Гидрохимический режим в речных аквальных комплексах (на примере малой реки Ильд бассейна Рыбинского водохранилища)

Аннотация

Представлены результаты исследования пространственно-временной динамики гидрохимического режима на дискретных аквальных участках речного аквально-территориального комплекса малой реки за период 2001–2010 гг. Каждый дискретный участок, рассмотренный в отдельности, имеет индивидуальные особенности формирования гидрохимического режима.

Полный текст

Малая р. Ильд впадает в Рыбинское водохранилище на территории Ярославской области. Длина реки 46 км, площадь водосбора 240 км², средний многолетний объем стока составляет 43 млн м³. Верховья реки сильно заболочены.

Аквально-территориальный комплекс р. Ильд сложен, состоит из отдельных локальных участков (экосистем), находящихся в непрерывном взаимодействии друг с другом [7]. В рамках комплекса рассмотрен гидрохимический режим в следующих локальных участках: речном (верхнее, среднее и нижнее течение), русловых прудах антропогенного происхождения, устьевой области реки, состоящей из переходной зоны притока, фронтальной зоны, переходной зоны приемника и глубоководного участка водохранилища.

Пространственно-временная динамика содержания железа общего и растворенного, органического вещества (ОВ) в рассматриваемом речном аквальном комплексе подробно описана в работе [5].

Речной участок

По водному режиму р. Ильд относится к восточно-европейскому типу, и ее воды принадлежат к гидрокарбонатному классу кальциево-магниевой группы [1]. В ионном составе преобладают HCO₃^-, Ca²⁺, Mg²⁺ (табл.).

Таблица. Средние значения гидрохимических показателей в верхнем, среднем, нижнем течении устьевой области р. Ильд и глубоководного участка водохранилища за период исследований (М — минерализация)

Сезон	Т,°С	СО2, мг/дм3	О2, мг/дм3	БПК5, мгО2/дм3	ПО/ХПК%	Цв/ПО	М
Верхнее течение
Весна	13.3	17.0	3.7	2.6	55	6.53	397
Лето	17.2	18.0	2.7	4.0	39	6.49	494
Осень	8.2	20.1	4.8	9.0	38	4.02	613
Среднее течение
Весна	15.3	7.1	7.7	2.8	47	6.62	378
Лето	18.3	8.5	6.2	2.8	46	6.81	433
Осень	8.9	13.3	5.8	2.5	39	4.32	559
Нижнее течение
Весна	15.3	3.6	8.1	1.9	51	8.58	276
Лето	17.6	4.9	7.8	1.2	44	7.41	398
Осень	13.7	5.4	9.0	1.1	33	5.51	571
Устьевая область Переходная зона притока
Весна	14.2	3.3	7.5	1.5	46	10.1	248
Лето	19.3	3.3	6.8	1.0	36	7.5	383
Осень	13.5	4.1	7.1	1.1	30	5.29	550
Фронтальная зона
Весна	15.5	3.2	7.8	3.0	47	8.97	228
Лето	21.3	3.0	7.0	3.9	39	6.94	264
Осень	13.1	3.7	7.5	2.8	41	4.33	388
Переходная зона приемника
Весна	15.1	3.2	8.0	2.5	47	7.42	198
Лето	20.2	3.3	6.1	2.6	39	6.15	222
Осень	12.8	2.9	7.7	1.6	45	4.57	290
Глубоководный участок водохранилища
Весна	13.9	2.8	9.8	0.3	41	9.39	150
Лето	21.8	2.3	13.1	0.2	39	6.79	185
Осень	11.0	2.6	13.6	0.2	50	4.67	225

Весной в р. Ильд присутствует относительно большое количество растворенного ОВ (водного гумуса), высокая цветность, обусловленная окрашенными соединениями группы фульвокислот, и малое содержание главных ионов (таблица). К середине июня минерализация воды в реке повышается с одновременным снижением концентрации ОВ.

Факторы антропогенный (стоки свинофермы) и зоогенный (жизнедеятельность бобров) оказывают существенное влияние на формирование гидрохимического режима реки. Бобровые поселения занимают 40% речного русла. Установлено, что бобровая семья в течение года может выделять в воду ≥500 кг метаболитов [8], при этом поступающие в водоем ОВ хорошо утилизируются и не вызывают загрязнения водоема [4]. В условиях зоогенного воздействия в реке сформировались специфические сообщества гидробионтов, благодаря чему увеличилась доля автохтонного ОВ (таблица). В местах поселений бобров отмечены снижение содержания растворенного О₂ с одновременным повышением концентрации СО₂, активно идущие процессы минерализации ОВ.

