Водные ресурсы Свердловской области Лекция 4. Лекция 4 гидротехническое регулирование водных ресурсов водохранилища Свердловской области

• Название: Лекция 4 гидротехническое регулирование водных ресурсов водохранилища Свердловской области
• Анкор: Водные ресурсы Свердловской области Лекция 4.docx
• Дата: 24.06.2018
• Размер: 129.72 Kb.
• Имя файла: Водные ресурсы Свердловской области Лекция 4.docx
• Тип: Лекция; #20686
• страница: 1 из 5

Водные ресурсы Свердловской области

Лекция № 4

ГИДРОТЕХНИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ


Водохранилища Свердловской области

Водохранилища Свердловской области в основном представляют собой евтрофные водные объекты, либо интенсивно «цветущие», либо зарастающие и заиливающиеся, с достаточно загрязненной водой (по сравнению с существующими нормативами). Это обусловлено их возрастом, географическим положением, морфометрическими характеристиками (большинство из них – мелководные) и высокой антропогенной нагрузкой. Причем последняя играет существенную роль в процессах формирования качества воды и определяется не только непосредственным сбросом сточных вод, но и диффузным поступлением загрязнений с территории водосбора, в значительной степени измененной под влиянием хозяйственной деятельности.

В разделе представлены материалы исследований, выполненных за последние 20 лет либо РосНИИВХом, либо другими организациями, о водохранилищах Свердловской области. Круг таких водохранилищ весьма ограничен, тем не менее приведенная информация (по гидрохимии и гидробиологии) позволяет достаточно полно охарактеризовать состояние этих водных объектов.

Озеро Аятское. Это самое большое озеро-водохранилище в окрестностях Екатеринбурга. Оно расположено среди заболоченного лесного массива в 48 км к северу от города. Основные гидрологические параметры: площадь водосбора – 481,0 км², площадь зеркала – 48,8 км², максимальная глубина – 4,0 м, средняя глубина – 2,18 м, объем воды – 106,5 млн м³, максимальная длина – 12 км, максимальная ширина – 4 км.

Гидрохимический режим озера почти полностью определяется болотным питанием. Для воды притоков характерны коричнево-красные и коричневые цвета, кислая реакция (рН = 5,41 ± 6,03), высокое содержание свободной углекислоты (до 70,4 мг/л), органических, в основном гуминовых, веществ (окисляемость до 44,7 мг О₂/л ) и общего железа (до 24 мг/л). Вода слабоминерализована (сухой остаток от 66,5 до 229,4 мг/л), пресная и мягкая.

Вода озера также содержит много гуминовых веществ, железа и имеет окраску, оттенок которой меняется от коричневого (летом) до красноватого (зимой). Прозрачность ее низкая, летом, в период развития фитопланктона, достигает 95 см. зимой увеличивается до 170 см.

Содержание растворенного в воде кислорода в течение года меняется значительно. После освобождения озера ото льда наблюдается увеличение концентрации кислорода до 8,55 – 10,56 мг/л, в июне она снижается до 8,2 – 8,7 мг/л, а в период развития фитопланктона и макрофитов (июль – август) снова увеличивается до 10,7 мг/л, максимальное содержание (до 14,5 мг/л) отмечается в октябре – результат сильного охлаждения воды и ветрового перемешивания. В декабре, в связи с окислительными процессами в илах, концентрация кислорода у дна падает до 3,68 мг/л, хотя у поверхности сохраняется до 13,0 мг/л, а в марте эти показатели снижаются до 1,71 – 2,13 в придонных и до 11,36 – 12,3 мг/л в поверхностных слоях.

Из-за высокого содержания в воде озера свободной углекислоты (до 26,4 мг/л) величина рН в течение года остается ниже 7. Окисляемость воды, в силу большой концентрации гуминовых веществ и железа, всегда высокая. В открытый период она составляет 13,7 – 29,4, в подледный – 13,2 – 23,4 мг О₂/л.

Азот в аммонийной форме обнаруживается постоянно (0,05 – 2,0 мг/л), а в нитритной (следы) и нитратной (2,0 – 5,0 мг/л) – только зимой.

Вода Аятского озера слабоминерализована (сумма главных ионов 50,0 – 99,9 мг/л), очень мягкая (Н = 0,69 + 1,24 мг-экв), гидрокарбонатно-кальциевая.

