водоема, проявляется в накоплении генетически и качественно различных водных масс озерного типа и речных масс разных фаз стока Наиболее проста и однородна в мелководных озерах с малым удельным водосбором, несколько усложняется в глубоких и крупных озерах с периоды существования термобара либо в сильно проточных озерах
Термическая стратификация Изменчивая, нерегулярная. Верхние части водохранилища слишком мелководны для расслоения. В приплотинной части слой скачка нередко совпадает с бровкой затопленной русловой ложбины Пелагиаль глубоких озер стратифицирована летом и зимой в димиктических, летом или зимой и мономик-тических и почти весь год в олигомиктических озерах. В литорали глубоких и в мелководных озерах изменчива и нерегулярна.
Ослабление света в воде Преобладает горизонтальная неоднородность, очень сильная в речной и переходной частях водохранилища из-за обилия минеральных взвесей. Максимальная в эвфотическом слое прило-тинной части Преобладает вертикальная неоднородность. Изменчивость относительно небольшая за счет растворенного и взвешенного органического вещества
Гравитационная устойчивость вод Постоянно неустойчивая, проявляющаяся в сезонной конвекции и плотностных придонных течениях (минерализационных в равнинных водохранилищах и мутьевых в горных) Горизонтальная преимущественно однородная с максимумом при развитии термобара. Сезонная неустойчивость в периоды частичной и полной циркуляции, сменяющаяся гравитационной устойчивостью в периоды стагнации.
Гидрохимический режим и режим взвешенных веществ
Нагрузка взвесями Высокая в соответствии с интенсивной трансформацией берегов. Малая
Развитие береговой линии Сильное, нестабильное. Литоральная зона нерегулярная. Относительно слабое, стабильное
Растворенные минеральные вещества Неоднородность минерализации особенно существенна в слабо проточных водохранилищах, питающихся незарегулированным стоком, в период конвекции - горизонтальная, в период плотност-ной стратификации - вертикальная Распределение минерализации относительно однородно
Распределение и изменчивость концентраций биогенных веществ Доминирует горизонтальный градиент. Зависит от скорости седиментации и режима притока, концентрации уменьшаются с удалением от верховьев, неравномерная внутренняя нагрузка. Высокая доля антропогенной составляющей во внешней биогенной нагрузке. Доминирует вертикальная неоднородность, усиливающаяся в периоды стагнации
Взвешенное органическое вещество Преобладает аллохтонное, резко повышающееся с периоды половодья и паводков Преобладает автохтонное с максимальным содержанием в периоды высокой первичной продуктивности
Растворенный кислород Большая пространственная изменчивость. Минимум в металимнионе более обычен, чем максимум Слабая горизонтальная изменчивость, минимум в ме-талимнионе наблюдается реже, чем максимум
успехами имитационного моделирования выявленных особенностей абиотических компонент их экосистем.
Список литературы
1. Авакян А.Б., Салтанкин В.П., Шарапов В.А. Водохранилища. М.: Мысль, 1987. 325 с.
2. Даценко Ю.С. Особенности использования балансовых моделей при оценке эвтрофирования водохранилищ // Вестн. Моск. ун-та. сер. 5. География. 1992. №3. С. 33-37.
3. Даценко Ю.С. Эвтрофирование водохранилищ. М.: ГЕОС, 2007. 252 с.
4. Доманицкий А.П., Дубровина Р.Г., Исаева А.И. Реки и озера Советского Союза. Л.: Гидрометеоиздат, 1971. 104 с.
5. Измайлова А.В. Водные ресурсы Российской Федерации и тенденции их изменения, обусловленные антропогенным фактором. // Вопросы географии. Гидрологические изменения. 2008. Вып. 145. С. 347-359.
6. Измайлова А.В. Озера России. Закономерности распределения, ресурсный потенциал. СПб.: Папирус, 2018. 288 с.
7. Минеева Н.М. Растительные пигменты в воде волжских водохранилищ. М.: Наука, 2004. 156с.
8. Первухин М.А. О генетической классификации озерных ванн // Землеведение. 1937. №6. С. 526-537.
9. Эдельштейн К.К. Водные массы долинных водохранилищ. М.: Изд-во МГУ, 1991. 175 с.
10. Эдельштейн К.К. Водохранилища России. Экологические проблемы и пути их решения. М.: ГЕОС, 1998. 277 с.
11. Эдельштейн К.К. Гидрология материков. М.: Юрайт, 2019. 298 с.
12. Biswas A.K. A short history of hydrology // Selected works in water resources. International water resources association champaign, 1975. Р. 57-79.
13. Brylinsky M., Mann K.N. An analysis of factors governing productivity in lakes and reservoirs. // Limnology and oceanography. 1973. Vol. 18. P. 1-14.
14. Canfield D.E., Bachman R.W. Prediction of total phosphorus concentrations, chlorophyll-a, and Secchi depth in natural and artificial lakes // Canadian journal of fisheries and aquatic sciences. 1981. Vol. 38. P. 414-423.
