img-216171322

ветствует та или иная величина	минерализации воды.	Легче-
и понятнее это изображается в	виде графика, так как,	пред-

ставляя эту связь в виде математической формулы, можнополучить весьма сложное выражение. На рис. 37 приводится подобного рода связь между расходом реки (в мъ!сек) и суммой, ионов воды (в мг/л). Такой способ выражения зависимости, сходен с принятым в гидрометрии способом выражать зависимость расхода воды от ее уровня в реке. Только в данном случае независимой переменной является расход, а зависящий,

от него

величиной — минерализация

воды.

Составленные

для ряда

рек

Qм3/сек

СССР подобные графики под-

2100

тверждают, что указанная за-

висимость

между

расходом

2000

воды и минерализацией

суще-

ствует

и может

быть

устано-

влена

для

многих,

особенно

небольших рек. Наиболее

ясна

она для

рек, у которых наблю-

дается быстрое падение мине-

рализации

в весенний

период.

Для этих рек связь выражена

кривой,

постепенно

прибли-

жающейся

своими

концами к

осям

графика

(гиперболиче-

ская кривая; рис. 37).

Возник-

новение

этой

формы

кривой

станет понятным, если графи-

600

в<ю~

, 1200•

чески

изобразить

концентра-

£

ионов (ма//!)

цию раствора соли в зависи-

Рис.

37.

Кривая зависимости

между-

мости

от

разбавления,

в

ре-

зультате чего получится кривая

суммой

ионов

и расходом

воды для-

р. Вахш

(кишл.

Туткаул)

за

1938—

именно гиперболического типа.

1939 гг. и

за

1941—1943

гг.

Поэтому

для

рек,

у

которых

весной

происходит разбавление зимних

вод

сравнительно

мало»

минерализованными

талыми водами,

вид кривой носит такой ж е

характер. Кривая				принимает более сложную форму, если в реке-
наблюдается			несколько, паводков.
При		втором		паводке	минерализация			воды	при	одном и
том	же	расходе		будет ниже,		так	как	при первом		пониже-
нии	уровня		поступающие		в	реку	грунтовые		воды имеют
более высокую минерализацию,						чем при последующем				подъеме-

уровня, когда они уже разбавлены фильтрующимися черезпочву талыми водами. Кроме того, при первом паводке происходит смыв в реку солей, образующихся при испарении грунтовых вод, и продуктов выветривания пород, накопившихся вблизи от поверхности в период, предшествовавший паводку. Поэтому гиперболический вид кривой в этих

1607»

случаях нарушается и зависимость принимает более сложную •формулу.

То же самое можно отметить и в осенний период, когда условия выщелачивания солей несколько иные, чем весной.

Еще более сложную форму имеют кривые для рек с комбинированным водным режимом, который наблюдается у многих -южных и горных рек. Установление связи для них является пока еще весьма затруднительным.

Как видно, установить связь между расходом воды и ее минерализацией значительно труднее, чем между уровнем воды •и ее расходом. Зависимость здесь несравненно более сложная. Наиболее просто установить зависимость между химическим •составом воды и расходом для малых рек, водосбор которых находится в более или менее однородных условиях. Значительно труднее это сделать для крупных рек, у которых отдельные части бассейна неоднородны по условиям формирования

ионного состава		воды. Из-за этого часто,			при одних	и тех же
расходах,	могут	наблюдаться		различные	величины	минерали-
зации воды	в зависимости		от	доли участия в данный момент
з стоке той или		иной части	бассейна.

Дальнейшее изучение гидрохимического режима рек, которое еще только начато, позволит более полно установить характер и вид этих зависимостей.

3. Режим

биогенных

веществ

Гидрохимический

режим

в части

биогенных

элементов

для

рек

изучен

гораздо

меньше,

чем

режим

главнейших

ионов.

•Объясняется это тем, что определение этих элементов необхо-

димо производить

очень

быстро

после

взятия

пробы

воды из

реки, что часто представляет технические затруднения.

Содержание

в

воде нитратных

ионов невелико —для

неза-

грязненных

рек .ОД —0,5; мгЯЮДл.

