Водохранилища Свердловской области
ГИДРОТЕХНИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ
Лекция № 4
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.
Рефтинское водохранилище. Влияние Рефтинской ГРЭС на температурный режим водохранилища в зимний период значительно: почти 40 % акватории водоема не замерзает (активная зона), а его верховья и малопроточные зоны возле берегов покрываются льдом.
Анализ имеющихся данных и собственные наблюдения показывают, что цветность воды Рефтинского водохранилища в течение года постоянно меняется. Ее крайние значения по платиново-кобальтовой шкале составляют 17 – 140°, но чаще близки к 80°.
Активная реакция воды за период наблюдений колебалась в пределах 6,9 – 8,9. Крайние ее значения носили кратковременный характер и фиксировались не во всех точках отбора проб. Однако, поданным химслужбы ГРЭС, рН воды в определенные периоды смещалась в щелочную сторону.
Кислородный режим Рефтинского водохранилища во все сезоны года удовлетворителен. Содержание растворенного в воде кислорода колеблется в пределах 4,1 – 12,5 мг О2/л. Причем малые концентрации (4 – 5 мг О2/л) обнаруживаются в основном в зоне садкового рыбного хозяйства в летний период. Зимой содержание кислорода приближается к 10 мг О2/л почти во всем водоеме, чему способствует интенсивное течение воды и поглощение ее поверхностными слоями газа в открытых ото льда зонах.
Косвенные показатели органического загрязнения водоема довольно высоки: БПК5 колеблется в пределах 1,1 – 4,6 мг О2/л, окисляемость перманганатная – 12 – 39 мг О2/л, окисляемость бихроматная – 26 – 52 мг О2/л. Хотя крайние значения этих показателей довольно редки, в целом они указывают на постоянное загрязнение водоема и стойкими, и нестойкими органическими веществами.
Минерализация воды невысока, в зимний период она несколько повышается, что объясняется увеличением доли поступления более минерализованных грунтовых вод.
В воде водохранилища значительно содержание биогенных элементов в различных формах. Уровень общего азота достигает 5 – 6 мг/л, а случаи его низких концентраций (0,2 – 0,3 мг/л) редки.
Концентрация аммонийного азота колеблется от 0,14 до 1,23 мг/л. Самые высокие ее значения отмечаются вблизи садкового рыбного хозяйства, что связано с разложением неутилизированных кормов и других отходов; содержащих белковые компоненты.
Содержание нитритов в воде меняется в зависимости от времени года: зимой не превышает 0,01 мг/л, летом достигает 0,132 мг/л. Конечные продукты процессов нитрификации – нитраты – обнаруживаются по всему водоему в концентрациях от 0,073 до 1,02 мг/л.
Содержание общего фосфора колеблется в пределах 0,006 – 0,344 мг/л, сульфатиона – от 0,006 до 0,3 мг/л.
В целом указанные концентрации биогенных элементов создают благоприятные условия для развития и стимуляции роста в Рефтинском водохранилище всевозможных гидробионтов.
По данным гидрохимических анализов, качество воды водохранилища соответствует нормативному, необходимому для рыборазведения.
За период исследований в Рефтинском водохранилище обнаружено 96 таксонов водорослей следующих систематических групп: сине-зеленых – 7, эвгленовых – 4, диатомовых – 27, протококковых – 51, пирофитовых – 1, десмидиевых – 6. На первом месте по разнообразию находятся протококковые (53 % от всего состава), на втором – диатомовые (28 %), затем идут сине-зеленые (7,3 %) и др.
Из 96 таксонов водорослей 39,6 % составляют виды – индикаторы органического загрязнения. Большая часть из них относится к (β-мезосапробам.
На участках, где вода прогревается позже, «цветение» вызвано диатомовой водорослью Cyclotella Meneglumana, которая является α-β-мезосапробом, что указывает на большую степень загрязненности данного участка водоема. В то же время Cyclotella Meneglumana служит показателем присутствия сероводорода.
Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что в Рефтинском водохранилище развиваются в основном протококковые и диатомовые водоросли. Наблюдается 2 – 3 пика в их развитии. Средняя численность водорослей за сезон по всему водоему составляет 4,1 млн кл./л, а биомасса – 2,7 мг/л.
В целом Рефтинское водохранилище по видовому составу и численным величинам относится к водоему средней загрязненности – β-мезосапробному типу, но на отдельных участках (например, дом отдыха «Чайка») наблюдается более высокая степень загрязненности, которая фиксируется видовым и численным составом водорослей.
В среднем за сезон деструкция в обогреваемой зоне в 1,35 раза превышала деструкцию в необогреваемой зоне. Деструкция в среднем по всему водоему составляла 5,3 г О2/м2, т. е. процессы минерализации в 1,5 раза превосходят процессы образования органического вещества, что говорит об органическом загрязнении водохранилища.
В Рефтинском водохранилище обнаружено 20 видов высших водных растений. Площадь их зарастания составляет 65 га (650000 м2), или немногим более 2,5 % от акватории водоема (25,3 км2). 40 га площади зарастания расположено в верхней, мелководной, части водохранилища и 25 га – в центральной, между островами, вблизи садкового рыбного хозяйства.
Вес всей биомассы макрофитов в сыром виде составляет 1865500 кг (325000 кг гелофиты + 598000 кг гидатофиты + 942500 кг гидрофиты). На 1 м2 площади зеркала водохранилища (25,3 км2) приходится 73 г, на 1 м3 объема воды (142 млн м3) – 13 г биомассы.
Верхнемакаровское водохранилище. Верхнемакаровский гидроузел находится на р. Чусовой в 2 км выше устья р. Кунгурки. Подпор водохранилища распространяется несколько выше д. Раскуихи. Водохранилище осуществляет многолетнее с двухлетним периодом сработки регулирование стока для получения постоянной гарантированной водоотдачи 2,4 м3/с. Основные параметры водохранилища: объем при НПУ – 72 млн м3, площадь зеркала при НПУ – 17,6 км2, средняя глубина – 4,1 м.
