Сезонная изменчивость качества воды Саратовского водохранилища

Анализ данных мониторинга показывает, что в бассейне каждой реки формируется своеобразное качество воды, зависящее от местных бассейновых и природно-климатических условий (Селезнев и др., 2011). При этом, влияние местных бассейновых условий (горные породы, почвы, растительность) является определяющим (Даценко, 2007).

Важно оценить особенности сезонной изменчивости качества вод, а также амплитуду сезонных колебаний для различных речных бассейнов Нижней Волги. Для визуализации сезонной изменчивости качества воды Нижней Волги выбран 15-й водохозяйственный участок (Саратовское водохранилище). На водохранилищах существенную особенность вносит регулирование водного стока: начало весеннего половодья задерживается, продолжительность паводка увеличивается, максимальные расходы

Беспалова Ксения Владимировна, кандидат технических наук, научный сотрудник в пик половодья снижаются (Селезнев и др., 2013).

Выделяются три генетические категории формирования местного стока: почвенноповерхностные воды, почвенно-грунтовые воды и грунтовые воды. Каждая из названных категорий вод в определенный гидрологический период преобладает в реках. Так, в период половодья в руслах рек преобладают воды почвенно-поверхностного происхождения, в период, переходный от половодья к летней межени, – почвенно-грунтовые воды, в период межени (летней и зимней) – воды грунтового происхождения (Алекин, 1970).

Сезонная изменчивость качества воды Саратовского водохранилища изучена по данным многолетних наблюдений за период 2000-2017 гг. Наблюдения проводились ежемесячно на стационарном пункте, расположенном ниже по течению на 2,5 км от Жигулевской плотины.

Химический анализ проб воды проводился по следующим вещества двойного генезиса:

сульфат-анион (SO 4 ^2-), хлорид-анион (Cl^-), нит-рат-анион (NO 3 ^-), фосфаты (PO 4 ^3-), все растворимые в воде формы меди (Cu) и цинка (Zn). Сезонные изменения качества воды представлены в таблице.

Сульфаты (SO42-). За период 2000-2017 гг. средняя годовая концентрация сульфатов составила 57,2 мг/дм3. Наибольшее значение концентрации (Снаиб.) наблюдалось в апреле и со- ставило 70,2мг/дм3, а наименьшее (Снаим.) - в июле и составило 46,3 мг/дм3. В период весеннего половодья содержание сульфатов снижалось до минимальных значений, а в период летне-осенней межени увеличивалось, но оставалось ниже, чем в период зимней межени (рис. 1). Разница между наибольшим и наименьшим значениями внутри года составляла 23,9 мг/дм3 или 42%.

Таблица

Средняя месячная концентрация веществ в воде водохранилища (2000-2017 гг.)

Месяцы
I           II          III	IV 1	V 1	VI 1	VII 1	VIII	IX     X     XI    XII
Сульфаты (SO4 2- ), мг/дм 3
61,7     58,8     67,3	70,2	58,9	48,1	46,3	47,1	47,7    55,3    57,3    56,5
Хлориды (CL - ), мг/дм 3
25,0     26,5     28,8	30,4	24,6	26,7	29,9	29,9	28,3    25,8    24,3    22,8
Нитраты (NO3 -				), мгN/дм 3
0,80      1,00      1,21	1,26	1,10	0,72	0,54	0,58	0,44    0,47    0,41    0,51
Фосфаты(PO4 3- ), мгP/дм 3
0,075    0,074    0,074	0,061	0,047	0,029	0,031	0,050	0,066   0,089   0,095   0,084
Биохимическое потребление кислорода (БПК5), мгО/дм 3
0,82     0,83     0,81	0,88	1,05	1,29	1,64	1,41 1	1,03    0,91    0,95    0,80
Химическое потребление кислорода (ХПК), мгО/дм 3
22,9     24,3     25,2	24,9	23,5	26,5	27,3	27,2	26,5    26,0   24,54    24,9
Медь (Cu), мгО/дм 3
0,004    0,003    0,003	0,004	0,005	0,006	0,003	0,003	0,004   0,003   0,003   0,003
Цинк (Zn), мг/дм 3
0,008    0,008    0,008	0,009	0,015	0,013	0,013	0,012	0,012   0,010   0,012   0,013

Хлориды (CL^-). За период 2000-2017 гг. средняя годовая концентрация хлоридов составляет 26,9 мг/дм³. Наибольшее значение концентрации (С наиб. ) наблюдалось перед началом весеннего половодья в апреле и составило

30,4 мг/дм³, а наименьшее (С наим. ) - в декабре и составило 22,8 мг/дм³ (рис. 2). Разница между наибольшим и наименьшим значениями внутри года составляла 7,6 мг/дм³ или 28%.

