7.3. Факторы качества воды водохранилищ

При решении вопросов прогнозирования качества воды водохранилищ и нижних бьефов гидроузлов особый интерес представляют изучение и количественная опенка роли отдельных факторов, а также их суммарное воздействие на гидрохимический режим рек.

На основании результатов исследований сделана попытка оценить роль таких факторов, как качество воды притока, водообмен и температурный режим. Они являются важнейшими из множества факторов, влияющих на. закономерности формирования гидрохимического и гидробиологического режимов водохранилищ. Функциональная значимость каждого из них, безусловно, неодинакова и во многом зависит от физико-географических условий.

Анализ влияния рассматриваемых факторов на: формирование качества воды водохранилищ и нижних; бьефов гидроузлов показал, что их суммарное действие определяет до 80 % вариаций концентраций рассматриваемых показателей качества воды. Следует указать на ведущую роль в формировании гидрохимического и. гидробиологического режимов водообмена, который определяет интенсивность целого ряда внутриводоемных процессов, а также оказывает влияние на степень про­явления других рассматриваемых факторов. Роль температуры усиливается в водохранилищах с малым водообменом, для высокопроточных водохранилищ определяющим фактором является качество воды притока. Следовательно, чем меньше водообмен, тем сложнее процессы преобразования качества речных вод.

Закономерности формирования режима органических веществ в нижних бьефах гидроузлов наиболее изученных водохранилищ можно представить в виде уравнения регрессии. Для Любанского водохранилища весенне-летнего периода:

БО = БО_Р (1,01 +0,04t—0,94К);

ПО = ПО_Р (1,68+0,03t—2,25К);

осенне-зимнего:

БО = БОр (0,97+0,08t);

ПО = ПО_Р(1,13+0,05t).

Для Чигиринского водохранилища:

БО= 10,38+0,16 БОр+0,57t;

ПО = 5,00+0,21 ПОр+0,16t.

Для Осиповичского водохранилища:

БО = 5,58+0,74 БО_Р;

ПО = 1,90+0,75 ПО_р,

где БО, ПО — среднемноголетние бихроматная и перманганатная окисляемости в нижнем бьефе водохранилища за расчетный месяц рассматриваемого периода, мг0₂/л; БО_р, ПО_р — среднемноголетние бихроматная и перманганатная окисляемости реки, питающей водохранилище, за расчетный месяц данного периода, мг Ог/л; t — среднемноголетняя температура речной воды за расчетный месяц, °С; К — среднемноголетний водообмен за расчетный месяц (среднее отклонение от натурных измерений не превышало 20 %).

В режиме органических веществ в воде Оресы под влиянием Любанского водохранилища сезонного регулирования можно выделить два периода: весенне-летний (март – август) и осенне-зимний (сентябрь – февраль). Весной с повышением температуры наблюдалось увеличение содержания органических веществ с максимумом в период высоких температур. В осенне-зимний период с понижением температуры, затуханием биологических процессов и усилением роли процессов минерализации содержание органических веществ резко снижалось.

Режим органических веществ в нижнем бьефе гидроузла Чигиринского водохранилища с годовым водообменом, равным 8 – 9, формируется в основном под влиянием притока и температуры воды.

С увеличением водообмена водохранилищ усиливается роль органического вещества приточной воды. Так, ниже гидроузла Осиповичского водохранилища со среднемноголетним условным годовым водообменом около 45 формирование органического вещества происходит в основном за счет притока.

Процессы его накопления в водохранилищах в летний период в условиях близких температур обусловливаются интенсивностью водообмена.

Рис. 7.1. Зависимость содержания органических веществ в воде малых рек от водообмена водохранилищ d: а — среднесезонных величин ПО_Hб/П_ор от сезонного водообмена летнего периода; б — среднесезонных величин БО_нб/БО_р от сезонного водообмена летнего периода; в — среднесезонных величин Nорг.н.б /Nорг р от сезонного водообмена летнего периода; г — средних величин Хл.н.б/Хлр от водообмена за вегатиционный период. Штриховые линии — для каждого года наблюдений, сплошные — для среднемноголетних величин; н.б — нижний бьеф водохранилища, р — река

На рис. 7.1 показана зависимость степени влияния водохранилищ на изменение содержания органических веществ в воде исследуемых рек от водообмена водохранилищ в разные по водности годы для летнего периода. Математическое выражение этой зависимости по средним многолетним данным и по отдельным годам наблюдений за перманганатной и бихроматной окисляемостями органическим азотом и хлорофиллом за вегетационный период в общем виде описывается уравнением y = ad^-b, где у — отношение средней за летний период концентрации органических веществ воды нижнего бьефа и их концентрации в воде реки, питающей водохранилище; d_c— сезонный водообмен водохранилища; а, b — постоянные уравнения.