Согласно градиентной классификации, качество воды Верхнемакаровского водохранилища (среднегодовые данные) следующее: по содержанию азота аммонийного и нитратного (0,36 – 0,42 мг/дм3) вода удовлетворительной чистоты – загрязненная (III – IV классы), по фосфору минеральному (0,021 – 0,064 мг/дм3) – удовлетворительной чистоты (III класс), по БПК5 (3,28 – 3,54 мг 02/дм3) и ХПК (27,8 – 34,3 мг О2/дм3) – загрязненная (IV класс), по перманганатной окисляемости (10 – 17,9 мг/дм3) – загрязненная (IV класс), по цветности (82 – 94°) – грязная (V класс).
По критериям качества воды для рыбохозяйственных целей концентрации железа (в ПДК) составляют 5,5, нефтепродуктов – 2,4, меди – до 31, цинка – до 16, марганца – до 55, БПК5 – 1,5.
Из полученной гидрохимической информации следует, что по сравнению с нормируемыми показателями для поверхностных источников водоснабжения I класса воду Верхнемакаровского водохранилища, согласно усредненным данным, можно считать загрязненной для питьевого водоснабжения по цветности (82,9 – 94,8° вместо положенных по ГОСТу 35°), а летом – по запаху. Если в холодный период года заметного запаха на водохранилище не наблюдается, то в июле – сентябре вода имеет неопределенный запах в три балла на всем водохранилище, а в июле – августе – 4 баллам.
Очень высокий показатель перманганатной окисляемости (10,0 – 17,9 мг О2/дм3 при требованиях ГОСТа 7 мг О2/дм3) свидетельствует о сильной степени загрязненности легкоокисляемыми органическими веществами. Также не удовлетворяют требованиям ГОСТа величина БПК (среднее значение БПК5 составляет 3,28 – 3,65 мг О2/дм3, БПК – 4,1 – 4,5 мг О2/дм\ что в 1,4 – 1,5 раза выше ПДК) и содержание нефтепродуктов (1,03 мг/дм3), которое превышает ПДК в 10,3 раза.
Поскольку по цветности, запаху, показателям БПК и перманганатной окисляемости вода водохранилища, согласно среднегодовым данным, относится к III – IV классам источников водоснабжения, то для достижения качества, соответствующего ГОСТу «Вода питьевая», на станции водоочистки необходимо применять дополнительные меры, которые требуют определенных затрат и в настоящее время не выполняются.
Верхнемакаровское водохранилище подвержено сильному «цветению», особенно в летний период, когда в нем по сравнению с Волчихинским водохранилищем наблюдается превышение биомассы фитопланктона в 2,6 раза и более.
Можно предположить, что чрезмерное развитие водорослей происходит из-за практически полного отсутствия в Верхнемакаровском водохранилище высших водных растений, которые, как известно, являются конкурентами фитопланктону в питании биогенными веществами.
Фитопланктон водохранилища в основном представлен β-мезосапробами, на которые приходится 80 % от выявленных водорослей-сапробионтов. Всего же в Верхнемакаровском водохранилище обнаружено 100 видов и разновидностей водорослей, из них 46 – 47 % составляют протококковые водоросли и 11 – 13 % – сине-зеленые, служащие показателем загрязнения воды.
В соответствии с составом индикаторных видов водорослей-сапробионтов и их среднегодовой биомассой 4,23 мг/дм3 Верхнемакаровское водохранилище можно отнести к водоемам евтрофного типа (III класс) мезосапробной зоны со слабозагрязненной водой, с переходом в период «цветения» воды летом в политрофный и гипертрофный тип (IV – V классы качества воды, т. е. вода загрязненная и грязная).
Волчихинское водохранилище создано на р. Чусовой в 1944 г. для водоснабжения Свердловского промрайона. В настоящее время оно является основным источником питьевого водоснабжения Екатеринбурга, а также используется для рекреационных целей и в интересах рыбного хозяйства.
Площадь зеркала – 32,8 км2, длина – 16 км, ширина максимальная – 5 км, минимальная – 2 км, средняя глубина – 2,5 м, максимальная – 12,5 м, объем – 92,5 млн м3.
Качество воды Волчихинского водохранилища, согласно среднегодовым данным, следующее: по содержанию азота аммонийного, нитратного и нитритного (0,33 – 0,36 мг/дм3) вода удовлетворительной чистоты (III класс), по фосфору минеральному (0,01 – 0,031 мг/дм3) – чистая (II класс), по БПК5 (2,7 – 3,2 мг 02/дм3) – загрязненная (IV класс), по БПК (23,6 – 31,6 мг О2/дм3) – удовлетворительной чистоты – загрязненная (III – IV классы) по цветности (51,5 – 99,9) – загрязненная – грязная (IV – V классы). В воде содержится (в ПДКрх) железа – до 6,6, нефтепродуктов – до 2,4, меди – до 18, цинка – до 6, марганца – до 23.
Фитопланктон в основном представлен β-мезосапробами, на которые приходится 80 % от выявленных водорослей-сапробионтов. Всего же в Волчихинском водохранилище обнаружено 125 видов и разновидностей водорослей, из них 46 – 47 % составляют протококковые и 11 – 13 % – сине-зеленые.
Вода Волчихинского водохранилища со среднегодовой биомассой водорослей 1,9 мг/дм3 соответствует III классу качества воды (удовлетворительной чистоты), разрядам от слабо- до умеренно загрязненной.
За последнее десятилетие увеличилось рекреационное использование как р. Чусовой, так и Верхнемакаровского и Волчихинского водохранилищ. Основной вид водных рекреаций – любительское рыболовство, купание, водный туризм и спорт. По берегам водохранилищ и р. Чусовой широко развито коллективное садоводство, во многих районах частный сектор располагается во второй зоне санитарной охраны водохранилищ. Учет рекреационного использования обоих водоемов не ведется.