Русловые пруды (антропогенного происхождения)

На р. Ильд расположены два русловых пруда. Пруд 1 расположен в верхнем течении реки. Его площадь 0.0697 км², длина 420 м, ширина 150–180 м; максимальная глубина 3.5 м. Пруд 2 находится в среднем течении реки. Его длина 65 м, ширина 50 м, площадь 1450 м², максимальная глубина 7 м. Оба пруда подвержены антропогенной и зоогенной нагрузке.

Средние значения минерализации в прудах варьируют в пределах 290–800 мг/дм³ с минимумом в весеннее половодье и максимумом в зимнюю межень. Подпитка грунтовыми водами, а также накапливающиеся у дна продукты минерализации ОВ обусловливают в придонном горизонте прудов минерализацию выше, чем в поверхностном горизонте, разница может быть >70 мг/дм³. Для прудов характерно замедление скорости течения воды, что приводит к оседанию взвешенных веществ (ВВ) и, как следствие, ОВ [6].

В силу различного расположения на водосборе реки пруды различаются между собой по содержанию железа, ОВ, цветности [5]. В летне-осеннюю межень в придонном горизонте прудов зарегистрированы минимальные концентрации растворенного O₂ (до 0.3 мг/дм³) при максимальной концентрации CO₂ (до 40 мг/дм³). В то же время отмечены максимальные концентрации ОВ (по БПК₅) — до 5.0 мг О₂/дм³ в поверхностном горизонте и до 11.0 мгО₂/дм³ в придонном.

Устьевая область

Здесь отлагается большая часть приносимых рекой наносов, задерживаются и накапливаются растворенные в воде вещества. По физико-химическим параметрам водных масс проведено районирование устьевой области р. Ильд: переходная зона притока, фронтальная зона, переходная зона приемника [3]. В работе [3] представлена схема районирования устьевой области реки с выделенными границами отдельных зон.

В половодье окрашенные соединения группы фульвокислот обусловливают максимальный коэффициент цветности на всех участках устьевой области (таблица). Минерализация воды в это время минимальная и может быть ниже таковой в летне-осеннюю межень более чем в 2 раза. В направлении от участка нижнего течения реки к водохранилищу наблюдается снижение минерализации (таблица). Анализ пространственной изменчивости солевого состава в относительных величинах выявил тенденцию к увеличению CaSO₄ за счет снижения Mg(HCO₃)₂ от участка нижнего течения реки к глубоководному участку водохранилища.

По результатам гидробиологических исследований устьевая область р. Ильд по структурно-функциональным показателям бактерио- и зоопланктона и по проявлению краевого эффекта определена как экотон с характерными для него буферными свойствами [2]. Отмечено, что во фронтальной зоне за счет аккумулированного большого количества ОВ, приносимых рекой, краевой эффект максимален. По величинам БПК₅ количество легкоокисляющегося ОВ в зонах фронтальной и переходной приемника выше, чем в переходной зоне притока и в глубоководном участке водохранилища (таблица). Именно буферные свойства препятствуют проникновению избыточного количества ОВ, переносимых рекой, в приемный водоем, благодаря чему в водохранилище концентрация ОВ снижается.

Таким образом, каждый дискретный участок территориально-аквального комплекса малой р. Ильд имеет индивидуальные особенности формирования гидрохимического режима. На речном участке природные условия, антропогенное воздействие и зоогенный фактор определяют динамику гидрохимических показателей во времени и пространстве. Химический состав русловых прудов зависит от всех элементов приходной части водного баланса. Характерная особенность прудов ― резкое замедление скорости течения воды, что приводит к оседанию ВВ, а с ними и ОВ. Устьевая область реки — самая сложная составляющая изучаемого аквально-территориального комплекса, где происходит смешение речных и водохранилищных вод с присущими им гидрохимическими характеристиками. Особенность фронтальной зоны, определенной как экотон, ― это аккумулирование большого количества ОВ.

Работа выполнена в рамках темы АААА–А18–118012690104–3 “Закономерности многолетних изменений гидрологических и гидрохимических условий в водоемах бассейна Верхней Волги”.