Исходя из данной зависимости, содержание органических веществ в нижнем бьефе водохранилища по указанным показателям можно определить по следующим уравнениям:

БО=1,45БО_Р d^-0,2;

ПО=1,47ПО_р d^-0,2;

N_oрг= l,51N_oрг.p d^-0,2;

Хл = 2,36Хл_р d^-0,4;

где БО_Р, ПО_р — среднесезонные величины бихроматно и перманганатной окисляемостей воды реки, питающей водохранилище, мгО₂/л; N_opг — среднесезонная концентра ция органического азота в нижнем бьефе водохранилища, мг/л; N_оpг.p — среднесезонная концентрация органического азота в реке, питающей водохранилище, мг/л; Хл — средняя концентрация хлорофилла в нижнем бьефе водохранилища за вегетационный период, мг/л; Хл_р — средняя за вегетационный период концентрация хлорофилла в реке, питающей водохранилище, мг/л; d — условный водообмен водохранилища за рассматриваемый период. Среднее отклонение расчетных величин бихроматной и перманганатной окисляемостей от наблюдаемых составляет 10 – 20 %, органического азота и хлорофилла — 30 – 35 %.

Учитывая большие колебания концентраций биогенных элементов в сезонном и многолетнем аспекте, оценка влияния вышеуказанных факторов на формирование их режима производилась по среднемноголетним данным.

Для водохранилищ сезонного регулирования внутригодовые изменения соотношений NO'_3н._б/NO'_зр зависят в основном от температурного режима (рис. 7.2, а). В водохранилищах с более высоким водообменом формирование режима нитратов определяется их поступлением с притоком. Коэффициенты корреляции между концентрациями нитратного азота в створах, замыкающих водохранилища, составляют 0,7 – 0,8 (рис. 7.2, б, в). Включение в уравнение регрессии температурного фактора и водообмена практически не изменяет остаточную дисперсию и величину ошибки.

Температура, как отмечалось выше, оказывает влияние на среднемноголетний режим аммонийного азота, общего фосфора и железа в Осиповичском водохранилище: чем выше температура, тем ниже их концентрация в нижнем бьефе гидроузла.

Зависимость изменения концентраций растворенных фосфатов от данных факторов не установлена. Повидимому, здесь большую роль играет скорость оборачиваемости фосфора. Внутригодовые изменения общего фосфора в водохранилище сезонного регулирования находятся в прямой зависимости от качества притока воды и в обратной — от водообмена:

Р_общ.н.б = Р_общ.р (0,68+ 0,03t — 0,68d),

где Р_общ.н.б , Р_общ.р — среднемноголетняя месячная концентрация общего фосфора в створах реки, замыкающих водохранилище, мг/л; t — среднемноголетняя месячная температура речной воды, °С; d — среднемноголетний месячный водообмен.

Расчетная концентрация общего фосфора по данному уравнению отклоняется от наблюдаемых в среднем на 10 – 12 %. В высокопроточных водохранилищах внутригодовые колебания водообмена не оказывают влияния на рассматриваемые показатели качества воды, в том числе и на режим фосфора.

Рис. 7.2. Закономерности внутритригодового изменения содержания нитратного азота в нижнем бьефе водохранилищ: а — Любанское; б — Чигиринское; в — Осиповичское

Проведенные исследования по выявлению связей между гидробиологическими и некоторыми гидрохимическими характеристиками показали, что для отдельных водохранилищ коэффициент корреляции между биомассой и азотом минеральным равен 0,9, хлорофиллом и азотом минеральным, биомассой и общим фосфором — 0,6. Однако это не является общей закономерностью для всех исследуемых водохранилищ.

Известно, что содержание в воде водохранилищ биогенных веществ, особенно соединений азота и фосфора, является одним из необходимых условий развития фитопланктона. В соответствии с этим следовало бы ожидать наличия тесных связей между интенсивностью развития фитопланктона и содержанием названных элементов. Однако результаты проведенных исследований выявляют зависимость численности и видового состава фитопланктона от факторов внешней среды — температуры, оптических свойств воды (мутность, цветность, прозрачность водных масс) и др.