Отмечается рост содержания марганца и в воде в Волчихинском водохранилище, и в подготовленной из нее питьевой воде в разводящей сети. В водохранилище в 1997 г. среднее содержание марганца составило 0,058 мг/дм3, на подаче в разводящую сеть – 0,039 мг/дм3, а в 2001 г. – соответственно 0,25 и 0,19 мг/дм3. Последние значения в 4,3 и 4,9 раза превышают таковые для 1997 г., исходя из чего можно утверждать, что количество этого элемента в воде Волчихинского водохранилища за последние десять лет не просто увеличилось, но и возросло в 10 – 20 раз.
Анализ данных многолетнего мониторинга показывает, что среднегодовое содержание марганца в р. Чусовой (створ – с. Косой Брод) по сравнению с 1980 г. выросло почти в 20 раз, в Волчихинском водохранилище (створ – канал) – в 6 раз. Максимальные концентрации марганца наблюдались весной (март, апрель). Вероятнее всего, увеличение содержания этого элемента в р. Чусовой не связано с естественными природными процессами, а является результатом антропогенной деятельности на водосборе.
Источники поступления марганца в Волчихинское водохранилище, гидрохимические механизмы поведения его соединений, роль донных отложений и гидробионтов как источников вторичного загрязнения, обусловливающих переход марганца в растворимые и нерастворимые соединения, причины повышения концентраций марганца в разводящей сети и непосредственно в кранах у потребителей в настоящее время практически не изучены.
Верх-Исетское водохранилище (пруд) принадлежит к старейшим на Урале, относится к водоемам рыбохозяйственного значения II категории. Сегодня оно служит для промышленного водоснабжения ряда промпредприятий, хозяйственно-питьевого водоснабжения северной части г. Екатеринбурга, а также для рекреационных целей. В то же время этот водоем, находящийся в черте города и эксплуатируемый как питьевой водный объект, не имеет водоохранных зон и зон санитарной охраны, «оброс» по периферии коллективными садами и подвергается другим видам антропогенного воздействия.
Питание пруда осуществляется за счет сбросов воды из Исетского водохранилища, в межень – в основном из Волчихинского через самотечный канал и р. Решетку. Длина пруда 9,2 км, ширина колеблется от 1 до 2,5 км. Площадь водного зеркала 14,6 км2. Нормальный подпорный уровень составляет 250,53 м, форсировка уровня верхнего бьефа не допускается. По данным РосНИИВХ, величина заиления пруда составляет 10 млн м3. Общая площадь, занимаемая сплавинами и участками зарастания, приравненных к ним, – 5,6 км2. Объем водохранилища при НПУ – 44,6 млн м3, полезный объем – 16,7 млн м3. До створа Верх-Исетской плотины, расположенной в черте г. Екатеринбурга, длина р. Исети составляет 24 км, площадь водосбора – 979 км2, средняя высота – 298 м, залесенность – 50 %, заболоченность – 39 %, озерность – 5 %. Частная водосборная площадь равна 440 км2.
Прибрежная полоса водохранилища в районе плотины застроена жилыми и производственными строениями, захламлена. Большая часть берегов от застройки свободна, заболочена или покрыта лесом и входит в лесопарковую зону города. На водохранилище расположено 6 водозаборов различной производительности: от 0,025 до 4,63 м3/с. Ниже представлены результаты гидрохимического обследования водохранилища, проведенные в 2001 – 2002 гг.
По величине цветности и перманганатной окисляемости (ПО) вода водохранилища относится в основном ко II классу поверхностных источников хозяйственно-питьевого водоснабжения. В отдельные периоды по величине ПО класс качества воды понижается до третьего. Средние значения цветности по створам наблюдений – 69,8 – 92,6°, максимальные – 82,2 – 124°. Величина ПО в среднем составляет 12,37 – 14,3 мг О2/л, максимальные значения – 14,38 – 16,91 мг О2/л.
Средние показатели ХПК составляют 1,2 ПДК, максимальные для водоемов рекреационного назначения – 1,9 ПДК.
По величине БПК5 вода относится в основном ко II, иногда к III классу качества для источников хозяйственно-питьевого водоснабжения. Средние значения по точкам наблюдений составили 2,04 – 2,93 мг О2/л, максимальные – 2,85 – 4,9 мг О2/л.
Концентрации всех форм азота в основном не превышают установленные нормативы для водоемов хозяйственно-питьевого назначения, исключение составляет повышенное содержание иона аммония в мае (3,233 мг/дм3, или в пересчете на азот – 2,51 мг/дм', т. е. 1,67 ПДК).
По содержанию железа и марганца вода пруда относится ко II классу качества. Так, концентрация железа составляет в среднем по створам наблюдений 0,27 – 0,407 мг/дм3, наибольшее среднее значение соответствует верховьям. Максимальные наблюдаемые величины равны 0,372 – 0,61 мг/дм3.
Концентрация марганца составляет в среднем по створам наблюдений 0,1 – 0,287 мг/дм3, максимальные значения – 0,17 – 0,99 мг/дм3.
По содержанию меди, кадмия, свинца и цинка вода во всей акватории водохранилища соответствовала нормативам, предъявляемым к поверхностным источникам хозяйственно-питьевого водоснабжения. По свинцу наблюдались некоторые флуктуации – единичные значения концентраций, равные 1,1 – 1,4 ПДК.
Концентрация алюминия в воде в среднем по точкам наблюдений равна 0,091 – 0,381 мг/дм3, что составляет в соответствии с нормативами хозяйственно-питьевого водоснабжения 0,45 – 1,9 ПДК, наибольшие наблюдаемые значения равны 0,151 – 1,1 мг/дм3, или 0,755 – 5,5 ПДК.
По содержанию нефтепродуктов и хлорорганических веществ вода пруда в целом соответствовала нормативам на источники хозяйственно-питьевого водоснабжения. Некоторые флуктуации концентрации нефтепродуктов у левого берега – это результат поступления загрязнений с территории станции Свердловск-Сортировочный.
