img-090539

ритории стран СНГ. В составе катионов вод сульфатного класса, так же как и в водах гидрокарбонатного класса, преобладает кальций. Однако ряд рек сульфатного класса относится к группе натрия. Минерализация вод этих рек чаще всего повышенная. В отдельных случаях содержание суммы ионов достигает 4 г/л и даже превыша­ ет 5 г/л (р. Кума).

Реки, воды которых относятся к хлоридному классу, встреча­ ются почти так же редко, как и реки, в водах которых преобладают сульфаты. Территория, занимаемая бассейнами этих рек, составля­ ет около 7 % площади всех бассейнов; она расположена от нижнего течения р. Волги к востоку до верховьев р. Оби — это главным об­ разом степные районы и полупустыни. Преобладающими катиона­ ми в водах хлоридного класса являются, как правило, ионы на­ трия. Воды хлоридного класса отличаются высокой минерализаци­ ей — свыше 1000 мг/л, реже от 500 до 1000 мг/л.

Г. С. Коновалов и В. И. Коренева в процессе исследования (ме­ тодом пламенной спектрофотометрии) раздельного содержания на­ трия и калия в воде более 50 крупных и малых рек установили, что концентрация натрия очень сильно колеблется во времени и зави­ сит от физико-географических условий бассейна. Концентрация калия в большинстве случаев значительно ниже концентрации на­ трия и характеризуется меньшим диапазоном колебаний. Отноше­ ние эквивалентов натрия и калия в различные гидрологические фа­ зы в реках на территории стран СНГ изменяется в пределах 0,75— 58. В частности, для рек северо-востока России (Индигирка, Колы­ ма, Анадырь) наблюдаются невысокие значения отношения натрия к калию: 0,75—8,0. Реки зоны таежных лесов (Печора, Северная Двина и большая часть бассейна Оби) характеризуются значениями 13—25 (межень) и 1,5—6,8 (паводок). Отношение натрия к калию для больших равнинных рек, пересекающих несколько климатиче­ ских зон (Днепр, Дон, Волга), сильно колеблется в течение года — от 4,5 до 50. Для Енисея отношение варьирует в пределах 1,5—9,5 (в устье 12—26). Горные реки Кавказа отличаются также значи­ тельными колебаниями отношения натрия к калию — от 1,2 до 33.

Из микрокомпонентов в речных водах обнаружены Вг, I, Си, РЬ, Со, Ag, Mn, Ni, Mo, W, Zn и другие в количествах, не превышаю­ щих 10—30 мкг/л. Реки переносят микроэлементы главным обра­ зом в растворенном, коллоидном виде и во взвешенном состоянии. А. Грут и А. Аллерзма в процессе изучения растворенных и взве­ шенных форм микроэлементов в природных водах нашли, что соот­ ношение между этими формами в среднем составляет 1 : 1,8. По данным Г. Д. Супаташвили, для речных вод Грузии основной фор­ мой миграции меди является взвешенная при среднем соотношении CupacTB: Сивзв= 2 : 5. Исследования А. П. Гаранжи, Г. С. Коновалова

210 Раздел 2. Общая и региональная гидрохимия

Таблица 7.7

К онцентрации главны х ионов в водах некоторых крупных рек м ира,

м г/дм 3 (по М. Мейбеку)

и К. Бриланда показали, что в речных водах с низким значением pH, содержащих малорастворимые органические вещества, до 50 % меди представлено в виде ассоциатов с коллоидными органически­ ми материалами. Данные Т. Флоренца свидетельствуют, что для минеральных форм меди преобладающими в пресных водах явля­ ются Си(ОН)2(до 40 %) и СиС03(до 95 %).

Исследования Е. И. Зубковой показали, что в р. Днестр среднее суммарное содержание во взвеси подвижных форм цинка, меди, марганца, никеля, свинца, ванадия составляет более 70 %, молиб­ дена — 65 % общего количества. На долю поверхностносорбированного комплекса приходится более 60 % марганца, 40 % меди, цинка, свинца, ванадия, около 30 % никеля. На ассоциации с атмосферными гидроксидами железа и марганца приходится 65 % молибдена, более 20 % ванадия, никеля, свинца, цинка, 18 % меди и 7 % марганца.

