Сезонная изменчивость сульфатных ионов в воде реки Волга

Институт экологии Волжского бассейна РАН, г. Самара, Россия; e-mail: , ORCID:

e-mail: , ORCID:

В реках и водохранилищах сульфаты распространены повсеместно, а их содержание изменяется в пределах 5–80 мг/дм ³ в зависимости от природно-климатических условий ¹ . Сульфаты поступают в водные объекты в основном за счет процессов изменения и разрушения минералов и горных пород на водосборной территории под воздействием физических, химических и биологических факторов. Часть сульфатов поступает в водные объекты с подземным стоком, а также при разложении веществ растительного и животного происхождения. Значительное количество сульфатов сбрасывается в водные объекты со сточными водами от точечных и диффузных источников загрязнения. Ионная форма сульфатов (SO ₄ ^2- ) свойственна природным водам с малой минерализацией. Содержание SO 4 ^2- в воде лимитируется присутствием ионов кальция и магния, с которыми образуются слаборастворимые соли (CaSO 4 , MgSO 4 ) ( Зенин и др . , 1988 ).

Содержание сульфатов в воде имеет важное экологическое значение. Растения и другие автотрофные организмы извлекают растворенные в воде сульфаты для построения белкового вещества. После отмирания живых клеток гетеротрофные бактерии освобождают серу протеинов в виде сероводорода, легко окисляемого до сульфатов в присутствии кислорода ( Никаноров, 2001 ).

Сульфаты активно участвуют в сложном круговороте серы в водных объектах. Содержание сульфатов влияет на органолептические свойства воды и оказывает физиологическое воздействие на состояние водных биологических ресурсов и организм человека. Предельно допустимая концентрация (ПДК) для водных объектов рыбохозяйственного назначения составляет 100 мг/дм ³ , для хозяйственно-питьевого водоснабжения – 500 мг/дм ³ .

На водохранилищах Волжско-Камского каскада сульфаты занимают второе место среди главных ионов по вкладу в минерализацию воды ( Беспалова, 2019 ). После создания Куйбышевского водохранилища средняя годовая концентрация сульфатов в период 1958–1961 гг. составляла 40,0–58,9 мг/дм ³ при водности 229–282 км ³ ( Зенин, 1965 ). В более поздний период (2002–2003 гг.) в замыкающем створе Куйбышевского водохранилища концентрация сульфатов составляла 61,9–64,7 мг/дм ³ ( Селезнева, 2007 ).

Основное внимание при изучении содержания сульфатов в волжской воде уделялось оценке пространственной неоднородности по длине Куйбышевского водохранилища ( Зенин, 1965; Алекин, 1970 ). Закономерности сезонной изменчивости сульфатов оценивались фрагментарно с упором на период летней межени ( Куйбышевское водохранилище, 2008 ). Однако на Куйбышевском водохранилище имеется опыт изучения сезонной изменчивости фосфатных ионов по данным круглогодичных наблюдений ( Селезнева, 2007; Seleznev et al . , 2018; Беспалова и др . , 2018 ).

Гидрохимический режим водных объектов меняется повсеместно ( Овчинников и др . , 2012 ) под влиянием роста антропогенной нагрузки и глобального потепления климата ( Беспалова и др . , 2017 ). Цель исследования – дать количественную оценку сезонной изменчивости сульфатов на основе данных систематических многолетних наблюдений, полученных на р. Волга в замыкающем створе Куйбышевского водохранилища, где осуществляется сезонное регулирование водного стока Жигулевским гидроузлом.

Материалы и методы

Куйбышевское водохранилище является самым крупным в Волжско-Камском каскаде ( Куйбышевское водохранилище, 2008 ). Оно образовано в 1957 г. водоподпорными сооружениями Жигулевского гидроузла. В состав гидроузла входят: гидроэлектростанция, совмещенная с донными водосбросами; бетонная водосливная плотина; двухступенчатый шлюз. Входными створами Куйбышевского водохранилища по волжской ветке является створ Чебоксарского водохранилища, а по камской ветке – створ Нижнекамского водохранилища (рис. 1).