Для

рек

основным

источ-

ником N0 3 ' являются, повидимому, атмосферные осадки (стр. 126).

В малых реках,

в которые стекают воды с пашен,

а также

по-

падают

и

сточные

воды

населенных

мест,

содержание

N 0 /

может

достигать

5 — 10 мг

N 0

Режим

N 0 3 '

в

речной

"Воде—характеризуется

минимальным

•содержанием в

летний

период,

во

время

которого

ионы ;

NО /

потребляются

водными

растениями

(рис.

38).

Нередко

потребление

N 0 /

столь

интенсивно,

чго

содержание

его

па-

дает до аналитического нуля. Осенью содержание N03 ' с умень-

шением

его

потребления

увеличивается

и

зимой достигает

максимума, когда при минимальном его потреблении происхо-

дит

распад

органического

вещества

и переход

азота

из

орга-

нического

состояния

в

минеральное.

Весной

с

повышением

температуры воды и увеличением освещения вновь начинает •усиливаться процесс ассимиляции растениями и соответствен-

. 3 7 2

но потребление NO./, что сказывается резким падением его» содержания. Таким образом, содержание N 0 / , первоначальна довольно высокое в атмосферных осадках, под влиянием растительности падает в почвенных водах и затем в реках.

Содержание нитритных ионов в речной воде значительно» меньше, чем нитратных (до 0,01 мг N02'1Л)> и только в загрязненных реках оно может повыситься до 0,05 мг/л и редка выше.

1 7 3»

Количество NH4" обычно не превышает 0,1 мг'КН^/л,					а в за-
грязненных водах можат увеличиваться		до	1 мг NH4 '/л.		Режим
3NO/ и NH4" в общих чертах сходен с		N 0	/ .	в	речной
Содержание	неорганических соединений		фосфора
воде обычно не	превышает 0,05—0,1 мгР(л.		Режим	соедине-

ний неорганического фосфора, так же как и соединений азота,

характеризуется				падением		содержания в		течение весны, с ми-
нимумом		летом и последующим повышением к зиме.
	Содержание		железа		в	речной	воде	более	разнообразно:
в северных реках				оно	часто достигает			нескольких мгРе./л,
гно	в южных		реках его			количество обычно			не превышает
1	мг FeU .	Наибольшие			количества		железа наблюдаются при
переходе		реки	на грунтовое питание зимой и при						установлении

.ледяного покрова. Однако в ряде рек, имеющих сток с болот, наблюдается повышенное содержание железа весной. Летом, несмотря на грунтовое питание, содержание железа меньше, чем зимой, так как хорошая перемешиваемость воды и аэращия способствуют окислению закисного железа в окисное, что влечет выпадение его из раствора в виде гидроокиси.

Содержание соединений кремния в речной воде 'обычно находится в пределах 2—6 лгг Si/^г. Несколько большие количества его часто наблюдаются в маломинерализованных водах. Режим кремния характеризуется некоторым повышением его «содержания в зимний период при грунтовом питании.

4. Режим органического вещества

Органическое вещество в речных водах, так же как и вообще в природных водах, присутствует в виде смываемых •с почв и болот веществ гумусового происхождения и в виде продуктов распада других различных органических веществ.

Величина окисляемости в речных водах весьма разнообразна. Можно подразделять речные воды примерно по следующим градациям величин окисляемости:

Очень малая	до	2	мгО/л
Малая		2—5	„
Средняя		5—10	„
Повышенная		10—20	»
Высокая		20—30	„
Очень высокая	свыше 30

Наибольшие величины окисляемости в речных водах возникают от присутствия органических веществ гумусового про-

исхождения. Поэтому реки севера, богатые гумусовыми								веще-
ствами, имеют обычно и наибольшую					величину		окисляемости.
Д л я режима		окисляемости в	речных		водах	наиболее типична
минимальная		ее величина в, зимнее время, когда в воде						нахо-
дится	минимальное количество			органических			веществ,	если
-только	река	не подвергается	в	подледный		период интенсив-
.174

ному загрязнению сточными водами, В дальнейшем повышение •окисляемости происходит при половодьи и паводках, в результате которых в реку смывается с почв и болот значительное количество органических веществ (рис. 39).

