Сгонно-нагонные явления и их влияние на формирование режима взвешенного вещества в Днепровско-Бугской устьевой области

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Сгонно-нагонные явления и их влияние на формирование режима взвешенного вещества в Днепровско-Бугской устьевой области

Взвешенное вещество, участвуя во многих физико-химических и биохимических процессах, постоянно происходящих в природных водоемах, является одним из основных элементов в круговороте вещества и энергии. Несмотря на то, что оно входит практически во все классификации качества воды, тем не менее, факторы его формирования, миграции во времени и пространстве, степени участия в жизнедеятельности водных организмов изучались в основном эпизодически. Это в полной мере относится к исследованиям поверхностных пресных водоемов и, прежде всего к таким сложным по динамике вод, как устьевые области рек.

Взвешенное вещество в природном водоеме представляет собой сложное образование, в состав которого входят как частицы живой, так и неживой природы [2,10]. Качественный состав и концентрация взвешенного вещества (ВВ) в воде водоемов весьма изменчивы, что, в свою очередь обусловливает изменение химического состава воды и ее качество. Являясь одним из факторов развития и источников питания для многих гидробионтов, взвешенное вещество влияет на уровень биологической продуктивности водоема. Так, известно, что основная масса первичной продукции в них формируется во взвешенном состоянии [7].

От концентрации и состава взвеси зависят такие оптические свойства воды, как ее прозрачность и цвет, а сорбирующая способность по отношению к попадающим в водоем посторонним примесям, способствует его самоочищению [6,9,10].

Устьевая область Днепpа и Южного Буга, состоящая из нижнего течения pек и их устьевого взмоpья - Днепpовско-Бугского лимана простирается от плотины Каховского водохранилища и устья Южного Буга до Кинбурнского пролива, через который осуществляется постоянный контакт с Черным морем (рис.1).

Днепровско-Бугский лиман, занимающий промежуточное положение в системе “река-море”, имеет сложную динамику водных масс. Одной из ее особенностей является наличие сгонно-нагонных явлений. Они обусловлены многочисленными факторами, основными из которых являются атмосферные процессы в регионе (атмосферное давление, скорость, направление и продолжительность ветра), объем и продолжительность попусков воды из Каховского водохранилища в Нижний Днепр, а также морфометрические особенности лимана (глубокая до 18 м пpодольная пpоpезь судоходного канала). Cгонно-нагонные явления обусловливают разделение водной массы на два плотностных слоя (поверхностный - речная водная масса, придонный - морская), а также наиболее интенсивное протекание в зоне гидрофронта (зона смешения морской и речной водных масс) внутриводоемных биохимических и физико-химических процессов. Наличие судоходного канала способствует пpоникновению моpской воды не только в лиман, но пpи опpеделенных гидpометеоpологических и гидрологических условиях в pегионе, далее в устье и нижнее течение Днепpа вплоть до г. Херсона [5].

взвешенный нагонный лиман днепровский

Рис.1. Карта-схема устьевой области рр.. Днепра и Южного Буга и расположение станций наблюдения: I - восточный район, II - центральный район, Ш - западный район, IY - Бугский лиман; 1-20 - станции наблюдения.

Исследования показали, что нагоны морской воды в лиман осуществляются ветрами западной четверти (повторяемость в году до 52 %), возникающих при установлении низкого атмосферного давления над северо-западной частью Черного моря и попусках воды из Каховского водохранилища менее 500 м³/с. Зимой в устьевой области преобладают ветры северной четверти с повторяемостью от 36 до 47 % в году, которые являются сгонными для Днепровско-Бугского лимана. В период зарегулирования стока Днепра с большей повторяемостью и интенсивностью стали развиваться придонные компенсационные противотечения со стороны моря в лиман. Их суммарная повторяемость в году достигает 75 % [1,4].

Несмотря на то, что гидрохимические наблюдения в Днепровско-Бугской устьевой области ведутся уже продолжительное время, факторы формирования режима взвешенного вещества, а также влияние сгонно-нагонных явлений на его пространственную и временную изменчивость оставались неизученными. Лишь применение методов мебранной фильтрации позволило приступить к более детальному исследованию содержания и распределения взвешенного вещества в воде природных водоемов и в частности, в Днепровско-Бугской устьевой области.

Материал и методика исследований.

Компонентный состав взвешенного вещества и его динамика исследовалась в Днепровско-Бугском лимане на протяжении нескольких лет.

