4. Оптические особенности и ледово-термический режим водохранлищ
4.1. Прозрачность и цвет воды
Прозрачность и цвет являются важными показателями качества воды. Эти показатели физико-химическими и биологическими особенностями воды (мутностью, составом и количеством растворенных веществ, развитием органической жизни, стадией эволюции экосистемы и т.д.). Прозрачность и цвет воды в водохранилище зависит от количества и качества поступающих вод в водохранилище, ее трансформации в водохранилище. На эти показатели влияют физико-географические условия бассейнов, где формируется поверхностный приток (геология, почвы, климат, растительность, заболоченность и т.д.). Распределение прозрачности и цвета воды в пределах акватории искусственного водоема определяется гидродинамическими особенностями (движение волн, течений, процессов перемешивания), гидрохимическими процессами, биологической продуктивностью, степенью переработки берегов и др.
В настоящее время широко применяются методы определения прозрачности по белому диску (в м) и цвета по шкале Фореля-Уле. Цвет определяется номером эталоном цвета. Оба метода имеют ряд погрешностей.
Для более точного определения цвета воды применяется платиново-кобальтовая шкала цветности или имитирующая ее сухая хромово-кобальтовая. Цветность выражается в градусах цветности. Большая окрашенность обозначается большим количеством градусов шкалы, которая применяется для вод с окраской от желтого до бурого и темно-коричневого тонов.
Для определения прозрачности вод применяются лабораторные методы с использованием спектрофотометров, фотоколориметров, спектронифелометров и исследования непосредственно в водоемах при помощи погруженных непосредственно вводу приборов. Отдельные параметры определяются в лабораторных условиях.
Под прозрачностью воды понимается ее коэффициент поглощения для слоя единичной толщины (обычно 1 м). На практике он определяется как отношение потока излучения, прошедшего в воде без изменения направления путь, равный 1 м, к потоку излучения, вошедшему в воду в виде параллельного пучка. Коэффициент пропускания (Т) равен отношению напряжения световой энергии на нижней (I0) и на верхней (Iz) границе слоя:
Т = Iz/I0.
В водохранилищах наблюдается вертикальная неоднородность вод по цветности, которая обусловлена перемешиванием и переслаиванием водных масс различного происхождения. Это обусловливается поступлением в водохранилище водных масс другого качества или местным источником изменения цветности. По А.М. Фортунатову в водохранилищах могут наблюдаться три основных типа распределения цветности по вертикали: гомохромия – одинаковая цветность по всей толще воды: анахромия – большая цветность верхних слоев и катахромия – большая цветность нижних слоев.
Прозрачность воды водохранилищ в условиях Беларуси, определенные традиционным способом колеблется от 0,5 до 3,0 м. По мере продвижения вод по Вилейскому водохранилищу от верховьев к плотине прозрачность воды изменяется от 1.0 м до 2,5 м вследствие осветления воды по мере уменьшения скорости течений. Для сравнения в приплотинной части Мингечаурского водохранилища прозрачность достигает 7 м, а в верховьях всего 25 – 30 см.
Высокая цветность и резкие ее колебания по сезонам в малых и среднх водохранилищах лесной зоны связаны с интенсивностью развития органической жизни и обилием органических веществ. Например, в Клязьминском водохранилище канала им. Москвы цветность по сезонам изменяется в пределах 25 – 90о.
Максимальной окрашенностью (цветность до 200 – 250о) и малой прозрачностью (от 0,4 – 0,5 м до 1,5 м) отличаются плесы устьев рек Рыбинского водохранилища, бассейны которых сильно заболочены.
Таблица 4.1.
Группировка вод Рыбинского водохранилища по степени их окрашенности (по М.А. Фортунатов)
Группа |
Степень окрашенности вод |
Цветность по платино-кобальтовой шкале (в град.) |
А |
Почти лишенные окраски |
Менее 20 |
Б |
Слабо окрашенные |
20 – 39 |
В |
Средне окрашенные |
40 – 59 |
Г |
Повышенной окрашенности |
60 – 79 |
Д |
Интенсивно окрашенные |
80 – 99 |
Е |
Темноокрашенные |
100 – 149 |
Ж |
Очень темноокрашенные |
150 – 200 |
З |
Исключительно темноокрашенные |
Более 200 |
Для оценки степени окрашенности вод можно использовать типизацию, разработанную применительно для Рыбинского водохранилища (табл.4.1).
Прозрачность и цвет воды в полевых условиях определяются достаточно быстро и являются интегральными показателями, которые отражают особенности физико-географических условий водосборов и гидрологического режима водохранилища.