В настоящее время основной задачей Куйбышевского водохранилища является комплексное использование водных ресурсов для питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения, энергетики, водного транспорта, промышленного и сельскохозяйственного водоснабжения, рыбного хозяйства. Водохранилище также используется в рекреационных целях.

Длина водохранилища по волжскому направлению составляет 510 км, максимальная ширина – 40 км, максимальная глубина – 40,0 м. Общий объем водохранилища составляет 57,3 км ³ , а полезный – 30,7 км ³ . Средний многолетний водный сток составляет 244 км ³ , максимальный – 366 км ³ , минимальный – 148 км ³ . Внутригодовое распределение стока следующее: весеннее половодье (апрель – июнь) – 62 %, летне-осенняя межень (июль – ноябрь) – 26 %, зимняя межень (декабрь – март) – 12 % ² .

Полезный объем позволяет осуществлять сезонное, недельное и суточное регулирование водного стока в интересах различных водопользователей. Для многолетнего регулирования водного стока емкость Куйбышевского водохранилища недостаточна. Сезонное регулирование водного стока осуществляет эксплуатирующая организация – филиал ПАО "РусГидро" – "Жигулевская ГЭС" в соответствии с "Основными правилами использования водных ресурсов Куйбышевского водохранилища на р. Волге", утвержденными приказом Министерства мелиорации и водного хозяйства РСФСР от 11 ноября 1983 г. № 596.

Гидрохимические наблюдения проводились ежемесячно в период 2001–2018 гг. на р. Волга в районе Жигулевского гидроузла ( Селезнева и др . , 2018; Беспалова, 2019 ), через который проходит практически весь водный сток р. Волга (рис. 1). Выше по течению от гидроузла расположено Куйбышевское водохранилище, а ниже – Саратовское. Непосредственно пункт наблюдений расположен на левом берегу Саратовского водохранилища в 2,5 км ниже по течению от Жигулевского гидроузла. Ширина водохранилища в пункте наблюдения составляет 1,0 км, а глубина – 6 м. Отбор проб воды осуществлялся батометром Молчанова ГР–18 с поверхностного горизонта с причальной бетонной стенки в соответствии с нормативными требованиями ³ . Пробы воды фильтровали через мембранный фильтр 0,45 мкм, промытый дистиллированной водой. При фильтровании первые порции фильтрата отбрасывались. Фильтрованная вода переливалась в полиэтиленовые бутылки с притертыми пробками. Перед отбором пробы бутылки дважды ополаскивались водой, подлежащей анализу, и заполнялись ею доверху.

Рис. 1. Расположение пункта наблюдений (∆) на водосборной территории р. Волга. Бассейны водохранилищ: Куйбышевского (1), Чебоксарского (2), Нижнекамского (3), Саратовского (4), Волгоградского (5)

Fig. 1. Location of the observation point (∆) in the catchment area of the Volga River.

Reservoir basins: Kuibyshevsky (1), Cheboksary (2), Nizhnekamsky (3), Saratov (4), Volgogradsky (5)

Пробы воды в течение часа автотранспортом доставлялись в лабораторию мониторинга водных объектов Института экологии Волжского бассейна Российской академии наук, где в продолжение рабочего дня осуществлялся анализ доставленной воды. Определение массовой концентрации сульфатных ионов ( SO 4 - ) выполнялось турбидиметрическим методом в соответствии с руководящими документами Росгидромета ⁴ .

Учитывая, что концентрация сульфатов в основном превышала значение 40,0 мг/дм ³ , выполнение измерений осуществлялось после соответствующего разбавления пробы дистиллированной водой. Диапазоны измеряемых концентраций веществ и показатель точности измерений представлены в табл. 1.

Таблица 1. Диапазон и точность измерения концентрации сульфатных ионов ( SO 2 ) Table 1. The range and accuracy of measuring the concentration of sulfate ions ( SO 4 - )

Диапазон измерений массовой концентрации сульфатов ( X ), мг/дм 3	Руководящий документ	Показатель точности (границы погрешности при вероятности Р = 0,95) ± ∆, мг/дм 3
От 2,0 до 5,0 включительно	РД 52.24.405–2005	0,8
Свыше 5,0 до 40,0 включительно		0,1 + 0,12 Х

Полученные данные химического анализа вносились в матрицу, где по оси абсцисс указывались месяцы, а по оси ординат – годы. Для изучения закономерностей сезонной изменчивости формировались для каждого месяца выборки, которые подвергались статистической обработке c использованием программы Statistica. Получено 12 выборок, по одной для каждого месяца. Каждая выборка включала 18 членов ряда. По выборкам оценивались средние ( SO 2 - ) , максимальные ( SO ² - )    и минимальные ( SO ² - ) значения

4 ср                               4 max                                4 min концентрации сульфатов.