Для вод большинства рек территории СНГ характерны следую­ щие ряды по убыванию содержания микроэлементов: европейская часть — Pb < Со < Sn < Ag < Mn < V < Zn < Ni < Cu < Mo, азиатская часть — Pb < Ag < Co < Mn < V < Zn < Ni < Cu. Подробнее о форми­ ровании микроэлементного состава природных вод, в том числе речных, сказано в главе 3. Химический состав воды рек в отдель­ ных случаях претерпевает значительные изменения в результате хозяйственной деятельности. О некоторых изменениях в составе главных ионов речных вод можно судить по табл. 7.7 и 7.8.

7.3. Гидрохимический режим главных ионов

Реки имеют три основных источника, или типа, питания: по­ верхностные воды (включая воды почвенно-поверхностного стока), подземные воды и атмосферные осадки. В течение года удельное

212Раздел 2. Общая и региональная гидрохимия

Характеристика многолетних изменений (% ) концентраций главных

*Р < 10 — нет оснований говорить об антропогенном воздействии (АВ);

**10 < Р < 35 — незначительное АВ; 35<Р < 60 — АВ средней степени; 60 < Р <

ют гидрокарбонатный кальциевый состав и характеризуются уме­ ренной минерализацией.

Снеговое питание создает малую минерализацию воды с преоб­ ладанием в ее составе ионов НСОз и Са2+, что в значительной мере определяется составом атмосферных осадков. Залегающие под снежным покровом промерзшие почвы являются своеобразным водоупором, и талые воды способны растворять только те соли, кото­ рые заключены в самом верхнем слое почвы. Поэтому минерализа­ ция во время половодья зависит от того, насколько быстро будет стаивать снежный покров, от его мощности и характера погоды пе­ ред выпадением снега. Последнее обстоятельство обусловливает степень промытости почвы и грунтов. Если осень была сухой, то в результате испарения и выветривания у поверхности могут накап-

90 — сильное АВ; Р > 90— очень сильное АВ. Период наблюдений до 1984 г.

л:таться соли, но при дождливой осени, наоборот, почвы будут бедны солями.

Дождевое питание, если оно достаточно интенсивно для того, чтобы создать поверхностный сток, обусловливает малую минера­ лизацию воды, но обычно более высокую, чем при снеговом пи­ тании. При этом виде поверхностного питания, так же как и при снеговом, большое значение имеет характер погоды в период, предшествующий выпадению дождя, то есть была ли погода доста­ точно сухой в течение продолжительного времени и соли накопи­ лись на поверхности почвы вследствие испарения или, наоборот, проходившие дожди хорошо промыли поверхность почв и грунтов.

Горно-снеговое и ледниковое питание также определяет малую минерализацию. Этот тип питания присущ высокогорным облас­ тям, которые отличаются сильным увлажнением, поэтому грунты и

214 Раздел 2. Общая и региональная гидрохим ия

почвы здесь хорошо промыты и, следовательно, бедны легкораство­

римыми солями.

Подземные воды обычно являются основным источником пита­ ния рек в меженные периоды, когда создаются наиболее благопри­ ятные условия для разгрузки водоносных горизонтов в русла рек.

Рис. 7.6. Взаимосвязь между макси­ мальной минерализацией воды и средне­ годовым стоком для реперных водосбо­ ров США (по Д. Бесекеру и Д. Лейфесту)

Своеобразные условия для поверхностного стока создаются на заболоченных пространствах. Воды, вытекающие из болот, маломинерализованы и содержат много органических веществ гумусо­ вого происхождения, вследствие чего вода окрашена в желтый, а иногда даже в коричневый цвет.

Степень минерализации и состав речных вод меняются в зави­ симости от сезона, что обусловлено преобладанием в течение года роли различных видов питания реки (рис. 7.7). При увеличении поверхностного стока минерализация речной воды падает, а при его уменьшении и увели­ чении грунтового пи­ тания она возрастает.

Поэтому во время половодья и паводков минерализация оказывает­ ся минимальной, а в межпаводковые периоды (зимняя или летняя межень) достигает наибольших значений. Самое сильное падение минерализации воды рек равнинной части России обычно бывает весной, в период половодья.