Скопление водной растительности можно видеть вблизи оставшегося коренного берега (у базы рыболовов и охотников) и около островов. Обычными для водоема видами являются стрелолист, кувшинка малая, кувшинка, рдесты пронзеннолистный, плавающий и сплюснутый, элодея, роголистник, ряска.

В летний период на озере интенсивно развивается фитопланктон, отчего вся поверхность воды покрывается зеленоватой пленкой. В начале августа 1981 г. суммарный показатель макрофитов Аятского озера – хлорофилл – был обнаружен в концентрации 30,5 мг/м³, что характеризует водохранилище как высокоевтрофный водоем.

Бобровское водохранилище (на р. Исети) расположено в 25 км ниже Нижнеисетской плотины. Площадь зеркала 0,84 км², объем – 1,4 млн м³

К створу Бобровской плотины вода Исети приходит значительно загрязненной. По исследованиям РосНИИВХ, в 1990 г. в водохранилище наблюдалось превышение ПДК по 6 ингредиентам: азоту аммонийному 54 ПДК, нитритам – до 2 ПДК, железу общему – 5 ПДК, фосфатам – 8 ПДК, сульфатам – до 2 ПДК, ВПК. – до 6,5 ПДК. Отмечаются случаи снижения растворенного в воде кислорода до 2,8 мг/дм³, а также превышение ПДК но фенолам (670 раз), меди (до 40 раз), никелю (до 10 раз).

Для водоема характерно интенсивное «цветение» воды, присутствие патогенной микрофлоры, наличие больших запасов донных отложений, представляющих собой источник вторичного загрязнения. Вода непригодна для основных видов водопользования.

Верхнетагильские водохранилища (Верхнетагильское, пруд № 4 и Вогульское водохранилище). Следует отметить, что вода указанных водоемов, являющихся охладителями Верхнетагильской ГРЭС, характеризуется тепловым загрязнением, более чем в три раза превышающим санитарные нормы во все времена года.

Величина рН близка к нейтральной, однако в период «цветения» иногда повышается до 9,1 – 10.

Концентрация растворенного кислорода в воде Верхнетагильского водохранилища на протяжении года меняется. В летний период она может снижаться до критического уровня (3,5 мг/л), а зимой колеблется в пределах от 8 до 15 мг/л. Самое низкое содержание кислорода отмечается в зоне размещения садковых рыбных хозяйств, что связано с его потреблением на окисление большого количества органических веществ, содержащихся в неутилизированных кормах и других отходах. Показатели органического загрязнения воды (БПК., перманганатная и бихроматная окисляемость) данного водоема довольно низкие. Величина БПК колеблется в пределах 1,2 – 6,3, но чаще приближается к 3 мг/л. Перманганатная окисляемость воды пруда не превышает 10,7, бихроматная – 27,1 мг/л.

Об интенсивной биологической жизни, а следовательно, и возможной «наработке» органического вещества в водоемах-охладителях Верхнетагильской ГРЭС, свидетельствует и значительное содержание в воде биогенных элементов. В наименее благоприятный для «цветения» период концентрация общего фосфора составляет 0,2 мг/л (по Р), и то в данный период отмечается рост и развитие высших растений и водорослей, т. е. активная жизнедеятельность потребителей биогенов.

По качеству вода Верхнетагильского водохранилища и пруда № 4 отвечает требованиям, предъявляемым к водоемам рекреационного и технического назначения.

Подробные гидробиологические исследования на водохранилищах-охладителях Верхнетагильской ГРЭС проводились в 1984 – 1986 гг. Для сравнения представлены данные по фитопланктону за 1967 г. Пробы отбирались один раз в месяц на закрепленных станциях.

В Верхнетагильском водохранилище в течение 1985 г. определено 76, в Вогульском 83 вида разновидностей и форм водорослей, в то время как в 1967 г. – соответственно 110 и 95. Такое снижение видового разнообразия водорослей (к тому же сопровождавшееся сменой преобладающих видов фитопланктона) свидетельствует об ухудшении качества воды в водохранилищах.

В 1985 г. сезонная динамика развития фитопланктона в Верхнетагильском и Вогульском водохранилищах значительно отличалась от таковой за 1967 г. Наблюдалось уже не два, а три максимума в развитии водорослей: весенний (март-апрель), летний (июль-август) и осенний (сентябрь-октябрь). Преобладающие виды 1967 г. относились колиго- или олиго-β-мезосапробам, которые являются показателями чистых или частично загрязненных вод, а в 1985 г. ведущими в том и другом водоемах весной были Melosira granulata и Synedra ulna, которые принадлежат к β-мезосапробам. То же самое можно сказать и о доминировавших видах водорослей, которые развивались летом и осенью, т. е. они также относятся к типу β -мезосаиробов. Это еще раз подтверждает ухудшение качества воды в водохранилищах.