Для сбора и анализа данных о расходах воды р. Волга в замыкающем створе Куйбышевского водохранилища использована информация, предоставленная филиалом ПАО "РусГидро" – "Жигулевская ГЭС" о средних месячных расходах воды.

Результаты и обсуждение

Сульфаты являются одним из главных анионов и поступают в водные объекты главным образом за счет процессов химического выветривания и растворения серосодержащих минералов, в основном гипса, а также окисления сульфидов и серы. Иногда на водохранилищах в застойных участках и в донных отложениях наблюдается процесс восстановления сульфатов до сероводорода под воздействием сульфатредуцирующих бактерий в отсутствие кислорода и в присутствии органических веществ ( Алекин, 1970; Никаноров, 2001; 2015; Орлов, 2002; Логинова, 2011 ).

Особенность гидрохимического режима р. Волга состоит в том, что это крупная река, которая протекает с севера на юг на расстояние более 3,5 тыс. км и пересекает несколько географических зон. Поэтому химический состав вод р. Волга не соответствует химическому составу вод боковых притоков. В настоящее время р. Волга представляет собой Волжско-Камский каскад водохранилищ. Это сложная природно-техническая водная система, где регулирование водного стока оказывает влияние на формирование гидрохимического режима водохранилищ. При этом основным регулятором водного стока р. Волга является Куйбышевское водохранилище.

Концентрация сульфатов в воде Куйбышевского водохранилища формируется главным образом под влиянием волжской воды, поступающей из Чебоксарского водохранилища, и камской воды, поступающей из Нижнекамского водохранилища. Влияние боковых притоков (реки Свияга, Вятка, Черемшан), расположенных на местной водосборной территории Куйбышевского водохранилища, на содержание в воде сульфатов незначительно, так как объемы поступающей от них воды не большие. Межгодовые и сезонные изменения концентрации сульфатов зависят от расходов воды.

За многолетний период с 2001 по 2018 гг. средний годовой расход воды ( Q СР ) в замыкающем створе Куйбышевского водохранилища (Жигулевский гидроузел) составил 7,7 тыс. м ³ /с. Наибольший годовой расход ( Q _max ) составил 9,0 тыс. м ³ /с и наблюдался в многоводном 2005 г., а наименьший ( Q _min ) – 6,2 тыс. м ³ /с и наблюдался в маловодном 2011 г.

Внутри года средние месячные расходы воды характеризовались сезонной изменчивостью (рис. 2), свойственной водохранилищам как природно-техническим водным объектам. По сравнению с естественным режимом р. Волга сезонное регулирование водного стока на Куйбышевском водохранилище уменьшает пиковые расходы воды и увеличивает период весеннего половодья, а в период зимней и летне-осенней межени увеличивает расходы воды ( Селезнева, 2007 ).

Для анализа водности принято выделять три гидрологических сезона: зимнюю межень (декабрь – март), весеннее половодье (апрель – июнь) и летне-осеннюю межень (июль – ноябрь). Самый короткий – это период весеннего половодья, когда наблюдалась наибольшая амплитуда колебаний расходов воды (8,7–18,3 тыс. м ³ /с). В начале периода весеннего половодья – в апреле – наблюдалось увеличение расходов воды, в мае наблюдался пик половодья, а в июне – спад весеннего половодья и уменьшение расходов воды до минимальных значений в период весеннего половодья. Устойчивые расходы воды наблюдались в период зимней межени и составили

5,9-6,3 тыс. м ³ /с. Период летне-осенней межени — самый продолжительный, когда расходы воды устойчивы (5,3—6,5 тыс. м ³ /с) и мало чем отличаются от расходов в период зимней межени.

