Ларсеном и Мерсье, 1975год:
[ P ] = [ P ]пр. ( 1 – Rр ), (5)
где – [ P ] – равновесная концентрация фосфора в водоеме, [ P ]пр. – средняя концентрация фосфора в притоке.
Как показал Винберг , при подстановке Rp = 1 - [ 1 /( 1 + w ) эта формула идентична формуле (3).
И.Маккентун 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 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. Характер использования площади водосборного бассейна определяет величины выноса биогенных элементов в озерные экосистемы. В 1967 году Л.Л.Россолимо в качестве одного из путей высказал предположение о целесообразности регулирования поступления в озера веществ, которые обуславливают эвтрофирование. 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, 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 эвтрофному состоянию, рассчитанные по приведенному выше уравнению Фолленвайдера (формула 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 (таблица 11). 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 [11].
Таблица 11 – Фоновая, допустимая и критическая фосфорные нагрузки на озера Валдайское и Ужин, гР/м2год [11]
|
|
Оз.Валдайское, 1 плес |
оз. Валдайское |
оз. Ужин
|
|
Фоновая нагрузка |
0.084 |
0.059 |
0.104 |
|
по Фолленвайдеру, для Квес.=10мкгР/л |
0.072 |
0.055 |
0.086 |
|
по Фолленвайдеру, для Квес.=25мкгР/л |
0.180 |
0.139 |
0.215 |
Сравнение величин критической нагрузки с представленной ниже (рисунок 2) наблюденной говорит о том, что в период 1980 – 1990 гг. фосфорная нагрузка на Валдайское озеро превышала критическую в 1.5-2.7 раза, а нагрузка на первый плес, принимающий стоки г. Валдая, была выше допустимой в 1.5-3.3 раза.
В сентябре 1982 года впервые содержание растворенного кислорода в придонном горизонте 2-го плеса Валдайского озера упало до аналитического нуля, подобная ситуация повторилась в сентябре 1983 года, апреле 1984 года, августе 1985 года. прозрачность по белому диску 10.08.1986 упала до 1.3-1.4 метра и в течение всего августа не превышала 1.9 м. Подобное снижение прозрачности до 1.2-1.4 м было отмечено и в начале июля 1991 г.
Рисунок 2 – Изменение фосфорной нагрузки на систему озер Валдайское и Ужин в период 1977-1995 гг., гР/м2год.
В 90-е годы, в связи с резким ухудшением экономической ситуации, происходит устойчивое снижение биогенной нагрузки со стороны г. Валдая, объектов сельского хозяйства и рекреационного комплекса. По сути дела, возникла экспериментальная ситуация, когда осуществилась значительная часть водоохранных предложений, выдвинутых ВФ ГГИ после выполнения в 1987-1990 г.г. комплексной темы по изучению уровней загрязнения Валдайского озера. Реакция экосистемы озер на снижение нагрузки выразилась в улучшении кислородного режима придонных горизонтов (рисунок 3), росте прозрачности, снижении концентрации хлорофилла “а”[14].
Рисунок 3 – Сравнительный график изменений средних за сезон концентраций хлорофилла “а”по рейдовым вертикалям озер Валдайское и Ужин за период 1987 – 2006 годы, мкг/л.
Содержание растворенного кислорода в водоеме является интегральной характеристикой, являющейся, с одной стороны, следствием протекающих в водоеме процессов создания органического вещества и его деструкции, а с другой стороны – фактором, определяющим условия жизнедеятельности ихтиофауны. Согласно справочника [4] минимальная концентрация, необходимая для нормального развития рыб, составляет 5мгО2/л, понижение её до 2 мгО2/л вызывает их массовую гибель. Неблагоприятно и пересыщение воды кислородом.
Работа выполнена на материалах по системе озер Валдайское и Ужин:
по хлорофиллу «а» за 1987 – 2011 гг.;
по растворенному кислороду, скляночный метод, за 1987 – 2012гг.
по растворенному кислороду, оксиметр, за 2005 – 2012гг.
Различия в морфометрических особенности отдельных плесов системы озер Валдайское и Ужин позволяют рассматривать их как отдельные озера, обмен между которыми затруднен и происходит через узкие проливы. Ранее была показана взаимосвязь открытости плесов для ветрового воздействия с максимальными теплозапасами, распределением температуры по вертикали, с долями хлорофилла «а», прошедшими через термоклин в гиполимнион, со скоростями оседания органического вещества [19]. На (рисунок 4) показан пример температурной стратификации трех плесов с различной открытостью для ветрового воздействия в конце периода летней стагнации 2012 года [20].
Рисунок 4 – Вертикальное распределение температуры на рейдовых вертикалях озер Валдайское и Ужин за период летней стагнации 2012 года.