Численность клеток водорослей в 1985 г. в Верхнетагильском водохранилище возросла более чем в 6 раз и превосходила показатели 1967 г., а биомасса при этом уменьшилась в 2 раза (0,272 – 12,942 г/м³), т. е. крупные диатомовые и протококковые были вытеснены мелкими синезелеными. Подобная картина наблюдалась и в Вогульском водохранилище: в 1985 г. численность клеток увеличилась в 33 раза, а биомасса – лишь в 1,5 раза (0,047 – 49,665 г/м³). В среднем за период наблюдений в 1985 г. численность и биомасса в Верхнетагильском водохранилище составили 15,425 млн кл./л и 3,5 г/м³, а в Вогульском – соответственно 31,800 млн кл./л и 5,6 г/м³.

По индикаторам – популяциям, достигающим в данных экологических условиях наибольшего расцвета и численности, в целом оба водохранилища относятся к β -мезосапробному типу.

В Верхнетагильском водохранилище площадь зарастания высшими водными растениями составила 6 га, или 2 % от акватории водоема. Обнаружено 22 вида растений из четырех макрофитных сообществ. Макрофиты (прибрежные растения) занимали площадь 2000 м², гелофиты (воздушно-водные растения) – 3000 м², или 5 % зарастаемой площади, гидатофиты (растения с плавающими листьями) – 48000 м² (80 %) и гидрофиты (растения погруженные) – 9000 м² (15 %). Таким образом, вес биомассы макрофитов в Верхнетагильском водохранилище на площади 600000 м² составлял 180000 кг. На 1 м² акватории водохранилища (3 км²) приходилось 60 г, а на I м³ объема воды (11,4 млн м³) – 16 г биомассы макрофитов.

Площадь зарастания макрофитами пруда-охладителя № 4 составляла 5400 м², т. е. 0,5 % от акватории водоема, занимающего площадь 1,08 км². Растительные сообщества представлены только гелофитами и гидатофитами. Общий вес макрофитов, произрастающих на площади 5400 м², составлял 13230 кг. На 1 м² акватории водоема (1,08 км²) приходилось 12,25 г биомассы макрофитов в сыром виде, а на 1 м³ объема воды (2,62 млн м³) – 5,05 г.

Площадь зарастания макрофитами в Вогульском водохранилище составляла 246000 м² (24,6 га), или 6 % от акватории водоема. При обследовании обнаружено 25 видов водных растений из четырех макрофитных сообществ. Средний вес биомассы гидрофитов 3,2 кг/м², общей – 354240 кг. Вся биомасса макрофитов составляла 688800 кг (24600 кг гелофиты + 88560 кг гидатофиты + 354240 кг гидрофиты). На 1 м² площади зеркала водохранилища (4,1 км²) приходилось 168 г, на 1 м³ объема воды (26,2 млн м³) – 26 г биомассы макрофитов в сыром виде.

Исетское водохранилище. В зимний период сброс подогретых вод влияет на термический режим водохранилища лишь на одном участке площадью порядка 1 км². Летом подогрев распространяется на все активные зоны водоема.

В течение 1985 г. прозрачность воды водохранилища была высокой и колебалась в пределах 70 – 100 см.

В первой половине 1984 года весь объем воды Среднеуральского водохранилища был заменен (сброшено около 69 млн м³ воды, объем при НПУ – 67 млн м³). Поступившая взамен сброшенной вода отличалась очень высокой цветностью и повышенным содержанием стойких к окислению органических веществ, представляющих гуминовые соединения болотного происхождения. Поскольку значительная часть площади водосбора Исетского водохранилища заболочена (202 км²), особенно большой приток окрашенных вод приходит в него при весенних и дождевых паводках. В самом водоеме цветность воды в течение зимы 1984 – 1985 гг. была высокой и приближалась к 200°, в середине мая 1985 г. она снизилась до 120°, а к концу июля 1986 г. – до 45°.

В изменении содержания взвешенных веществ в воде водохранилища на протяжении года отмечается два пика: майский, связанный с поступлением взвесей с водосбора, и октябрьский, вызванный отмиранием гидробионтов. Подобное явление отмечалось и раньше. Поданным УралГосНИОРХа, количество взвешенных веществ колеблется от 2,2 до 37,4 мг/л, по данным РосНИИВХ – от 9,2 до 42,6 мг/л.