Пробы воды отбирали в водоеме по стандартной сетке станций Института гидробиологии НАН Украины (см. рис.1) с двух горизонтов (поверхностного и придонного). Фильтрация проб воды производилась в нескольких повторностях (от 2 до 5). Взвесь выделяли из воды методом мембранной фильтрации через фильтры типа “Сынпор” № 5 сразу же после ее отбора. В зависимости от мутности воды через фильтр пропускали от 50 до 1000 мл.

После фильтрации пробы фильтры с взвесью высушивались до постоянного веса, а затем взвешивались с точностью до пятого знака. Массу сухого остатка, вычисленную по разности и отнесенную к объему фильтрованной воды, принимали как величину содержания взвешенного вещества (мг/дм³) [8].

Результаты исследований и их обсуждение.

Сложность внутриводоемных физико-химических и биохимических процессов, происходящих в Днепровско-Бугском лимане, определяется особенностями его расположения в системе “река-море”. Формирование ВВ в нем происходит под влиянием многочисленных факторов, основными из которых являются речной сток, специфичность динамики водных масс, обусловленная метеорологическими условиями данного региона, а также жизнедеятельность гидробионтов. Немаловажная роль в формировании его режима принадлежит сгонно-нагонным явлениям.

Исследования показали, что сгонно-нагонные явления определяются не только синоптической ситуацией в регионе, но и зависят от антропогенного фактора, а именно от режима эксплуатации днепровских водохранилищ.

Периодическое проникновение по глубоководной прорези судоходного канала в основной рукав Рвач из Днепровско-Бугского лимана морской воды может существенно изменить содержание в нем взвешенного вещества. Так, весной 1987 г., при снижении расходов воды из Каховского водохранилища до 300-350 м³/с, в лимане сформировался “клин” соленой воды, распространившийся по дну в устье Днепра до г. Херсона (S ‰ по Cl^- = 4721,0 мг/дм³). В связи с этим, при содержании взвеси в воде нижнего бьефа Каховского водохранилища 7,7 мг/дм³, в Рваче его количество увеличивалось до 55,0 мг/дм³ в поверхностном слое и до 44,0 мг/дм³ - в придонном. Данные многочисленных экспериментальных и натурных исследований показали, что наиболее благоприятные условия для формирования физических (коагуляция) и биохимических (флоккуляция, сорбция, десорбция) внутриводоемных процессов возникают при солености воды 2-4 ‰ (“геохимический барьер”) и повышении температуры воды до 19-20⁰С [3,11]. При дальнейшем увеличении солености количество взвешенного вещества на участке Днепра ниже г. Херсона уменьшалось до 4-6 мг/дм³.

Проведенные исследования в весенне-осенний период показали наличие сложной связи между соленостью воды, ее динамикой и содержанием взвешенного вещества. Так, сравнительно непродолжительные сбросы воды из Каховского водохранилища в Нижний Днепр в объемах 1800-2000 м³/с в период прохождения весеннего половодья не могут полностью промыть лиман. У его дна остаются “блюдца” соленой морской воды с концентрацией по Cl^--иону 6000-8000 мг/дм³ и повышенным содержанием взвеси (60-80 мг/дм³) с преобладанием, в основном, ее минеральной составляющей. При доминировании речной водной массы в поверхностных слоях воды взвешенное вещество достаточно равномерно распределяется по акватории лимана, а его концентрации изменяются от 10 до 30 мг/дм³.

В летний период любого по водности года на концентрацию и распределение взвеси по лиману влияют с одной стороны гидробиологические факторы, а с другой, степень и продолжительность его осолонения и величина попусков поды из Каховского водохранилища в Нижний Днепр. Наблюдения показали, что в маловодные и ниже среднего по водности годы, при расходах воды в Нижнем Днепре летом 500 м³/с и менее, в лимане устанавливается плотностная стратификация. Морская водная масса заполняет практически всю его акваторию и распределение ВВ в толще воды очень сложно и специфично. При такой ситуации в водоеме наблюдается устойчивая обратная стратификация в содержании растворенного в воде кислорода с его дефицитом во всем придонном слое (15-40 % насыщения). В таких условиях содержание взвеси в воде Днепровско-Бугского лимана зависит от стадии развития фитопланктона, биомасса которого, как правило, максимальна. В конце лета, т. е. в период снижения интенсивности его развития, концентрация взвешенного вещества уменьшалась.