Рис. 2. Сезонная изменчивость расходов воды в створе Жигулевского гидроузла ( ^т , ± — вертикальные планки погрешностей со стандартными ошибками) Fig. 2. Seasonal variability of water discharge in the section of the Zhigulevsky hydroelectric complex ( ^т , ± — vertical error bars with standard errors)

Границы и продолжительность гидрологических сезонов для каждого конкретного года зависели от погодных условий, особенно это касается периода весеннего половодья. Так, сезон весеннего половодья в 2002 г. наблюдался с 16 апреля по 21 июня и составил 66 суток, в 2003 г. продолжался с 19 апреля по 16 июня и составил 58 суток. Сезон летне-осенней межени в 2002 г. проходил с 22 июня по 25 ноября и составил 157 суток, а в 2003 г. – с 17 июня по 8 декабря и увеличился до 175 суток. Сезон зимней межени в 2001–2002 гг. проходил с 28 ноября по 15 апреля и составил 138 суток, а в 2002–2003 гг. – с 26 ноября по 18 апреля и не превысил 113 суток.

Более детальное представление о внутригодовой изменчивости расходов воды дают средние ( q _cp ), наибольшие ( q mx ) и наименьшие ( q mm ) месячные расходы воды (табл. 2). За период 2001—2018 гг. установлено, что средние месячные расходы воды колебались в пределах от 5,3 до 18,3 тыс. м ³ /с, т. е. расходы воды меняются в 3,5 раза.

Таблица 2. Статистические характеристики средних месячных расходов воды, тыс. м ³ /с Table 2. Statistical characteristics of average monthly water flow rates, thousand m ³ /s

Расход воды	Месяц
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
q cp	5,9	6,2	5,9	11,8	18,3	8,7	6,5	5,8	5,6	5,3	6,2	6,3
q max	7,4	9,0	8,7	18,6	26,1	13,8	14,1	8,1	6,6	6,5	12,4	8,8
q min	4,5	4,9	4,2	5,1	11,1	5,0	4,8	2,1	4,4	4,2	4,1	4,5

Изменение расходов воды и содержание сульфатов в воде взаимосвязаны. Концентрация сульфатов подвержена заметным сезонным колебаниям. За период с 2001 по 2018 гг. средняя годовая концентрация сульфатов составила 55,2 ± 6,7 мг/дм ³ . Наибольшая годовая концентрация имела значение 64,8 ± 7,8 мг/дм ³ , а наименьшая - 44,9 ± 5,5 мг/дм ³ . Важнейшим фактором, определяющим режим сульфатов, является меняющееся соотношение между поверхностным и подземным стоком. Определенное влияние на сезонные изменения концентрации сульфатов оказывали окислительно-восстановительные процессы, биологическая обстановка в водном объекте и хозяйственная деятельность человека.

Сразу после создания Куйбышевского водохранилища средняя годовая концентрация сульфатов за период 1958-1961 гг. составила 50,4 мг/дм3. Наибольшая концентрация достигала 58,9 мг/дм3, а наименьшая -45,0 мг/дм3 (Зенин, 1965). Следовательно, средняя годовая концентрация сульфатов за последние 60 лет увеличилась на 4-5 мг/дм3. Есть основания предполагать, что увеличение концентрации сульфатов произошло за счет сброса сточных вод. Количество сульфатов в сточных водах, ежегодно поступающих в р. Волга от точечных источников загрязнения, оценивается в 0,9—1,1 млн т/год5.

По результатам статистического анализа данных наблюдений за период 2001–2018 гг. установлено, что средняя месячная концентрация сульфатов (SO4- )СР колебалась в пределах от 43,9 до 67,2 мг/дм3 (табл. 3), т. е. концентрация менялась в 1,5 раза. Максимальные концентрации (SO2-) сульфатов 4 max изменялись в пределах 53,8-87,5 мг/дм3, минимальные (SO2- )   - в пределах 33,9-54,8 мг/дм3.