Основной вклад в продукцию органического вещества рассматриваемых озер вносит фитопланктон. На (рисунке 5) приведен ход средних за сезон открытой воды концентраций хлорофилла «а» в период 1987 – 2011 гг. Ежегодно определялось среднее из 18 интегральная проба из слоя, равного величине 3-х прозрачностей по белому диску; определения выполнялись по общепринятой методике. В последние годы концентрации хлорофилла «а» на рейдовых вертикалях держатся на уровне, близком к мезотрофному – 3 – 3,5 мкг/л. Ухудшение экологического состояния происходит в литоральной зоне – на аккумулятивных участках прибрежной полосы увеличиваются заиление и зарастание водно-воздушной растительностью. В карманах береговой линии формируются очаги перегнивания органического вещества, в которых чередуются периоды пересыщения до 160% с периодами падения насыщения до 40% и менее. Сравнительный ход насыщения в поверхностном горизонте на рейдовой вертикали 1 плеса , в заливе у КНС совхоза-техникума – т.Кнс0, в приустьевой зоне руч. Архиерейского – т.Арх0 за сезон 2009 года приведен (рисунок 6)
Рисунок 5 – График изменений средних за летний сезон концентраций хлорофилла “а” на рейдовых вертикалях озер Валдайское и Ужин за период 1987 –2011 гг, мкг/л.
Уже первые подробные измерения содержания растворенного кислорода в 1991году показали неравномерность распределения, как в верхнем перемешанном слое, так и в слое температурного скачка. Стало очевидно, что традиционный отбор проб на стандартных горизонтах не описывает процесс изменения концентраций.
Совместный анализ вертикального распределения кислорода и температуры озер Валдайское и Ужин показал, что в условиях термической стратификации в деятельном слое формируются экстремумы содержания растворенного кислорода – подповерхностные максимумы при мелком, 2-3 метра, залегании термоклина; и металимниальные минимумы – по мере погружения термоклина на большую глубину.
Наличие металимниального минимума в большей степени определяется термической стратификацией и мощностью деятельного слоя, чем трофическим статусом водоема. Для Валдайских озер металимниальный минимум кислорода хорошо выражен во второй половине вегетационного периода при концентрациях хлорофилла 1-3 мкг/л.
Рисунок 6 – Ход насыщения кислородом в точках P1,Арх0,Кнс0 в период 03.04 – 20.10.09г., горизонт 0,1м.
В (таблице 12) представлены минимальные содержания за отдельные периоды наблюдения по горизонтам, которые позволяют определить тенденции кислородного режима для открытых частей озера. И хотя случаи аноксии в последние годы не наблюдаются, ситуация продолжает оставаться напряженной, а ухудшения экологического состояния происходит на аккумуляционных участках береговой линии, которые выводятся из рекреационного использования в результате заиления и активного зарастания погруженной и водно-воздушной растительностью [14].
Таблица 12 – Минимальные содержания растворенного кислорода, отмеченные в периодс 1964 по 2012 год на горизонтах рейдовых вертикалей озера Валдайское, мг/л [10]
|
Валдайское озеро, рейдовая вертикаль Городского плеса, Р1 | |||||||
|
Глубина |
1964-1974 |
1982-1986 |
1987-1990 |
1991-1995 |
1996-2000 |
2001-2005 |
2006- 2012 |
|
0 |
8,3 |
6,53 |
8,82 |
10,7 |
9,21 |
9,48 |
9,02 |
|
-5 |
8,3 |
6,45 |
8,35 |
9,68 |
9,17 |
9,67 |
9,06 |
|
-10 |
5,3 |
2,7 |
3,46 |
8,86 |
8,36 |
5,62 |
5,15 |
|
-20 |
6,2 |
3,17 |
3,31 |
4,54 |
5,5 |
4,6 |
5,46 |
|
-38 |
4,6 |
2,5 |
0,86 |
0,93 |
3,07 |
4,86 |
0,83 |
|
-40 |
3,6 |
0 |
0,31 |
0,55 |
0,46 |
1,69 |
0,59 |
|
Валдайское озеро, рейдовая вертикаль Долгобородского плеса, Р2 | |||||||
|
Глубина |
1964-1974 |
1982-1986 |
1987-1990 |
1991-1995 |
1996-2000 |
2001-2005 |
2006- 2012 |
|
0 |
8,8 |
6,52 |
8,6 |
8,24 |
8,36 |
8,76 |
8,61 |
|
-5 |
8,7 |
6,45 |
8,64 |
7,48 |
8,00 |
8,70 |
8,92 |
|
-10 |
5,5 |
2,06 |
2,92 |
3,69 |
7,70 |
6,33 |
4,17 |
|
-20 |
5,35 |
1,16 |
0,24 |
0,88 |
1,60 |
1,28 |
2,6 |
|
-33 |
1 |
0,08 |
0,2 |
0,32 |
0,53 |
0,42 |
1,08 |
|
-35 |
0,8 |
0 |
0 |
0,25 |
0,3 |
0,45 |
0,72 |