Активная реакция воды (рН) Исетского водохранилища за период его существования неоднократно изменялась: до строительства СУГРЭС была кислой, под влиянием вод от золоотвала сместилась в щелочную сторону, в начале 60-х годов колебалась в пределах 6,25 – 6,78, а в 1981 г. достигла 9,27. За период исследований (1984 – 1986 гг.) этот показатель изменялся в основном в пределах 6,9 – 7,4 (в отдельные периоды – до 9,0).

Концентрация растворенного в воде кислорода высока на протяжении всего года и нередко доходит до 15 мг/л. Даже в конце подледного периода ее крайние величины (в средней части водоема) составляют 6,1 – 11,6 мг/л. В 1985 г. этот показатель колебался в пределах 10,15 – 11,9 мг/л.

Величина биохимического потребления кислорода (БПК.) за наблюдаемый период изменялась от 0,8 до 5,42 мг О₂/л, снизившись с 1981 г. почти в 2 раза. Перманганатная окисляемость варьировала в пределах 16,94-30,0 мг/л, увеличившись за тот же период до 39 мг/л. Бихроматная окисляемость находилась в пределах 29 – 72 мг/л.

Это указывает на то, что в 1985 г. возросло поступление в водоем органических веществ, либо ингибирующих процессы биологического окисления, либо трудно поддающихся ему. В данном случае был большой приток в водохранилище гуминовых соединений с водосборной площади в результате замены его воды летом 1984 г.

Вода Исетского водохранилища характеризуется относительно высоким содержанием соединений азота. Так, концентрации аммонийного азота составляют 0,7 – 1,57 мг/л. В 1966 г. они колебались в пределах 0,2 – 0,8 мг/л. В воде обнаруживаются нитриты (0,001 – 0,02 мг/л) и нитраты (0,27 – 0,9 мг/л), что отмечалось и раньше. Однако концентрации этих соединений значительно увеличились по сравнению с 1966 г., когда составляли соответственно 0,0 – 0,004 и 0,2 – 0,3 мг/л.

Содержание минерального фосфора (РО₄) колебалось в интервале 0,006 – 0,052 мг/л. Наибольшие значения общего фосфора достигали 1,7 мг/л, но в основном составляли 0,03 – 0,08 мг/л.

В воде сбросного канала СУГРЭС были случаи появления нефтепродуктов, концентрации которых значительно (в 50 раз и более) превышали ПДК.

Следует отметить, что гидрохимический режим водохранилища Среднеуральской ГРЭС характеризуется высокой цветностью воды (в отдельные периоды до 200°, обычно – 80 – 90°). Периодически в воде появляются взвешенные вещества (до 42 мг/л). Минерализация воды незначительна – ниже 100 мг/л.

Полученные гидрохимические данные дают основание отнести Исетское водохранилище к условно чистому водоему второй категории, которое может использоваться для рекреационных, рыбохозяйственных и технических целей.

За исследуемый период в фитопланктоне Исетского водохранилища обнаружено 84 вида, разновидностей и форм водорослей, которые в систематическом отношении распределялись следующим образом: сине-зеленые – 15, диатомовые – 11, зеленые – 58. Из анализа флористического состава водорослей следует, что в целом Исетское водохранилище по этому показателю относится к β-мезосапробному типу.

Деструкция органического вещества превышает продукцию, но очень незначительно, поэтому даже небольшое увеличение антропогенной нагрузки может привести к тому, что экологическая сукцессия экосистемы пойдет по пути дальнейшего развития сине-зеленых и достигнет сильного «цветения», что приведет к ухудшению состояния водоема.

На изучаемом объекте обнаружено 32 вида высших водных растений. Площадь их зарастания составляет 2,8 км², или 11,6 % от акватории водоема.

Площадь макрофитов, произрастающих непосредственно в воде, сравнительно невелика – 84 га, т. е. 3,5 % акватории. Вес всей биомассы макрофитов Исетского водохранилища на площади 840000 м² составляет 3192000 кг (504000 кг гелофиты + 2520000 кг гидатофиты + 168000 кг гидрофиты). На 1 м² акватории (24 км²) приходится 133 г, а на 1 м³ объема воды (67 млн м³) – 47 г биомассы макрофитов.