Система «водосбор – озеро»

Количественные взаимосвязи в системе “водосбор - озеро” были впервые сформулированы в работах Фолленвайдера [140], Фолленвайдера и Диллона [141] - в рамках биогенно-нагрузочной концепции увязывались поступление фосфора с водосборного бассейна, глубина озер, время условного водообмена и уровень трофии озер.

L_k = 0.025z ^0.6 (1)

L_k = 0.050z ^0.6 (2)

Lк = [ P ] ^B q_S ( 1+  Z/ q_S ) , (3)

где - Lк - величина фосфорной нагрузки гР / (м² год);

q_s = Z / _w - гидравлическая нагрузка;

Z - средняя глубина;

_w - время условного водообмена, лет;

[P]^В - концентрация общего фосфора в период весеннего перемешивания в мгР/м³.

Для сохранения олиготрофного состояния принимается - [P]^B  10 мг/м³, для сохранения мезотрофного - [ P ]^B 20 мг/м³. В 1980 году Фолленвайдер и др. [142 ] показывают, что для крупных холодноватых озер с замедленным водообменом величина критической концентрации фосфора должна быть увеличена до 0.025 мг/л.

Уравнениe средней концентрации фосфора в озере было предложено: Диллоном,1975 [122]

Lp( 1 - Rp)

[ P ]оз = ---------------, (4)

Z 

где - Lp - фосфорная нагрузка, мгP /м² год; Z - cредняя глубина, м; Rр - коэффициент удержания фосфора в водоеме;  - величина обратная времени водообмена, год ^-1;

Ларсеном и Мерсье, 1975[127 ]

[ P ]_ = [ P ]пр ( 1 - Rр ), (5)

где - [ P ]_ - равновесная концентрация фосфора в водоеме, [ P ]пр - средняя концентрация фосфора в притоке.

Как показал Винберг [16] , при подстановке Rp = 1 - [ 1 /( 1 +  _w ) эта формула идентична 3.

И.Маккентун [46] предложил в 1968 году ограничение по концентрации общего фосфора в текущих водах - 100 мкг Р/л, а в месте впадения в водоем со стоячей водой - 50 мкг Р/л..

Приравняв правые части уравнений 4 и 5 в притоке, Гусаков [24] получил выражение

Lp

[ P ]пр = ------- , (6)

Z 

где - Lp - эмпирическая полученная фосфорная нагрузка, гР/(м² год); Z - cредняя глубина, м;  - величина обратная времени , год ^-1. Отношение Lр / Z он назвал “объемной фосфорной нагрузкой” и пересчитал график связи Фолленвайдера, заменив нагрузку, приходящуюся на площадь, “объемной нагрузкой”, т.е. приходящейся на объём. На полученном графике, для 50 озер умеренной зоны, евтрофные отделяются линией концентрации фосфора в суммарном за год притоке, равной 100 мкг Р/л, граница между мезотрофными и олиготрофными определяется линией со значением 50 мкг Р/л, т.е. было найдено статистически обоснованное доказательство для предложения Маккентуна.

Представление об озере и его водосборе как о единой природной системе, предложенное вначале С.В.Калесником , являлось методической основой комплексных исследований, проведенных Институтом озероведения РАН в период 1962-1974, 1977-1980 гг.[25.31.78]. Характер использования площади водосборного бассейна определяет величины выноса биогенных элементов в озерные экосистемы. В 1967 году Л.Л.Россолимо [87] в качестве одного из путей высказал предположение о целесообразности регулирования поступления в озера веществ, которые обуславливают евтрофирование. В Институте озероведения было сформулировано положение об управлении потоками биогенных веществ на водосборе в качестве главной меры борьбы с эвтрофированием озер и водохранилищ. Как отмечали О.А.Алекин, В.Г.Драбкова ,И.С.Коплан-Дикс [4], мы имеем дело не с демографической, а с технологической проблемой. Рост доли благоустроенного жилья и использование фосфорсодержащих детергентов создали значительно больше проблем, чем абсолютный прирост населения за этот же период - выпуски очистных сооружений делаются непосредственно в водные объекты, куда минерализованный и растворенный в воде фосфор поступает по трубам. Аналогичная картина и с поголовьем скота - проблемы возникли не от избыточного количества, а от концентрации его на крупных фермах и порожденных этим затруднений с утилизацией навоза.

Допустимая фосфорная нагрузка, при которой водоем сохраняется в олиготрофном состоянии, и критическая фосфорная нагрузка, превышение которой сдвигает водоем к евтрофному состоянию, рассчитанные по приведенному выше уравнению Фолленвайдера (8) для концентрации Робщ в озере в период весенней гомотермии, равной 10 и 25 мкгР/л соответственно, а также фоновая нагрузка, рассчитанная по нашим данным выноса общего фосфора с лесных водосборов, приведены в таблице 5. Сравнение фоновой и допустимой для сохранения водоема в олиготрофном состоянии величин показывает, что фоновая была всегда несколько выше допустимой, по крайней мере, с периода климатического оптимума, с которого начинается процесс отложения органических илов.

Таблица 5