Поскольку Верх-Исетское водохранилище является также водоемом рыбохозяйственного значения, рассмотрим соответствие качества его воды рыбохозяйственным нормативам.
Среднее по точкам наблюдений значение ХПК – 2,13 – 2,44 ПДК, максимальное – 2,66 – 3,8 ПДК; БПК5 – соответственно 1,02 – 1,46 ПДК и 1,42 – 2,45 ПДК.
Концентрации нитритов и нитратов не превышают нормативов. В то же время во всех точках отбора зафиксировано повышенное содержание иона аммония: средние значения – 0,72 – 1,62 ПДК, максимальные – 1,2 – 6,27 ПДК.
Средние величины содержания железа составляют 2,7 – 4,07 ПДК, максимальные – 3,7-6,1 ПДК, марганца (2+) – соответственно 10 – 28,7 и 17 – 99 ПДК, меди (2+) – 5 – 6 и 9 – 14 ПДК, цинка (2+) – 1,1 – 3,1 и 1,9 – 11,1 ПДК (наибольшее загрязнение соответствует району плотины), алюминия (3+) – 2,27 – 9,5 и 3,77 – 27,5 ПДК, нефтепродуктов – 0,34 – 1,3 и 0,7 – 4,6 ПДК.
Соответствие рыбохозяйственным нормативам наблюдается по свинцу (2+), кадмию (2+) и хлорорганическим соединениям.
В целом качество воды Верх-Исетского пруда как водоема рыбохозяйственного назначения является неудовлетворительным.
В составе фитопланктона за период исследований 2002 г. было выявлено 179 видов, разновидностей и форм водорослей, принадлежащих 6 отделам (табл. 16).
Таблица 16
Сравнительный таксономический состав фитопланктона Верх-Исетского пруда
| Отдел | Количество видов, разновидностей и форм | |
| 2002 г. | 1993 г. | |
| Cyanophyta | ||
| Euglenophyta | ||
| Dinophyta | 2. | |
| Cryptophyta | – | |
| Chrysophyta | ||
| Xanthophyta | – | |
| Bacillartophyta | ||
| Chlorophyta | ||
| Всего |
Наибольшим видовым разнообразием в течение вегетационного периода 2002 г. отличались диатомовые водоросли. Зеленые, которые уступали диатомовым, не играют большой роли в формировании биомассы фитопланктона.
В составе фитопланктона было выявлено 20 видов сине-зеленых водорослей, среди них такие возбудители «цветения» воды, как Aphanizomenon flosaquae, Microcystis aeruginosa, M. pulverea, Gomphosphaeria lacustris.
Эвгленовые и золотистые водоросли по видовому разнообразию находятся на одном уровне. Как правило, они не вносили большого вклада в формирование биомассы, однако некоторые их представители вегетировали на протяжении всего периода исследований, например, среди эвгленовых – Trachelomonas volvocina, среди золотистых – Dinobryon divergens.
В фитопланктоне также было обнаружено 2 вида динофитовых водорослей: Ceratium hirundinella и Peridinium cinctum.
В 2002 г. таксономический состав фитопланктона изменился по сравнению с 1993 г.: общее количество видов, разновидностей и форм снизилось (см. табл. 16).
Биомасса фитопланктона Верх-Исетского пруда варьировала от 0,04 до 10 мг/л, среднее за сезон значение составило 2,6 мг/л.
Численность фитопланктона колебалась в пределах 77 – 12887 тыс. кл./л, минимальные значения зафиксированы в апреле, максимальные – в сентябре. Средняя за сезон численность фитопланктона составила 5349 тыс. кл./л.
Индексы сапробности были определены в июле и изменялись от 1,2 до 2,2. Их значения соответствуют β-мезосапробной зоне, следовательно, воду на этих станциях следует считать умеренно загрязненной органическим веществом.
По среднесезонным значениям биомассы на различных станциях вода Верх-Исетского пруда может быть отнесена ко II классу качества (по 3-балльной шкале).
Средняя концентрация хлорофилла «а» за вегетационный период 2002 г. составила 23 мкг/л. В соответствии с классификацией водохранилище следует отнести по трофическому статусу к евтрофным водоемам.
Для определения токсичности воды Верх-Исетского пруда и проверки соответствия ее качества нормативным требованиям проводилось биотестирование. Тест четырех проб воды с использованием пресноводных рачков Daphnia magna (Straus) показал отсутствие острого токсического воздействия тестируемой воды на дафний: гибель дафний в тестируемой воде не превысила 50 % по отношению к контролю.
Городской пруд расположен в черте г. Екатеринбурга. Полный объем водоема – 2,4 млн м3, средняя глубина – 3,2 м, площадь зеркала – 0,8 км2. Выклинивание подпора начинается практически сразу за плотиной Верх-Исетского водохранилища. Пруд является приемником ливневых и промышленных сточных вод.
В весенний период в него в среднем за сутки поступает до 8520 кг взвешенных веществ, до 2190 кг нефтепродуктов, до 494 кг органических веществ. Летом Городской пруд принимает (за 1 ч, кг): взвешенных веществ – 560, нефтепродуктов – 42, органических веществ – 30.
В настоящее время производится очистка пруда от донных отложений, которые представляют собой источник интенсивного вторичного загрязнения воды нефтепродуктами.
Постоянный квалифицированный мониторинг за состоянием водоема не организован. Качество воды по химическим и микробиологическим показателям не отвечает требованиям ГОСТа 17.1.5.02-80 «Гигиенические требования к зонам рекреации водных объектов» и СанПиНа 2.1.5.980-00 «Гигиенические требования к охране поверхностных вод». В табл. 17 представлены результаты анализа проб воды, отобранных в разные годы.