О

содержании в

реках

•органического вещества, об-

s

pa

разовавшегося

из

расти-

а ™

са я

тельного

гумуса,

можно,

т

о

S

кроме

окисляемости,

судить

о.

со о

и

по

окрашенности

воды,

—Я

лричем

количественной

ха-

рактеристикой в этом случае

шС

является величина так на-

зываемой

цветности

воды1.

о

о

Величина

цветности

реч-

s

ее

ной воды,

по исследованиям

Я 2

П. П. Воронкова и О, К. Со-

2 СЗ

коловой,

изменяется

для

S Н SX

территории СССР в опре-

. о

деленной

закономерности.

З о

о

и

И

Е -

Наибольшая

цветность

реч-

0

е?

=t

и

ной

воды

наблюдается у

со

О

U

>> .

рек, расположенных в таеж-

ной зоне,

водосборы

кото-

„

рых

изобилуют

торфяными

л

болотами

и

заболоченными

СО ^

лесами. Величина ее в этой

X

«у .

зоне

весьма

различна — от

нескольких десятков до не-

З а

скольких

сотен

градусов

g •<

цветности.

В

лесостепной

а

в

К S

зоне цветность речной

воды

значительно ниже (12—40°),

s

о

и о

несколько

повышаясь

лишь

«CUСОSs

1

&

в

весенний

период.

Еще

5

.

н

ниже цветность воды в степ-

о

о>

ной зоне (6—26°), хотя и

СО

s

к о

здесь

в

период

интенсив-

изз/^'в irMw^^siooBiOTY)

ного

смыва

с

поверхности

& 3

она повышается до 45—55°. Наименьшая цветность вод наблюдается в засушливых степных районах. Причиной различной цветности воды в географических зонах является неодинаковый биохимический характер протекающих процессов трансформа-

1 Цветность воды выражается в градусах и определяется путем сравнения в стеклянных цилиндрах цвета воды с цветом стандартной шкалы, приготовленной из растворов хлорплатината калия и хлористого кобальта. Так, 4—6° цветности соответствуют величине окисляемости около 1 мг О/л.

175»

ц ш остатков органического вещества, причем в южных районах распад органического вещества протекает значительно полнее и окрашенные гумусовые кислоты, вступая в обменные реакции с породами, фиксируются почвами.

5. Режим растворенных газов и ионов водорода

Содержание растворенных газов в воде, как указывалось выше, зависит от температуры воды и давления, поэтому максимальные количества газов ограничены в речной воде определенными пределами, зависящими от их растворимости соответственно физическим условиям. Обычно наибольшие количества растворенного кислорода в реке не превышают 15 мг/л. Максимальное содержание С02 большей частью не превосходит 20—30 мг/л.

Режим	растворенных газов	в	реке	обусловлен изменением
в течение	года: 1) температуры		воды,	2) интенсивности	про-
исходящего	в • воде процесса	фотосинтеза, 3) питания			реки,

4) парциального давления данного газа при образовании ледяного покрова.

Зависимость количества растворенного кислорода от тем-

пературы воды определяет основную тенденцию его		изменения
в течение года — увеличение при низких	температурах зимой
и понижение при высоких температурах	летом. Но	одновре-

менно в реке происходят и другие явления, вызывающие изменение содержания кислорода в обратном направлении. К ним' относятся: процесс фотосинтеза, в результате которого повышение кислорода происходит преимущественно в теплое время года, смена питания реки, вследствие чего зимой в реку поступают главным образом подземные воды, бедные кислородом*

и, наконец,		образование			зимой ледяного покрова,					изолирую-
щего речную воду от атмосферы.
В	реках,	при слабом			развитии	биологических процессов и
при	наличии	кислорода			в питающих		их грунтовых			водах, со-
держание кислорода				в	основном	следует		его	растворимости
при данной		температуре,			т. е. колеблется			примерно		в	преде-
лах	6—8 мг/л		летом	и	8—12 мг/л		зимой.	Однако		насыщен-
ность воды		кислородом при данной					температуре		в	результате
биологических			процессов и наличия грунтового питания								может

падать зимой до 30—5О0/0, вновь повышаясь летом до 90—100°/0. Примером для рек с подобным режимом может служить изменение содержания растворенного кислорода в р. Волге (рис. 40).