4 min

Таблица 3. Сезонные изменения концентрации сульфатов, мг/дм ³ Table 3. Seasonal changes in sulfate concentration, mg/dm ³

Сульфаты	Месяц
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
(SO )„	59,4	60,7	66,2	67,2	58,0	47,7	45,8	43,9	46,2	53,7	55,6	57,2
H"L	82,0	82,7	87,5	82,8	80,8	63,1	53,8	58,6	59,5	69,5	78,3	75,1
И"L	41,1	47,0	54,8	46,2	38,9	33,9	37,5	34,6	39,8	34,1	41,3	43,2

Сезонная изменчивость концентрации сульфатов имела ярко выраженный волновой характер (рис. 3). Ложбина волны приходилась на летний период с минимальной концентрацией в августе. Гребень волны наблюдался в период зимней межени с максимальной концентрацией в апреле, перед началом весеннего половодья. В период весеннего половодья содержание сульфатов уменьшалось, а в начале осени вновь начинало увеличиваться.

Рис. 3. Сезонная изменчивость концентрации сульфатов ( ^т , ± - вертикальные планки погрешностей) Fig. 3. Seasonal variability of sulfate concentration ( ^T , ± - vertical error bars)

На Куйбышевском водохранилище сезонная изменчивость концентрации сульфатов отличается от сезонной изменчивости на р. Волга до зарегулирования водного стока. В речных условиях сезонные изменения концентрации сульфатов находились в противофазе с сезонными изменениями величин расходов воды. В пик весеннего половодья наблюдались минимальные концентрации сульфатов, а со спадом половодья и переходом на летне-осеннюю и зимнюю межень она возрастала ( Зенин, 1965 ). На Куйбышевском водохранилище пик весеннего половодья наблюдался в мае, а минимальные концентрации сульфатов – в период летней межени. Постепенное увеличение концентрации сульфатов наблюдалось с сентября и продолжалось вплоть до конца зимней межени.

Сезонная изменчивость концентрации сульфатов в замыкающем створе Куйбышевского водохранилища в основном обусловлена сменой различных водных масс, сформированных в период весеннего половодья в результате взаимодействия поверхностной и подземной составляющих водного стока. В различные сезоны года вклад поверхностных и подземных вод в формирование водного стока не одинаков. В период весеннего половодья увеличивается роль талых вод с низким содержанием сульфатов (1–10 мг/дм ³ ) в формировании водного стока, и концентрация сульфатов в волжской воде уменьшается. В меженный период роль подземного стока постепенно возрастает, и концентрация сульфатов увеличивается вплоть до начала весеннего половодья.

Амплитуда сезонных колебаний концентрации сульфатов за период 2001–2018 гг. составила 33,9– 87,5 мг/дм ³ . В рамках конкретного года амплитуда зависела от объема весеннего половодья. Чем больше объем половодья, тем больше амплитуда сезонных колебаний концентрации сульфатов в воде.

Для оценки влияния водности на сезонную изменчивость концентрации сульфатов из многолетнего ряда наблюдений выбраны для сравнения два многоводных (2005, 2013) и два маловодных (2006, 2015) года. Величина расходов воды в многоводные и маловодные годы существенно отличалась. Сравним между собой многоводный 2005 г. и маловодный 2006 г. (табл. 4), а также многоводный 2013 г. и маловодный 2015 г.

Таблица 4. Средние месячные расходы воды для 2005 г. и 2006 г., тыс. м ³ /с Table 4. Average monthly water discharge for 2005 and 2006, thousand m ³ /s

Год	Месяц
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
2005	7,4	7,4	8,3	13,7	26,1	10,7	6,8	6,6	6,2	5,2	5,1	5,0
2006	5,0	5,2	4,5	5,1	14,4	8,7	6,0	5,3	5,4	5,0	5,7	7,4

Средний расход воды в многоводном 2005 г. составил 9,0 тыс. м ³ /с, а в маловодном 2006 г. – 6,5 тыс. м ³ /с. Таким образом, наблюдаемый в 2005 г. средний годовой расход воды в 1,4 раза больше, чем в маловодном 2006 г. Средние месячные расходы воды представлены в табл. 4. Наибольшая разница в средних месячных расходах воды в многоводный 2005 г. и маловодный 2006 г. наблюдалась в апреле и мае и составила 8,6 тыс. м ³ /с и 11,7 тыс. м ³ /с соответственно. В многоводном 2005 г. расход воды в апреле был в 2,7 раза, а в мае в 1,8 раза больше, чем в эти же месяцы в маловодном 2006 г.