При выполнении запланированных мероприятий, направленных на очистку всех видов сточных вод, поступающих в р. Исеть (промышленных, бытовых, ливневых), снижение сброса сульфатов и солей железа Верх-Исетским заводом и полную очистку от донных отложений, качество воды Городского пруда по всем показателям будет соответствовать качеству воды Верх-Исетского водохранилища.
Таблица 17
| Качественный состав воды Городского пруда |
| Период | Июнь 1982 г. | Июнь 1983 г. | Июль 1984 г | 1997-2000гг. | |
| Показатель | РН | 8,4 | 7,85 | - | 7,4-9,2 |
| Цветность, град. | - | ||||
| ХПК, мг/дм3 | 9,2 | 40,14 | - | 36,0-70,0 | |
| БПК5, мг/дм3 | 0,92 | - | - | ||
| СПАВ, мг/дм3 | - | - | - | 0,04-0,5 | |
| Железо, мг/дм3 | - | - | - | 1,2-1,4 | |
| Число лактозо-полжитеяьных кишечных палочек в долях норматива | - | - | - | 7-24 | |
| Общие колиформные бактерии, в долях норматива | - | - | 4,8 | ||
| Яйца гельминтов | - | - | - | Цисты лямблий |
Нижнеисетский пруд, один из старейших городских водоемов, расположен в юго-восточной части г. Екатеринбурга на р. Исети. Он сооружен в 1813 г., реконструирован в 1963 г. Пруд подвержен интенсивному загрязнению ливневыми, промышленными и бытовыми сточными водами (непосредственно и через притоки).
Размеры водохранилища при НПУ: площадь зеркала – 2,8 км2, длина – 4 км, средняя ширина – 0,72 км, наибольшая – 1,55 км, объем воды – 6,14 млн м3. Слой илов достигает мощности 3 м.
По сравнению с 1940-ми годами морфометрические параметры водоема существенно изменились. Максимальная глубина уменьшилась на 1,4 м, полезный объем сократился с 8,24 до 6,14 млн м3, объем жидких илов вырос более чем в 2 раза (до 3 млн м3). Основными источниками поступления загрязняющих веществ являются реки Исеть и Патрушиха.
До недавнего времени отсутствовали данные, позволяющие характеризовать качество воды и донных отложений пруда. Крайне скудна информация и о состоянии биоты.
Исследования, выполненные Институтом экологии растений и животных УрО РАН в 2001 г., дают некоторое представление о современном состоянии водоема (табл. 18).
Таблица 18
Качественный состав воды Нижнеисетского пруда и впадающих в него рек в 2000 г., мг/л
| Ингредиент | Июнь | Август | ||||
| р. Исеть | р. Патрушиха | Нижне-исетский пруд | р. Исеть | р. Патрушиха | Нижне-исетский пруд | |
| Азот аммония | 0,13 | 0,01 | 0,06 | 0,22 | 0,02 | 0,04 |
| Азот нитритов | 0,008 | 0,013 | 0,019 | 0,078 | 0,035 | 0,027 |
| Азот ннтралгов | 0,25 | 0,30 | 0,21 | 1,30 | 0,40 | 1,25 |
| Фосфор общий | о,ст | 0,086 | 0,200 | 0,136 | 0,074 | 0,162 |
| Фосфор минеральный | 0,043 | 0,042 | 0,029 | 0,117 | 0,023 | 0,057 |
| Железо общее | 1,03 | 0,43 | 0,62 | 0,53 | 0,38 | 0,059 |
| Кремний | 0,34 | 0,46 | 0,63 | 0,53 | 0,38 | 0,59 |
| ВПК, | 2,79 | 5,58 | 4,91 | 4,75 | 2,41 | 6,90 |
| ХПК | 23,9 | 22,6 | 17,0 | 17,2 | 14,6 | 34,6 |
| Меда (2+) | 0,063 | 0,020 | 0,0! 9 | 0,026 | 0,024 | 0,018 |
| Цинк (2+) | 0,075 | 0,038 | 0,029 | 0,078 | 0,029 | 0,029 |
| Никель (2+) | 0,018 | 0,012 | - | 0,010 | 0,010 | 0,011 |
| Марганец (2+) | 0,215 | 0,106 | 0,160 | 0,023 | 0,065 | 0,200 |
| Нефтепродукты | 0,48 | 0,33 | - | 0,82 | 0,58 | - |
Информация о минерализации вод пруда отсутствует, однако, есть данные о концентрации сульфатов за 1982 – 1983 гг., которая, согласно наблюдениям РосНИИВХ, колебалась в пределах 80 – 90 мг/дм3.
Содержание меди, цинка, никеля, кадмия в воде пруда выше ПДК рыбохозяйственных, но ниже ПДК общесанитарных, допустимых для рекреационных водоемов. Концентрации железа общего, железа (2+), марганца, свинца превышают нормативы, установленные для водоемов рекреационного назначения. Превышены ПДК и по содержанию органических веществ (ХПК, БПК5).
Концентрации нефтепродуктов, согласно данным АНО УРЦЭЭ, в 1997 – 2001 гг. колебались от 0,1 до 8,2 мг/дм3.
Число лактозоположительных кишечных палочек в 1 дм3 воды превышает норму в 240 раз.
Донные отложения содержат значительные количества нефтепродуктов, соединений металлов, органических веществ. Исследованиями РосНИИВХ, проведенными в 1976 – 1979 гг., доказано, что донные отложения Нижнеисетского пруда являются источником вторичного загрязнения воды нефтепродуктами, органическими и взвешенными веществами.
Биомасса фитопланктона колеблется (данные 2000 г.) от 2,5 до 13,3 мг/дм3, что характеризует водоем как высокоевтрофный.