Б. А. Скопинцевым		установлены	следующие	многолетние ко-
лебания содержания		0 2 в период, предшествующий половодью:
Верхняя	Волга		8,8 - 2,6 мг/л	( 6 0 - 1 8 % )
Средняя	Волга	. .	. 5,9—2,3 мг/л	(40—16%)
Нижняя	Волга	. . . . . . . .	.7,8—7,6 мг/л	(53—41°/0)
.176

В случае интенсивного развития в реке биологических процессов (наличие богатой водной растительности, животного мира, поступление в реку органических веществ со сточными водами и пр.), а также при питании реки обескислороженными грунтовыми водайи содержание кислорода в реке может сильно понизиться, особенно зимой, когда ледяной покров препятствует поступлению кислорода из атмосферы. В таких реках содержание кислорода летом составляет 70—90°/0 насыщения, а подо льдом падает до 20—30°/0 и иногда еще ниже. Как пример можно привести притоки р. Оби (ниже устья р. Кеть),

Рис. 40. Сезонные изменения в содержании растворенных 0 2 и С 0 2 в воде р. Волги у г. Саратова в 1925 г. (по Радищеву).

содержание кислорода в воде которых падает зимой почти до нуля. Происходит это потому, что реки питаются водой с сильно заболоченных водосборов, лишенной кислорода из-за потребления его на окисление большого количества растительных остатков. В результате резкого падения кислорода (до Ю°/0 и ниже) происходит замор рыб. Это явление систематически наблюдается в pp. Оби (рис. 41), Мологе и некоторых других.

Режим двуокиси углерода (С02 ) противоположен режиму

кислорода. Зимой

из-за происходящих в водоеме

окислитель-

ных процессов, а

также

вследствие

питания

реки

грунтовыми

водами, в которых СОа повышено,

в

воде

подо

льдом

ско-

пляется

С02 .

С исчезновением

ледяного

покрова

содержание

С 0 2

быстро

падает, так

как его

избыток

выделяется в

атмо-

сферу.

Поэтому

содержание

С02

в

реке

летом

составляет

обычно

1—5 мг/л,

а при

сильном

развитии

водной

раститель-

ности

понижается

до нескольких

десятых

долей

мг/л

или

12

О. А. Алекин

177

практически исчезает (см. рис. 40). Равновесное с атмосферой

содержание	С0 3 составляет около 0,6 мг/л.
При меньшем содержании С0 2 в воде происходит погло-
щение его	из атмосферы.

Величина концентрации ионов водорода колеблется для речных вод обычно в пределах 6,0—9,0, причем воды с более низким рН характерны для северных рек, а с более высоким —

для южных.
Концентрация ионов водорода в воде, как								указывалось
выше, зависит	главным образом				от содержания			С02 , поэтому
0,т	* у»\							С
	\
		v
		> 1
		<
\
	ЦЛ1\		*
		\	1
		\	4
		\	v
		л\ *\
XI	1 хп			/	//	ш		IV
	1943а.				mis.
Рис. 41. Изменение			содержания растворенного			0 2	в воде р. Оби
	(ст. Белогорск)			в течение зимы 1943/44			г.
			1 — °/0	насыщения, 2 — мг!л.

режим ионов водорода в общем сходен с режимом С03 . Зимой величины рН для речных вод наименьшие, летом — наибольшие. Зимой рН большинства речных вод составляет 6,8—7,6, летом —7,6—8,8. Реки с болотным питанием имеют повышенную концентрацию ионов Н"; у них рН часто ниже 6,0. Южные реки летом имеют рН около 9,0.

6. Неоднородность химического состава воды в реках

Химический состав воды в реке далеко неоднороден на всем ее протяжении, а также нередко и по ее ширине. Непосредственными причинами этой неоднородности являются: впадение притоков, изменение характера питания реки и процессы, совершающиеся в самом русле.