Сезонное регулирование водного стока в многоводном 2005 г. осуществлялось в ожидании большого притока воды в период весеннего половодья (рис. 4). Для приема весенней воды необходимо было освободить от осенне-зимней воды значительную часть полезной емкости Куйбышевского водохранилища. Для этого с января по март расходы воды были увеличены и составили 7,4–8,3 тыс. м ³ /с. В апреле началось заполнение Куйбышевского водохранилища весенней водой, поступающей через створы Чебоксарского и Нижнекамского гидроузлов. Одновременно происходило увеличение расходов в замыкающем створе Куйбышевского водохранилища до 13,7 м ³ /с. Пик половодья наблюдался в мае, когда расходы воды достигли 26,1 тыс. м ³ /с. С июля наступил период летней межени с расходами воды 6,8–5,2 тыс. м ³ /с.

Рис. 4. Сезонные изменения расходов воды в 2005 и 2006 годах Fig. 4. Seasonal changes in water discharge in 2005 and 2006

Сезонное регулирование водного стока в маловодном 2006 г. осуществлялось в ожидании маленького притока воды в период весеннего половодья (рис. 4). В зимнюю межень расходы воды с января по апрель были уменьшены до 4,5–5,2 тыс. м ³ /с. Весеннее половодье началось с опозданием и расходы воды в мае составили всего 4,5–5,2 тыс. м ³ /с. В период летней межени расходы воды достигали 5,0–6,0 тыс. м ³ /с и мало чем отличались от подобного периода в многоводном 2005 г.

Изменение режима регулирования водного стока в многоводном 2005 г. и маловодном 2006 г. нашло свое отражение в сезонных изменениях концентрации сульфатов в эти годы (табл. 5).

Таблица 5. Сезонные изменения концентрации сульфатов в 2005 и 2006 годах, мг/дм ³ Table 5. Seasonal changes in sulfate concentration in 2005 and 2006, mg/dm ³

Год	Месяц
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
2005	54,7	52,0	56,0	63,3	56,3	36,6	37,5	40,0	44,6	60,4	67,6	63,2
2006	57,0	58,7	68,3	75,3	70,8	46,8	45,0	44,5	50,5	62,8	65,4	63,0

Средняя годовая концентрация сульфатов в многоводном 2005 г. составила 52,7 мг/дм ³ , а в маловодном 2006 г. выросла до 59,0 мг/дм ³ . Следовательно, средняя годовая концентрация сульфатов в многоводном 2005 г. была на 6,3 мг/дм ³ меньше, чем в маловодном 2006 г. В многоводном 2005 г. наибольшая концентрация наблюдалась в апреле и оценивалась в 63,3 г/дм ³ , а наименьшая – в июне и составила 36,6 мг/дм ³ . В маловодном 2006 г. наибольшая концентрация наблюдалась в апреле и достигала 75,3 мг/дм ³ , а наименьшая – в августе и составила 44,5 мг/дм ³ . Амплитуда сезонных изменений концентраций в многоводном 2005 г. составила 36,6–67,6 мг/дм ³ , а в маловодном 2006 г. – 44,5–54,8 мг/дм ³ . Наибольшая разница в концентрациях сульфатов в многоводном 2005 г. и маловодном 2006 г. наблюдалась в апреле и мае и оценивалась в 12,0 мг/дм ³ и 14,5 мг/дм ³ соответственно. Снижение водности в 2006 г. по сравнению с 2005 г. в 1,4 раза привело к увеличению концентрации сульфатов в 2006 г. на 6,3 мг/дм ³ . Наибольшее увеличение концентрации сульфатов составило 1,2 раза и наблюдалось в апреле (рис. 5).

Наибольшее увеличение концентрации сульфатов в маловодном 2006 г. по сравнению с многоводным 2005 г. составило 1,3 раза и наблюдалось в мае (рис. 5), когда разница в расходах воды была 14,1 и 26,1 тыс. м ³ /с (табл. 5).