Нижнетуринское водохранилище сооружено в 1763 г. В 1951 – 1954 гг. по проекту ЛенТЭП произведена полная реконструкция его водосбросных сооружений и всего гидроузла. На тот момент объем водоема по проектным данным составлял 41,5, полезный – 9,5 млн м3. Площадь зеркала при НПУ – 12,4 км2, средняя глубина при НПУ – 3,3 м. То есть водохранилище мелководное, прогреваемое и подогреваемое. На Урале водохранилища с подобными морфометрическими характеристиками чаще всего являются высокоевтрофными, что сопровождается значительной зарастаемостью и интенсивным развитием фитопланктона, создающим помехи не только для водоснабжения, но и для рекреации, рыборазведения и т. д. К сожалению, о трофическом статусе водохранилища в период с XVIII по вторую половину XX вв. практически ничего неизвестно.
Вода Нижнетуринского водохранилища обладает сравнительно высокой цветностью (в среднем 60 – 65°), интервалы которой изменяются в пределах 38 – 115°. Преимущественная величина рН = 6,6 – 7,2, с колебаниями от 6,1 до 8,6. Минерализация невысокая – не превышает 120 мг/дм3 в год 50 %-ной обеспеченности. Содержание легкоокисляемого органического вещества (БПК5), как правило, ниже 3, но в отдельные периоды достигает 12-13 мг/дм3. Максимальные значения ХПК – 40 мг/дм3, в среднем от 12 до 30 мг/дм3, наиболее часто встречаемая величина – 23 – 30 мг/дм3. Сравнительно большое содержание биогенных элементов (например, общего фосфора – до 0,375 мг/дм3) определяет высокую продуктивность водоема.
В отдельные периоды отмечались концентрации нефтепродуктов до 40 ПДК. В некоторых точках содержание азота аммония превышает ПДК, что обычно обусловлено хозяйственной деятельностью на прибрежной части водосбора (например, напротив полей совхоза «Таежный»). Обращает на себя внимание наличие в нескольких точках довольно высоких значений концентрации нитритного азота. Кислородный режим удовлетворительный.
Концентрация хлорофилла «а» составляет 2 мг/л, что характеризует водоем как высокоевтрофный.
Частичное обследование акватории водохранилища, проведенное в 1986 г., показало, что на 1240 га обследованной территории произрастало 1310000 кг макрофитов.
Если исходить из среднестатистических данных о донных отложений в водохранилищах Урала, то их средняя мощность в Нижнетуринском (учитывая время его функционирования) может составлять 2 – 2,5 м. Эти образования могут быть источником интенсивного вторичного загрязнения. Учитывая геологическую ситуацию на водосборе водохранилища, в некоторых слоях донных отложений может депонироваться ртуть,
Анализ показал, что на разных участках водоема донные отложения содержат (% от сухого веса): меди – 0,12 – 0,45, цинка – 0,14 – 0,81, марганца – 1,5 – 3,66, хрома – 0,13 – 0,19, кадмия – 0,009 – 0,039, свинца – 0,045 – 0,108, железа – 3,7 – 5,3, органического вещества – 1,25 – 25,0, фосфора – 0,151 – 0,259, азота – 0,19 – 0,52.
Следует ожидать вторичного загрязнения соединениями фосфора и азота, вызывающими вспышки «цветения» и зарастания, соединениями металлов, продуктами анаэробного распада органического вещества донных отложений (соединения аммония, сероводород, метан, азот, нефтеподобные вещества, кислоты и пр.). Обстановку усугубляет непредсказуемость поведения донных отложений (например, вспучивание при брожении, всплытие и обогащение воды компонентами трансформации депонированных в донных отложениях ингредиентов).
Отмечалось поступление значительного количества органических веществ в виде отмершей биомассы обрастаний (нитчатка и пр.) из системы отведения охлаждающих вод.
На момент исследований качество воды в водоеме соответствовало II – III классам, в периоды интенсивного «цветения» – IV классу по ряду показателей.
В соответствии с гидробиологическими характеристиками водохранилище относится к высокоевтрофным, что связано с большим потоком фосфора, поступающего в основном с суши.
Нижнетуринское водохранилище является, по существу, приемником сточных вод (через систему водохранилищ) городов Кушвы и Верхней Туры, а также поверхностного стока, поступающего с территории жилой застройки, от производственных предприятий и коммунального хозяйства Нижней Туры и Лесного.
Без проведения защитно-восстановительных мероприятий состояние водоема будет ухудшаться, причем, учитывая освоенность водосбора и интенсивность хозяйственной деятельности на водосборной территории и акватории, – быстрыми темпами. Как следствие, увеличится площадь зарастания, возрастет интенсивность «цветения» водорослей, повысится концентрация органических веществ, ухудшится кислородный режим, усилится негативное воздействие анаэробной деструкции донных отложений и отмирающей биомассы растений и водорослей, а значит, возникнут значительные помехи для водоснабжения, снизится рекреационная значимость водоема.
Новомариинское водохранилище расположено на р. Ревде выше Ревдинского, предназначено для многолетнего регулирования стока. Режим эксплуатации Новомариинского водохранилища должен гарантировать постоянный попуск в Ревдинское водохранилище в размере 2,65 м3/с, амплитуда колебаний уровня составляет 5 и 0,7 м.
Минерализация воды незначительна и не представляет помех для системы водоснабжения, здоровья населения и животных.
Для Новомариинского водохранилище характерно сезонное изменение качества воды и его улучшение от входного створа до выходного. Согласно ГОСТу 2761-84, вода водохранилища как источника питьевого водоснабжения относится по большинству показателей к I классу, по цветности – ко II. В отдельные фазы гидрологического режима качество воды ухудшается до II класса, по цветности – до третьего.
Согласно полиградиентной классификации, вода водохранилища относится чаще всего к достаточно чистой, иногда – к слабозагрязненной. По цветности в отдельные периоды она характеризуется как предельно загрязненная.
Численность и биомасса фитопланктона за период наблюдений (1992 –1993 гг.) незначительны. Индексы сапробности этих лет были разными – 1,66 и 1,75 соответственно. В среднем качество воды хорошее – как правило, между β-мезо- и олигосапробной зонами.