Неоднородность состава воды особенно заметна у рек, имеющих большую длину и протекающих по районам, различаю-

. 178

ядимся между собой условиями формирования химического состава воды. Рассмотрим неоднородность состава речной воды л его изменение на примере р. Волги, прорезающей на своем пути толщи отложений с самыми разнообразными породами и последовательно пересекающей зоны с различными климати-

г- qHOXodUJOyg

ni

- gndsHni/euig -е

HnmiqwB^i а -

gowadoQ •s

- qmdeiqQ •г ndowaQ d

MogoHtsqirfi г

пто/шд/ о

Dura)] a

пгвпдз d

quiam d iqdDonoga/j г пгЛтиэд a odfij a

_ Dwodujoou d qtrgni/ootin а - quaodouio)! d

вноящ ii

iqdoosdgu's
DugWV
vmow d
- нпнт/пу г	5
vmegj d
- веШд d	4*
	lis

Dxgodosxm/ag \d ij-a»

о

03

о ° g g

§ 1

s <

к • s «

3 о

«Q}2

Я w

« 2

>=: к «-. я

щ

к в*

я CU

я

П:о

о.я <0 m

>=t я о я

<J о

<и

я

я

s

я

О.

ческими условиями. Последовательность изменения величины минерализации и содержания отдельных ионов по длине р. Волги

видна из кривых (рис. 42),	составленных на основании гидро-
химического исследования	реки Bj течение июля — августа
1934 г.	~

По химическому составу воды р. Волга может, быть разделена на три участка: верховье — до впадения р. Оки, сред-

12*

179

няя часть —от	устья р.	Оки до устья pv Камы и нижняя:
часть — от устья	р. Камы	и ниже.

В верховьях р. Волга протекает в условиях северного ледникового ландшафта, среди морен и многочисленных болот. Ледниковые отложения уже по своему происхождению являются большей частью хорошо промытыми, и воды, соприкасаясь с ними, мало обогащаются солями. Лишь в отдельных местах отложения каменноугольной системы несколько' повышают минерализацию некоторых притоков. Вместе е тем вода верхней части р. Волги богата органическими веществами, попадающими в нее со стоком заболоченных левых притоков. Соответственно этим условиям в своем верховье р. Волга имеет мало, минерализованную воду (около 120 мг/л) со значительным, количеством органического вещества, характеризуемого* окисляемостью воды около 10 мг/л. Минерализацию воды р. Волги несколько повышает р. Тверца, питающаяся водами каменноугольных известняков, так же как и некоторые другие более минерализованные притоки — pp. Шоша, Дубна,- Медведица,, снижающие содержание органического вещества.

Ниже верховья ряд крупных левых притоков,- впадающих: в Рыбинское водохранилище и ниже его (pp. Молога,. Шексна., Унжа), опять вносят в р. Волгу много органических веществ,

иуменьшают минерализацию ее воды.

Всредней части р. Волги происходит основное формирование ионного состава ее воды. После впадения р. Оки в р. Волге наблюдается резкое изменение состава воды. Река Ока, прорезая каменноугольные и девонские отложения, сложенные известняками, а в нижнем течении питаясь водами пермских отложений, местами очень богатых гипсами, имеет воду со-

значительным содержанием S04 " и Са". Все это хорошо видна из кривых рис. 42.

После впадения р. Оки наблюдается резкий подъем,, характеризующий увеличение содержания всех ионов и одновременное уменьшение органического вещества. Снижение органического вещества в данном случае происходит не только отт разбавления, но и от коагуляции его в связи с увеличением, в растворе электролитов. '

На участке от устья р. Оки до устья р. Камы на состав, воды р. Волги существенное влияние оказывают грунтовые

воды, питающие	реку. Особенно велико это влияние в районе
г. Казани, где	р. Волга прорезает мощные пермотриасовые-

отложения, в значительной мере сложенные гипсоносными

известняками. О большой			минерализации впадающих		в	этих
местах	мелких притоков можно судить, например, по р. Ка-
занке,	минерализация	воды которой		летом составляет		До
1600 мг/л. Повышают		минерализацию		воды р. Волги	и	пра-
вые ее	притоки —pp.	Сура,	Свияга и	др.

. 1 8 0