Рис. 5. Сезонные изменения расходов воды и концентрации сульфатов в 2005 и 2006 годах

Fig. 5. Average monthly water discharges in 2005 and 2006

Похожий сценарий сезонного регулирования водного стока в замыкающем створе Куйбышевского водохранилища наблюдался в многоводном 2013 г. и маловодном 2015 г. Отличие состояло в том, что период весеннего половодья в многоводный 2013 г. был более продолжительный, чем в многоводный 2005 г.

Средний расход воды в многоводном 2013 г. составил 8,5 тыс. м ³ /с, а в маловодном 2015 г. – 6,2 тыс. м ³ /с. Годовой расход воды в 2013 г. был больше в 1,4 раза, чем в 2015 г. Средние месячные расходы воды представлены в табл. 6. Наибольшая разница в расходах воды в многоводный 2013 г. и маловодный 2015 г.

наблюдалась в апреле и мае и составляла 10,9 тыс. м ³ /с и 6,8 тыс. м ³ /с соответственно. В многоводном 2013 г. расход воды в апреле был в 3,1 раза, а в мае в 1,5 раза больше, чем в эти же месяцы в маловодном 2015 г.

Таблица 6. Средние месячные расходы воды для 2013 и 2015 годов, тыс. м ³ /с Table 6. Average monthly water discharge for 2013 and 2015, thousand m ³ /s

Год	Месяц
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
2013	6,7	6,9	7,0	16,0	20,6	10,6	5,0	5,0	5,1	6,3	6,8	6,1
2015	4,7	4,9	4,7	5,1	13,8	6,2	5,4	5,9	5,9	5,8	6,4	6,1

Сезонное регулирование водного стока в 2013 г. осуществлялось в ожидании большого притока воды в период весеннего половодья (рис. 6). Необходимо было освободить от осенне-зимней воды значительную часть полезной емкости Куйбышевского водохранилища. Для этого с января по март расходы воды были значительные и составили 6,7–7,0 тыс. м ³ /с. В апреле с началом весеннего половодья происходило увеличение расходов до 16,0 м ³ /с.

Месяц

Рис. 6. Сезонные изменения расходов воды в 2013 и 2015 годах

Fig. 6. Seasonal changes in water discharge in 2013 and 2015

Пик половодья наблюдался в мае, когда расходы воды достигли 20,6 тыс. м ³ /с. В июле наступил период летней межени с расходами воды, равными 5,0–5,1 тыс. м ³ /с.

Иначе происходило сезонное регулирование водного стока в замыкающем створе Куйбышевского водохранилища в маловодном 2015 г. В ожидании маленького притока воды в период весеннего половодья средние месячные расходы воды с января по апрель были уменьшены до 4,7–4,9 тыс. м ³ /с. Весеннее половодье началось с опозданием, и расходы воды в мае не превышали 13,8 тыс. м ³ /с. В период летнеосенней межени расходы воды составили 5,4–6,4 тыс. м ³ /с и мало чем отличались от подобного периода в многоводном 2013 г.

Изменение режима регулирования водного стока в многоводном 2013 г. и маловодном 2015 г. нашло свое отражение в сезонной изменчивости концентрации сульфатов годы (табл. 7). Наибольшая разница в концентрациях в многоводном 2013 г. и маловодном 2015 г. наблюдалась в апреле и мае и оценивалась в 31,4 и 18,8 мг/дм ³ соответственно.

Таблица 7. Сезонные изменения концентрации сульфатов в 2013 и 2015 годы, мг/дм ³ Table 7. Seasonal changes in sulfate concentration in 2013 and 2015, mg/dm ³

Год	Месяц
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
2013	41,0	47,0	56,0	46,0	39,0	34,0	43,0	41,0	45,0	41,0	53,0	57,0
2015	64,2	63,7	69,6	77,4	57,8	44,1	42,1	38,6	46,6	45,6	49,0	56,9

Средняя годовая концентрация сульфатов в многоводном 2013 г. составила 45,3 мг/дм ³ , а в маловодном 2015 г. выросла до 54,6 мг/дм ³ . Следовательно, средняя годовая концентрация сульфатов в многоводном 2013 г. была на 9,3 мг/дм ³ меньше, чем в маловодном 2015 г. В многоводном 2013 г. наибольшая концентрация сульфатов наблюдалась в апреле (56,0 мг/дм ³ ) и декабре (57,0 мг/дм ³ ), а наименьшая – в июне и составила 34,0 мг/дм ³ . В маловодном 2015 г. наибольшая концентрация наблюдалась в апреле (75,3 мг/дм ³ ) перед началом весеннего половодья, а наименьшая – в августе и составила 38,6 мг/дм ³ . Амплитуда сезонных изменений концентраций в многоводном 2013 г. составила 34,0–57,0 мг/дм ³ , а в маловодном 2015 г. – 38,6–77,4 мг/дм ³ .