Ревдинское водохранилище расположено на р. Ревде у г. Ревды, предназначено для питьевого водоснабжения г. Ревды и Первоуральска. Водохранилище сезонного регулирования.
Минерализация воды незначительна и не создает помех для системы водоснабжения, здоровья населения и животных.
В водохранилище наблюдается сезонное изменение качества воды и его улучшение от входного створа до выходного.
Согласно ГОСТу 2761-84, вода Ревдинского водохранилища как источника питьевого водоснабжения относится ко второму классу, по цветности в отдельные периоды – к третьему. В некоторые фазы гидрологического режима качество воды ухудшается до III класса.
Согласно полиградиентной классификации, вода водохранилища относится к умеренно и сильно загрязненной. По цветности в отдельные периоды – к предельно загрязненной.
Численность и биомасса фитопланктона за период наблюдений (1992 – 1993 гг.) незначительны. Индексы сапробности этих лет были близки между собой, составляя 1,94 – 1,95. В основном качество воды Ревдинского водохранилища относится к средней степени загрязненности.
Черноисточинское водохранилище создано в 1729 г. на Черноисточинском озере в бассейне р. Черной, левом притоке р. Тагил, на восточном склоне Уральского хребта – вблизи наивысших отметок. Основными притоками водохранилища являются реки Каменка, Большая и Малая Березовка, Чауж, Ушковская канава, Свистуха. В маловодные периоды некоторые из рек пересыхают. Водосборная площадь имеет значительные уклоны, ограничена горами с отметками около 360 – 517 м БС, занята спелыми хвойными и лиственными лесами, находящимися в близком к естественному состоянии. Часть водосбора, примыкающая к водоему, заболочена. Показатель заболоченности менее 1 %.
Антропогенная нагрузка на водосборную площадь невелика. Единственный населенный пункт – пос. Елизаветинский площадью около 1 км2 с молочно-товарной фермой, находящийся на р. Елизаветинке – притоке р. Черной. Большая территория пос. Черноисточинск находится за пределами водосборной площади водохранилища, а та часть этого населенного пункта, которая к ней относится, примыкает к створу плотины и практически не влияет на общее состояние акватории водохранилища, поскольку загрязнения уходят непосредственно в нижний бьеф. Исключение составляет часть поселка между впадением Ушковского канала и водозабором. Здесь расположены лодочная станция и дом инвалидов. По берегам водохранилища размещены четыре базы отдыха.
При НПУ площадь зеркала водохранилища составляет 26,62 км2, объем – 119,77 м3, при УМО – соответственно 21,3 км2 и 39,75 млн м3. В верхней части водохранилища имеются острова общей площадью 0,32 км2. Средняя глубина составляет 4,2 м. Общий объем донных отложений 9,36 млн м3 при толщине 0,5 – 0,6 м (на месте старого озера они достигают 1,2 – 1,4 м). Площадь водосбора к створу плотины с учетом Ушковской системы (Верхний прудок и Ушковская канава) по уточненным данным составляет 344,5 км2.
Наблюдения за гидрохимическим режимом водохранилища ведутся на водозаборе в течение многих лет (табл. 19).
В целом, согласно анализу, качество воды соответствует гигиеническим нормативам.
Показатели качества воды не превышают ПДК для водоемов рыбохозяйственного назначения, за исключением некоторых ингредиентов в отдельных пробах (в кратностях к ПДК рыбохо- зяйственным): V – 1,8, Сг – 4, Мn – 2, Сu – 1,2, Zn – 1,2. Причем следует иметь в виду, что здесь приведены верхние границы 5 %- го доверительного интервала. Так что фактические средние значения показателей по водоему намного ниже.
Таблица 19
Качество воды Черноисточинского водохранилища
| Показатель | Число наблюдений | Значение (с ошибкой ) |
| рН | 7,1 ±0,4 | |
| Щелочность, мг-зкв/л | 0,7±0,2 | |
| Прозрачность по шрифту, см | 24,4±6,3 | |
| Жесткость, мг-экв/л | 1,0+0,3 | |
| Перманганалгная окисляемость, мг О2/л | 5,6±1,4 | |
| Хлориды, мг/л | 3,2±0,4 | |
| Сульфаты, мг/л | 23,1±2,4 | |
| Азот аммония, мг/л | 0,3±0,15 | |
| Азот нитритов, мг/л | ||
| Азот нитратов, мг/л | ||
| Железо, мг/л | 0,32 | |
| Мутность, мг/л | 1,6±0,4 | |
| Растворенный кислород, мг О2/л | 8,2±2,2 | |
| БПК, мг О/л | 3,4±0,7 | |
| ХПК, мг О/л | 28,4+4,9 | |
| Фтор, мг/л | 0,07±0,02 | |
| Марганец, мг/л | 0,35±0,1 | |
| Цветность, град | 18,4±3,7 | |
| Цинк, мг/л | 0,08±0,02 | |
| Свинец, мг/л | Не обнаружен | |
| Медь, мг/л | 0,08±0,02 |
В летний период качество воды в водоеме практически однородно по всем изученным показателям и по площади, и по глубине.
В притоках показатели качества воды соответствуют аналогичным показателям акватории, за исключением Fe (1,5 мг/дм3), V (2,5 ПДК), Сг (1,8 ПДК), Мn (1,4 ПДК), Сu (1,6 ПДК), Zn (2 ПДК).
Показатели мутности и цветности закономерно повышаются от января до сентября и далее закономерно снижаются.
Наибольшие значения минерализации наблюдаются в период ледостава – в феврале, марте, апреле, когда максимально сформирован ледяной покров.
Исследование ХПК в разные периоды показало наличие двух максимумов: в феврале – марте и в августе – сентябре.
Общий сток фосфора с водосборной площади в средний по водности год составляет 1,892 т, или с учетом статистического варьирования – 1,715 – 2,075 т.