Анализ полученных данных показал, что на концентрацию взвешенного вещества влияет не только соленость морской воды, но и ее объем, идущий на смешение с речной водной массой. Наблюдениями установлено, что максимальное содержание ВВ в весенний период наблюдалось при соотношении речной и морской воды 1:1. При изменении этого соотношения до 1:1,5 концентрация взвеси в воде лимана уменьшается. В осенний период концентрация взвешенного вещества остается достаточно высокой - до 95,0 мг/дм³, чему способствует не только уровень развития и жизнедеятельности водных организмов, но и осенняя циркуляция водной массы. Значительную роль при этом играет объем морской воды, идущей на смешение с речной водной массой в результате ее нагона. Так при соотношении речной воды к морской 16:1, содержание взвеси в восточном районе лимана колебалось от 8,0 до 95,0 мг/дм³. При увеличении объема морской воды (1:1,3) в центральном районе лимана (зона “геохимического барьера”) его концентрации изменялись в пределах от 14,0 до 73,0 мг/дм³. В случае же заполнения всей акватории района морской водой (западный, Бугский лиман) пределы колебаний изменялись в более узких пределах - от 5,0 до 46,0 мг/дм³ (рис.2).

Сгонно-нагонные явления оказывают влияние не только на пространственное, но и на вертикальное распределение взвеси. При продолжительных попусках воды из Каховского водохранилища в Нижний Днепр (более 2000 м³/с) происходит сгон воды по всему лиману, опресняя его и выравнивая концентрации взвеси по глубине (апрель 1986 г.). При объемах попусков речной воды 500 м³/с и менее и метеорологической ситуации, определяющей развитие нагонных явлений (атмосферное давление, ветер) наблюдается плотностная стратификация слоев воды, при которой вертикальные градиенты концентраций взвеси значительно увеличиваются.

Таким образом, сгонно-нагонные явления оказывают существенное влияние, как на пространственное, так и временное распределение содержания взвешенного вещества по всей акватории Днепровско-Бугского лимана. Смешение речной и морской водных масс, происходящее в результате возникновения сгонно-нагонных явлений, приводит к активизации физико-химических и биохимических процессов (коагуляция, седиментация, сорбция, десорбция, комплексообразование и т. д.). Анализ полученных данных показал, что концентрация взвешенного вещества зависит от объема поступления морской воды и ее солености. Наибольшее содержание взвешенного вещества наблюдается в зоне смешения речной и морской водных масс (“геохимический барьер”) при соотношении их объемов 1:1, но уже при соотношении 1:1,5 концентрация взвеси снижается.

Рис.2. Влияние процесса смешения речной и морской водных масс на содержание взвешенного вещества (мг/дм³) в воде Днепровско-Бугского лимана в осенний период: а - створ с. Станислав -о. Янушев; б - створ м. Аджигиол -с. Васильевка; в - створ г. Очаков -Кинбурнская коса; г - створ с. Парутино - с. Лупарево. Над чертой - предельные концентрации взвешенного вещества, под чертой - средняя соленость воды по Cl (мг/дм³), в скобках - объем морской воды (%).

Литература

1. Алмазов А.М. Гидрохимия устьевых областей рек. - Из-во АН УССР, 1962. - 256 с.

2. Витюк Д.М. Взвешенное вещество и его биогенные компоненты. - Киев: Наук. думка, 1983. - 212 с.

3. Гордеев В.В. Речной сток в океан и черты его геохимии. - М.: Наука, 1983. - 160 с.

4. Журавлева Л.А. Гидрохимия устьевой области Днепра и Южного Буга в условиях зарегулированного водного стока. - Киев: Наук. думка, 1988. - 176 с.

5. Журавлева Л.А. Влияние Черного моря на соленость воды в устьевой области Днепра// Гидробиол. журн. - 2001. - 37, № 2. - С.102-110.

6. Иванов К.И. О зависимости между прозрачностью и содержанием взвешенных веществ//Тр. Гос. опт. ин-та. - 1948. - вып.10. - С.117-129.

7. Кленова М.В. Взвешенное вещество в Атлантическом океане, как индикатор строения водной толщи//Тр. Ин-та океанологии. - 1962. - 56 - С.123-129.

8. Лисицын А.П. Методы сбора и исследования водной взвеси для геологических целей//Тр. Ин-та океанологии. - 1956. - ХIХ - С.204-231.

9. Страхов И.М. Основные черты питания современных внутриконтинентальных водоемов осадочным материалом//Образование осадков в соверменных водоемах. - М.: Из-во АН СССР,1954. - С.35-80.

10. Химия океана. Океанология. Т.1. Химия вод океана. - М.: Наука, 1979. - С.325-336.

11. Sholkovitz E.R. Flocculation of dissolved organic and inorganic matters during the mixing of river water and sea water. - Geochim. et. Cosmochim. acta. - 1976. - vol.40, № 7. - P.831-845.

Размещено на Allbest.ru