Интересно отметить, что в зоне сухих степей и пустынь минера­ лизация паводковых вод в начальный период паводков может быть более высокой, чем в конечной их стадии. Например, 11 апреля 1950 г. паводковые воды р. Сарысу имели минерализацию 3,03 г/л, а 21 апреля — 1,97 г/л. Аналогичное явление констатировал К. Г. Лазарев на Амударье. Его можно объяснить смыванием и рас­ творением накопившихся за год солей на площади бассейна первы­ ми же массами весенних вод. Это объяснение подтверждается хи­ мическим составом вод: в конце паводков содержание ионов хлора и натрия резко снижается. В дальнейшем минерализация падает, так как воды текут уже по промытым путям.

Гидрохимический режим реки определяется совокупностью фи­ зико-географических факторов. Поэтому режим рек, находящихся в разных физико-географических условиях, неодинаков. Преобла­ дание снегового питания вызывает резкое понижение минерализа­ ции воды реки весной или в первую половину года (рис. 7.8 а), при­ чем понижение может быть весьма различным. Максимальное по­ вышение минерализации наблюдается зимой, а в южных районах оно возможно и летом. Преобладание дождевого питания в течение теплого времени года создает частые понижения минерализации с максимумами в промежутках между подъемами воды. Для воды рек высокогорного снегового и ледникового питания характерна минимальная минерализация во время наибольшего таяния снегов на верхних ярусах гор и ледниках (рис. 7.8 б).

Определить вид питания помогает и изотопный состав вод. На­ пример, реки аридной зоны, питающиеся за счет таяния высоко­ горных ледников и снега, имеют пониженнные значения 5D и 5180. Пересыхающие реки аридной зоны, наоборот, отличаются повы­ шенными концентрациями дейтерия и кислорода-18. Как показано А. М. Никаноровым, М. Г. Тарасовым и Ю. А. Федоровым, изотоп­ ный состав вод рек Северного Кавказа, питающихся за счет ледни­ ков, имеет гораздо более низкие значения 8D и 6180, чем изотопный состав дождевих вод этого же района.

Существенные изменения изотопного состава речных вод за счет испарения можно наблюдать на примере крупных рек, пересекаю­ щих различные климатические зоны. Так, содержание дейтерия в воде р. Нил в период паводка у Хартума 23%о, у Каира — 21%о.

1,6 %о. По расчетам, на отрезке между Хартумом и Каиром (при­ близительно 3 тыс. км) Нил теряет около 3 % своей воды на испа­ рение.

Рис. 7.8. Изменение минерализации Ей (/) и расхода воды Q (2) в течение года

о — р. Белая (г. Стерлитамак, 1953 г.), б — р. Терек (г. Орджоникидзе, 1942 г.) (по О. А. Алекину)

Многие исследователи изучали связь между расходом воды в реках и содержанием в воде растворенных и взвешенных веществ. Для взвешенных веществ эта связь прямая, а для растворенных — обратная. Примеры приведены на рис. 7.9.

В упрощенном виде связь между концентрацией взвешенных веществ (С) и расходом (Q) выражается следующим уравнением:

Однако это уравнение часто усложняется в связи с влиянием се­ зонных и гистерезисных явлений.

Уравнение связи концентрации растворенных веществ (Ей) и расхода воды в реке (Q) в упрощенном виде может быть представле­ но как

Во многих работах сделаны попытки усложнить эту простую модель и включить более сложные функции связей концентраций с расходами (Ф. Холл, В. В. Фадеев, М. Н. Тарасов, В. JI. Павелко и др.), со значениями отдельных компонентов стока, полученных с учетом баланса масс (К. Грегори, Д. Уоллинг), а также использо­ вать смешанные модели (Н. Джонсон и др.).

а)

ме/л

■о

е 2000

ЮОО

ai

v> 500

$

!5 10 50 100

&мг/л

%аоо

| 200 § ’00

% 50

? 30

0,5 1 5 10 50 ЮО к 5/с

Расход

Рис. 7.9. Взаимосвязь между концентрациями взвешенных и рас­ творенных веществ и расходом воды (по Д. Уоллингу)

а — р. Экс, Торвертон, Англия; б — р. Бек Брук, Восточный Де­

вон, Англия

Зависимость концентраций различных компонентов химиче­ ского состава воды от расхода неоднозначна. Часто содержание Са2+

и Mg2+, а также СГ и SO2* изменяется аналогично изменениям ми­

нерализации (рис. 7.9), но могут отмечаться и другие закономерно­ сти (рис. 7.10).

О. А. Алекин предложил систематизацию типов гидрохимиче­ ского режима рек в соответствии с особенностями их водного ре­ жима. Выделение типов гидрохимического режима рек основано на