15. Edelstein K.K. Hydrologic peculiarities of valley reservoirs // Internationale Revue der gesamten Hydrobiologie und Hydrographie. 1995. Vol. 80. P. 27-48.
16. Graf W.L. Dam nation: A geographic census of American dams and their large-scale hydrologic impacts. // Water resources. 1999. Vol. 35. P. 1305-1311.
17. Hutchinson G.E. A treatise on limnology. Vol. 1. Geography, physics, and chemistry. John Wilei and Sons, Inc., New York, 1957. 1015 p.
18. Imboden D.N., Lerman A. Chemical models of lakes // Lakes: chemistry, geology, physics. New York: Springer, 1978. P. 341-356
19. Ryder R.A. Ecological heterogeneity between north-temperate reservoirs and glacial lake systems due to differing succession rates and cultural uses // Verhandlungen der internationalen vereinigung für theoretische und angewandte limnologie. 1978. Vol. 20. P. 1568-1574.
20. Schuiling R.D. Sources and composition of lake sediments // Interactions Between Sediments and Freshwater. The Hague, 1976. p. 12-18.
21. Straskraba M., Tundisi J.D., Duncan A. State-of-art of reservoir limnology and water quality management // Comparative reservoir limnology and water quality management. Kluwer Academic Publishers, 1993. P. 213-289.
22. Thornton K.W. Regional comparison of lakes and reser-
voirs: geology, climatology and morphology // Proc. of Third Annual Conf. North American Lakes Management Society. Knox-ville, Tennessee, 1984. P. 261-265.
23. Thornton K.W., Kimmel B.L., Payne F.E. Reservoir limnology: ecological perspectives. Wiley. New-York, 1990. 246 p.
24. Tundisi J.G. Typology of reservoirs in Southern Brazil // Verhandlungen der internationalen vereinigung für theoretische und angewandte limnologie. 1981. Vol. 21. P. 1031-1039.
25. Walker W.W. Empirical method for predicting eutrophication in impoundments // Technical Report E-81-9. US Army Corps of Engineers. Concord, Massachusetts, 1985. 297 p.
26. Wetzel R.G. Limnology. Philadelphia, 1975. 743 p.
References
1. Avakyan A.B., Saltankin V.P., Sharapov V.A. Vodohranilischa. [Reservoirs]. Moscow: Mysl, 1987. 325 p.
2. Datsenko Yu.S. Osobennosti ispolzovania balansovyh modelei pri otsenke evtrofirovaniya vodohranilisch [Features of the used balance models in assessing the eutrophication of reservoirs] // Vestnik Moskovskogo Universiteta. Ser. 5. Geografiya [Moscow state university proceedings. Geography series]. 1992. №3. P. 33-37.
3. Datsenko U.S. Evtrofirovaniye vodohranilisch [Eutrophication of reservoirs]. Moscow: GEOS, 2007. 252 p.
4. Domanitskiy A.P., Dubrovina R.G., Isaeva A.I. Reki i ozera Sovetskogo Soyuza [Rivers and lakes of the Soviet Union]. Leningrad: Gidrometeoizdat, 1971. 104 p.
5. Izmailova A.V. Vodnye resursy Rossiyskoi Federatsii I tendentsii ih izmeneniya, obuslovlennyye antropogennym faktorom [Water resources of the Russian Federation and trends in their changes caused by anthropogenic factors] // Voprosy geografii. Gidrologicheskiye izmeneniya. Vyp. 145. 2008. P. 347-359.
6. Izmailova A.V. Ozyora Rossii. Zakonomernosti raspredeleniya, resursnyi potentsial. [Lakes of Russia. Patterns of distribution, resource potential]. Saint-Petersburg: Papirus, 2008. 288 p.
7. Mineeva N.M. Rastitelnyye pigment v vode volzhskih vodohranilisch [Plant pigments in the water of the Volga reservoirs]. Moscow: Nauka, 2004. 156 p.
8. Pervukhin M.A. O geneticheskoi klassifikatsii ozernyh vann [About the genetic classification of lake baths] // Zemlevedeniye. 1937. №6. P. 526-537.
9. Edelstein K.K. Vodnyye massy dolinnyh vodohranilisch [Water masses of valley reservoirs]. Moscow: Moscow State University, 1991. 175 p.
10. Edelstein K.K. Vodohranilischa Rossii. Ekologicheskiye problemy I puti ih resheniya [Reservoirs of Russia. Environmental problems and ways to solve them]. Moscow: GEOS, 1998. 277 p.
11. Edelstein K.K. Gidrologiya materikov. [Hydrology of continents]. Moscow: Urayt, 2019. 298 p.
12. Biswas A.K. A short history of hydrology // Selected works in water resources. International water resources association champaign, 1975. P. 57-79.