Месяцы

Рис. 1. Сезонные изменения сульфатов

Рис. 2. Сезонные изменения хлоридов

Анализ показывает, что закономерности сезонной изменчивости содержания сульфатов и хлоридов в воде водохранилища схожие: наибольшие значения наблюдаются зимой перед началом весеннего половодья, а наименьшие – в пик весеннего половодья. В период зимней межени в водохранилище доминируют воды грунтового происхождения, которые начинают постепенно разбавляться талыми (почвенными поверхностными) водами. Для Саратовского водохранилища характерным яв- ляется соотношение хлоридов и сульфатов, которое составляет 1:2.

Концентрация и режим биогенных элементов в водных объектах изучен хуже, чем режим основных ионов. Это объясняется сложностью их определения, которое необходимо выполнять вскоре после взятия проб воды из водного объекта. Содержание биогенных элементов в природных водах связано с процессом создания и разложения органических веществ (Селезнева А.В. и др., 2014).

Нитраты (NO3- ). За период 2000-2017 гг. средняя годовая концентрация нитратов составляла 0,75мгN/дм3. Внутри года средние месячные концентрации изменялись в пределах 0,41–1,26 мгN/дм3. Наибольшая концентрация нитратов (Снаиб.) наблюдалась перед началом весеннего половодья в мае (рис. 3). Летом концентрация нитратов снижалась из-за массового развития водорослей и достигла наименьших значений (Снаим.) в ноябре (0,41 мгN/дм3). Зимой концентрация постепенно увеличивалась. Сезонный ход нитратов определяется физикохимическими и биологическими процессами, протекающими в водохранилище.

Фосфаты (PO 4 ^3-). За период 2000-2017 гг. средняя годовая концентрация фосфатов составила 0,065 мгP/дм³. Внутри года она изменялась в пределах 0,029–0,095 мгP/дм³. Наибольшее значение концентрации фосфатов (С наиб. ) наблюдалось в период осенней межени. Наименьшее значение концентрации фосфатов (С наим. ) наблюдалось в период летней межени (рис. 4). Это объяснялось большим потреблением фосфатов водорослями в период их массового развития. К концу осени концентрация фосфатов увеличивалась, и максимум приходился на начало зимы. Это происходило главным образом из-за понижения температуры и прекращения развития фитопланктона.

Рис. 3 Сезонные изменения нитратов

Рис. 4. Сезонные изменения фосфатов

В течение года концентрация нитратов изменяется в 7 раз, а фосфатов – в 5 раз. В период массового развития водорослей наблюдалась их минимальная концентрация. При этом концен- трация фосфатов падала до нуля. Для Саратовского водохранилища характерным является соотношение фосфатов и нитратов, которое составляет 1:10.

Месяцы

Рис. 5. Сезонные изменения БПК5

о

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10 11 12

Месяцы

Рис. 6. Сезонные изменения ХПК

Биохимическое потребление кислорода (БПК 5 ). За период 2000-2017 гг. средняя годовая концентрация БПК 5 составила 1,06 мгО/дм³.

Внутри года значение изменялось в пределах 0,80 -1,64 мгО/дм3 (рис. 5). Наибольшее значение БПК5 (Снаиб.) наблюдалось в июле в период массового развития водорослей. Наименьшее значение(Снаим.) наблюдалось в зимнюю межень.

Химическое потребление кислорода (ХПК). За период 2000-2017 гг. средняя годовая концентрация ХПК составила 25,3 мгО/дм³. Внутри года значение изменялось в пределах 22,927,3 мгО/дм³ (рис. 6). Наибольшее значение окисляемости (С наиб. ) наблюдалось в июле в период массового развития водорослей. Наименьшее значение (С наим. ) наблюдалось в зимнюю межень. Сезонный ход ХПК совпадает с сезонным ходом БПК₅.

Для Саратовского водохранилища характерным является соотношение БПК₅ и ХПК, которое составило 1:25.

Медь (Cu). За период 2000-2017 гг. средняя годовая концентрация меди составила 0,0038 мг/дм³. Внутри года она изменялась в пределах

0,006–0,003 мг/дм³ (рис. 7). Наибольшее значение концентрации меди (С наиб. ) наблюдалось в марте перед началом весеннего половодья. Затем концентрация в период летне-осенней межени постепенно уменьшалась и затем в течение зимней межени увеличивалась.

Цинк (Zn). За период 2000-2017 гг. средняя годовая концентрация цинка составила 0,011 мг/дм³. Внутри года она изменялась в пределах 0,008 - 0,015 мг/дм³ (рис. 8). Наибольшее значение концентрации цинка (С наиб. ) наблюдалось в мае и летне-осеннюю межень. Наименьшее значение концентрации цинка наблюдаются в период зимней межени. Сезонный ход цинка немного похож на сезонный ход меди.

Для Саратовского водохранилища характерным являлось соотношение меди и цинка, которое составляет 1:3.

Рис. 7. Сезонные изменения меди

Рис. 8. Сезонные изменения цинка

Детальный анализ сезонной изменчивости поддержания нормального функционирования показателей качества воды на Саратовском во- экосистемы Саратовского водохранилища сле-дохранилище показал, что содержание веществ дует учитывать сезонную изменчивость каче-в течение года изменялось значительно. Для ства воды при нормировании сточных вод.