7.2. Баланс биогенных и органических веществ

Баланс биогенных и органических веществ указывает на качество воды водохранилища и на их сток в ни­жнем бьефе. Для выяснения роли водохранилищ в самоочищении вод изучались внутригодовые колебания среднемноголетних величин стока биогенных и органических веществ рек в створах, замыкающих водохранилища, их годовое поступление и сброс в нижние бьефы с распределением по сезонам, а также аккумуляция в водохранилищах.

Вода исследуемых рек отличается по химическому составу, что обусловлено некоторым различием природных условий их водосборов, а также степенью антропогенного воздействия. В естественных условиях сезонную динамику биогенного стока рек определяют объем водного стока и количественное содержание биогенных элементов, которое зависит от характера водного питания, поступления со сточными водами, интенсивности би­охимических процессов. За период исследований наблю­дались большие колебания концентраций биогенных элементов по сезонам, а также годам в зависимости от метеорологических условий. Наблюдения велись на высоко эвтрофных водоемах, где годовая нагрузка азота и фосфора во много раз превышает допустимые уровни. Это объясняется небольшими объемами, значительными площадями мелководных зон, способствующими хорошей прогреваемости водной толщи в теплый период года и, как следствие, интенсивному развитию внутриводоемных процессов, особенно биологических. В содержании биогенных и органических веществ в воде высо-коэвтрофных водохранилищ происходят большие изменения. Например, в воде р. Друти, не принимающей сточных вод, содержание общего азота в среднем по сезонам не превышает 3 мг/л. Органический азот составляет 70 % общего содержания. Из минеральных форм чаще всего встречается нитратная, на долю которой приходится в среднем 50—60 % суммы всех минеральных форм. Остальная часть азота представлена в основном аммонийным, содержание нитритного ничтожно мало — не превышает тысячной доли миллиграмма, фосфора составляет не более 0,20 мг/л.

В Свислочи, принимающей сточные воды, из всех форм азота доминирует аммонийный (до 11,0 мг/л). Абсолютные величины концентрации его на порядок выше концентрации в воде незагрязненных рек и составляют 90 % суммы минерального азота. Средние значения концентраций общего фосфора за шестилетний период исследований изменяется от 0,77 до 0,64 мг/л.

Содержание растворенного железа в воде всех исследуемых рек в среднем колеблется от 0,5 до 1,5 мг/л.

Биогенный сток по сезонам распределяется в зависимости от внутригодового распределения водного стока. Высокие концентрации весной биогенных элементов, поступающих с водосборной площади, и большие объемы жидкого стока приводят к резкому увеличению биогенного стока, причем максимум приходится в основном на март—апрель. В среднем за шестилетний период на биогенный сток Оресы весной приходится 36 – 47 % годового. Сток нитратного азота, фосфора и железа составляет 36 – 38, суммарного минерального и органического азота — 43 % годового.

Сток биогенных элементов Друти весной колеблется от 45 до 60 % годового (водный — 42 %), Свислочи от 30 до 45 % (водный — 33 %).

Особенностью весеннего стока исследуемых рек является его распределение по компонентам в указанных выше пределах. Так, верхний предел характерен для нитратного азота, нижний — для железа и фосфора, причем различие их стока от годового не превышает 2 – 3 %. Такие же примерно отклонения наблюдаются и в стоке минерального и органического азота. В Свислочи, принимающей большое количество загрязнений, весенний максимум биогенного стока менее выраженный. Наиболее отчетливо он проявляется в стоке аммонийного азота. Несмотря на это, абсолютные величины стока остаются довольно высокими во все последующие сезоны с некоторым снижением в теплый период при значительном насыщении воды кислородом. Это создает благоприятные условия для процессов самоочищения.

Летом сток биогенных элементов Оресы и Друти резко уменьшается вследствие сокращения водного стока, связанного с переходом рек на грунтовое питание, и снижения их концентраций в результате потребления фитопланктоном. Наблюдается некоторое увеличение стока азота и фосфора, органических веществ. В Свислочи биогенный сток в целом сокращается незначительно.

Осенью наблюдается увеличение поступления биогенных элементов в Любанское водохранилище, связанное как с увеличением водного стока реки, так и с возрастанием концентраций биогенных элементов в результате их накопления при окислительных процессах. Под влиянием Любанского водохранилища биогенный сток Оресы резко сокращается. За год водохранилище аккумулирует 44 % минерального азота, 65 — растворенных фосфатов, 67 % железа. Сток железа и фосфора в связи с процессом седиментации уменьшается по сезонам довольно равномерно. Наибольший процент сокращения стока минерального азота, особенно нитратного, прихо­дится на теплый период года вследствие потребления фитопланктоном, что ведет к увеличению стока органических веществ в нижний бьеф.

Способность Чигиринского водохранилища аккумулировать биогенные элементы несколько ниже, чем Любанского, что, вероятно, связано с различием в их гидрологическом режиме. Однако годовая аккумуляция раство­ренных фосфатов и железа довольно высокая и составляет в первом случае 51, во втором — 45 %. Годовой сток азота как общего, так и минерального уменьшается всего на 8 %. Наибольшие изменения в обоих водохранилищах наблюдаются в стоке нитратного азота в летне-осенний период. В то же время увеличивается сброс в нижний бьеф органического азота (36 – 78 %).

В нижних бьефах Любанского и Чигиринского водохранилищ произошло некоторое перераспределение биогенного стока по сезонам. На нижнем участке Оресы наблюдается наиболее равномерное распределение стока всех компонентов по сравнению с естественными условиями реки. Весенний максимум выражен слабо. Отчетливее он проявляется в нижнем бьефе Чигиринского водохранилища.

Внутригодовое распределение биогенного стока в нижнем бьефе Осиповичского водохранилища в основном такое же, как и на верхнем участке Свислочи, но абсолютные величины значительно меньше. Осиповичское водохранилище обладает большой самоочищающей спо­собностью, особенно в безледный период. Значительное насыщение воды кислородом в летний период создает благоприятные условия для развития окислительных процессов. В это время водохранилище аккумулирует 58 % поступающего аммонийного азота, 52 — фосфора, в том числе растворенных фосфатов — 67, железа — 63 %. Наряду с уменьшением стока аммонийного азота на 30 – 40 % увеличивается сброс годового поступления в нижний бьеф нитратного и нитритного азота.