Снижение водности в 2015 г. в 1,4 раза по сравнению с 2013 г. привело к увеличению концентрации сульфатов в 2015 г. на 9,3 мг/дм ³ . Наибольшее увеличение в 2015 г. концентрации сульфатов составило 1,7 раза и наблюдалось в апреле (рис. 7), когда расходы воды увеличились с 5,1 до 16,0 тыс. м ³ /с.

Рис. 7. Сезонные изменения концентрации сульфатов в 2013 и 2015 годах

Fig. 7. Seasonal changes in water discharge in 2013 and 2015

Оценка влияния водности показывает, что в маловодные годы концентрация сульфатов в замыкающем створе Куйбышевского водохранилища увеличивается, а в многоводные годы – уменьшается. В многоводные и маловодные годы разница в концентрации средних годовых значений сульфатов может достигать 15 мг/дм ³ , а разница средних месячных значений – 30 мг/дм ³ . В экстремально маловодные годы в меженный период концентрация сульфатов будет приближаться к критической отметке предельно допустимой концентрации 100 мг/дм ³ для водоемов рыбохозяйственного назначения.

Концентрация сульфатов в воде зависит от объема воды в период весеннего половодья. В сезонном разрезе основные различия в концентрациях сульфатов в маловодные и многоводные годы приходятся на период весеннего половодья и зимней межени, а в период летне-осенней межени различия минимальные.

Заключение

За период 2001–2018 гг. средняя годовая концентрация сульфатов в замыкающем створе Куйбышевского водохранилища составила 55,2 мг/дм ³ . Данная концентрация сульфатов формируется, главным образом, под влиянием волжской воды, поступающей из Чебоксарского водохранилища, и камской воды, поступающей из Нижнекамского водохранилища. Влияние боковых притоков, расположенных на водосборной территории Куйбышевского водохранилища, незначительно и оценивается в пределах 3–5 %.

Сезонная изменчивость концентрации сульфатов имела ярко выраженный волновой характер. Ложбина волны приходилась на летний период с минимальной концентрацией в августе. Гребень волны наблюдался в период зимней межени с максимальной концентрацией в апреле, перед началом весеннего половодья. В период весеннего половодья содержание сульфатов уменьшалось, а в начале осени вновь начинало увеличиваться.

Влияние водности состоит в том, что в маловодные годы концентрация сульфатов в замыкающем створе Куйбышевского водохранилища увеличивается, а в многоводные годы – уменьшается. Разница в концентрации средних годовых значений сульфатов в многоводные и маловодные годы составляла 15 мг/дм ³ , а для средних месячных значений – 30 мг/дм ³ . В сезонном разрезе основные различия в концентрациях сульфатов в маловодные и многоводные годы приходятся на период весеннего половодья и зимней межени, а в период летне-осенней межени различия минимальные.

За последние 60 лет средняя годовая концентрация сульфатов в замыкающем створе Куйбышевского водохранилища увеличилась примерно на 10 %, и это произошло при увеличении водности р. Волга. Поэтому есть основания предполагать, что увеличение концентрации сульфатов произошло за счет сброса сточных вод, так как в р. Волга и ее притоки ежегодно поступает 0,9–1,1 млн т сульфатов от точечных источников загрязнения.

Работа выполнена в лаборатории мониторинга водных объектов Института экологии Волжского бассейна Российской академии наук в рамках темы: "Экологические закономерности структурно-функциональной организации, ресурсного потенциала и устойчивого функционирования экосистем Волжского бассейна". Автор благодарит сотрудников лаборатории, которые принимали участие в отборе и химическом анализе проб воды в период с 2001 по 2018 годы.