13. Brylinsky M., Mann K.N. An analysis of factors governing productivity in lakes and reservoirs. // Limnology and oceanography. 1973. Vol. 18. P. 1-14.
14. Canfield D.E., Bachman R.W. Prediction of total phosphorus concentrations, chlorophyll-a, and Secchi depth in natural and artificial lakes // Canadian journal of fisheries and aquatic sciences. 1981. Vol. 38. P. 414-423.
15. Edelstein K.K. Hydrologic peculiarities of valley reservoirs // Internationale Revue der gesamten Hydrobiologie und Hydrographie. 1995. Vol. 80. P. 27-48.
16. Graf W.L. Dam nation: A geographic census of American dams and their large-scale hydrologic impacts. // Water resources.
1999. Vol. 35. P. 1305-1311.
17. Hutchinson G.E. A treatise on limnology. Vol. 1. Geography, physics, and chemistry. John Wilei and Sons Inc., New York, 1957. 1015 p.
18. Imboden D.N., Lerman A. Chemical models of lakes // Lakes: chemistry, geology, physics. New York: Springer, 1978. P. 341-356
19. Ryder R.A. Ecological heterogeneity between north-temperate reservoirs and glacial lake systems due to differing succession rates and cultural uses // Verhandlungen der internationalen Vereinigung für theoretische und angewandte limnologie. 1978. Vol. 20. P. 1568-1574.
20. Schuiling R.D. Sources and composition of lake sediments // Interactions Between Sediments and Freshwater. The Hague, 1976. P. 12-18.
21. Straskraba M., Tundisi J.D., Duncan A. State-of-art of reservoir limnology and water quality management // Comparative reservoir limnology and water quality management. Kluwer Academic Publishers, 1993. P. 213-289.
22. Thornton K.W. Regional comparison of lakes and reservoirs: geology, climatology and morphology // Proc. of Third Annual Conf. North American Lakes Management Society. Knox-ville, Tennessee, 1984. P. 261-265.
23. Thornton K.W., Kimmel B.L., Payne F.E. Reservoir limnology: ecological perspectives. Wiley. New-York, 1990. 246 p.
24. Tundisi J.G. Typology of reservoirs in Southern Brazil // Verhandlungen der internationalen vereinigung für theoretische und angewandte limnologie. 1981. Vol. 21. P. 1031-1039.
25. Walker W.W. Empirical method for predicting eutrophication in impoundments // Technical Report E-81-9. US Army corps of engineers. Concord, Massachusetts, 1985. 297 p.
26. Wetzel R.G. Limnology. Philadelphia, 1975. 743 p.
Datsenko Yu.S. Features and differences of abiotic components in lakes and reservoirs ecosystems (review).
The intensity and direction of the processes of the circulation of matter and energy in reservoirs of slow water exchange largely depend on the features of the action of abiotic factors in the functioning of ecosys-
tems. The variety of manifestations of these factors in lakes and reservoirs is determined by the geographical location of the water body, the morphological characteristics of its bed and the degree of anthropogenic influence on the reservoir. The paper analyzes the patterns of geographical distribution of lakes and reservoirs and their influence on the intensity of productive and destructive processes. The differences of abiotic factors in lakes and reservoirs related to geographical zonation are presented in tabular form. The hydrological and hydrochemical regime of the reservoir are considered as these factors. Hydrologi-cal factors include the structure of the water balance, the intensity of external water exchange, water level fluctuations, the amount of water inflow and runoff, and water temperature. The values of the load of suspended dissolved substances are considered as hy-drochemical factors. The influence of morphological characteristics is analyzed on the basis of the genesis features of lakes and reservoirs. The main features of abiotic impacts on ecosystems in case of the elements of the hydrological regime include the hydro-logical structure of water masses, characteristics of gravitational instability of waters, thermal stratification during periods of stagnation, optical properties of water masses. From the analyzed hydrochemical characteristics, the regularities of the content and distribution of biogenic and organic substances and dissolved oxygen in lakes and reservoirs are considered. It is noted that the revealed differences led to the need to adjust the widespread lake balance semi-empirical models of eutrophication for reservoirs.
Keywords: lakes; reservoirs; abiotic factors; hy-drological regime; hydrochemical regime.
Раскрытие информации о конфликте интересов: Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов / Disclosure of conflict of interest information: The author claims no conflict of interest
Информация о статье / Information about the article
Поступила в редакцию / Entered the editorial office: 17.02.2022 Одобрено рецензентами / Approved by reviewers: 25.02.2022 Принята к публикации / Accepted for publication: 28.02.2022
Сведения об авторах
Даценко Юрий Сергеевич, доктор географических наук, доцент, профессор, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, 119899, Россия, ГСП-2, г. Москва, Ленинские горы, E-mail: [email protected].
Information about the authors
Yuri S. Datsenko, D.Sci. in Geography, Docent, Professor, Lomonosov Moscow State University, GSP-1, Leninskie Gory, Moscow, 119991, Russia, E-mail: [email protected].