В 2002 г. в составе фитопланктона было обнаружено 146 видов и разновидностей водорослей, относящихся к семи отделам. Наибольшим видовым разнообразием отличались диатомовые. Вторая по значимости в таксономическом отношении группа – отдел Chlorophyta (зеленые водоросли) – значительно уступала им по количеству видов и разновидностей. Кроме диатомовых и зеленых, в составе фитопланктона Черноисточинского пруда были обнаружены эвгленовые, динофитовые, золотистые, сине-зеленые и желто-зеленые водоросли. Эвгленовые встречались единично. Сине-зеленые представлены такими видами – возбудителями «цветения» воды, как Anabaena flosaquae, Aphanizomenon flosaquae, Gomphosphaeria lacustris, Microcystis pulverea. Однако в течение вегетационного периода 2002 г. они развивались неинтенсивно, и только в апреле водоросль Aphanizomenon flosaquae входила в комплексы доминирующих видов по численности. Динофитовые и золотистые играли в фитопланктоне примерно одинаковую роль
Биомасса фитопланктона в течение исследуемого периода изменялась от 0,17 до 8,5 мг/л. Среднее за сезон значение биомассы составило 2,8 мг/л.
Численность фитопланктона варьировала в пределах 63 – 11773 тыс. кл./л. Минимум наблюдался в апреле, максимум – в июле. Минимум и максимум численности не совпали с минимумом и максимумом биомассы. Среднее за сезон значение численности – 2831 тыс. кл./л.
Сезонная динамика развития фитопланктона имела характер двухвершинной кривой. Было отмечено два пика «цветения» фитопланктона: весенний (в мае) и летний (в августе) или осенний (в сентябре) и три минимума: весенний (в апреле), летний (в июле) и осенний (в сентябре). Основной особенностью фитопланктона Черноисточинского пруда было преобладание диатомовых водорослей по видовому Составу, их доминирование по численности и биомассе.
Индексы сапробности в июле и составили 1,6 – 1,7 на разных станциях наблюдения. Эти значения соответствуют β-мезасапробной зоне, следовательно, воду Черноисточинского пруда можно считать умеренно загрязненной органическим веществом.
Водохранилище имеет вполне сформировавшийся растительный покров, занимающий, согласно нашим расчетам, около 1,5%. Ведущими факторами, мешающими бурному развитию растительности, являются низкая прозрачность воды и сильное ветровое волнение воды вдоль оси водохранилища (преобладающие ветра – северо-западные).
Исследования по определению зеленых пигментов в воде водохранилища показали, что, Черноисточинское водохранилище по концентрации хлорофилла «а» следует отнести к водоемам начальной стадии евтрофирования.
Качество воды, оцененное по эколого-санитарным показателям через концентрацию хлорофилла «а», соответствовало II-III классам (от очень чистой до слабозагрязненной).
Анализ данных по первичной продукции позволяет сделать вывод, что Черноисточинский пруд относится к водоемам, находящимся и начальной стадии евтрофикации. Вероятностные оценки трофического состояния Черноисточинского водохранилища показали, что оно абсолютно не принадлежит к ультраолиготрофным и олиготрофным. Наибольшая вероятность (50 %) указывает, что водоем относится к евтрофному типу. В то же время в соответствии со второй по величине вероятностью (31 %) Черноисточинский пруд все еще принадлежит к водоемам мезотрофного типа. Лишь с вероятностью в 18 % водохранилище оценивается как гипертрофное. В итоге можно достаточно уверенно предполагать, что трофическое состояние водохранилища находится на переходной стадии – больше от мезотрофного к евтрофному, чем от евтрофного к гипертрофному.
Белоярское водохранилище. Гидрохимический режим водохранилища рассматривается на основе данных наблюдений РосНИИВХ, выполненных в 1989 – 1991 гг.
В зимний период средние значения температуры воды у поверхности на участках, не подверженных тепловому воздействию АЭС, находились в пределах 0,4 – 0,7 °С. Аналогичные показатели для подогреваемой зоны достоверно выше – от 2,6 до 12,3 °С.
Летом средние температуры постепенно повышались к приплотинному участку от 16,3 до 17,9 °С. Естественно, что в зоне влияния водосброса вода была немного теплее, чем средняя, но различие недостоверно. На водосбросе системы охлаждения средняя летняя температура составила 23,5 °С.
Распределение средних значений рН по акватории Белоярского водохранилища у поверхности воды зимой и летом заметно различалось – от 7,5 до 8,3.
Относительная прозрачность воды по белому диску изменялась от 3,6 зимой до 1,1 – 1,2 м летом. Наибольшая цветность воды по платиново-кобальтовой шкале и зимой и летом достигала 86°.
Концентрация растворенного кислорода в поверхностном слое летом составляла в среднем 11,3 мг/л. Зимой, можно считать, была на всех станциях одинаковой – 10,2 мг/л, так как различия систематически недостоверны. В глубинных слоях характер распределения кислорода обратный отмеченному для поверхности. Летом различия средних концентраций недостоверны и общее значение равно 6,1 мг/л, зимой же измерено наименьшее среднее – 4,6 мг/л. Распределение концентрации кислорода в воде неоднородно – оно соответствует зональности водоема по температуре и по активности процессов биологического продуцирования и деструкции органического вещества.
Содержание ионов кальция колебалось в пределах 35 – 46 мг/л. Концентрация ионов магния изменялась от 14,4 до 20,3 мг/л.
Ионы натрия и калия фиксировались на уровне 23,3 – 24,3 мг/л для всех глубинных станций.
Распределение средних концентраций ионов хлора характерно для всех главных ионов, колебания составили от 31,5 до 48,4 мг/л. Общая средняя концентрация сульфатов – 64,6 мг/л летом и 69,7 мг/л зимой.
Содержание органического вещества по показателю БПК5 изменялось от 1,1 мг О2/л (зимой) до 3,82 мг О2/л (летом). Химическое потребление кислорода варьировало в интервале 28,7 – 36,8 мг О2/л.