Основные черты гидрохимического и гидробиологического режима рек

Гидрохимический режим рек

Речные воды имеют, как правило, сравнительно невысокую минерализацию и относятся к пресным водам. По величине минерализации О.А. Алекин выделяет реки с малой (до 200 мг/л), средней (200—500 мг/л), повышенной (500—1000 мг/л) и высокой (>1000 мг/л) минерализацией. Большинство рек в условиях избыточного и достаточного увлажнения относятся к первым двум категориям. Так, весьма мала минерализация рек Печоры, Северной Двины, Лены, Яны. Реки в условиях недостаточного увлажнения и засушливого климата (в Казахстане, Средней Азии) могут иметь в межень повышенную и высокую минерализацию. Например, вода р. Эмбы имеет в межень минерализацию более 1500 мг/л.

Минерализация речных вод зависит от характера питания реки. В период преимущественного питания реки талыми, дождевыми, ледниковыми водами минерализация наименьшая. Когда в питании реки начинают большую роль играть подземные воды, минерализация речной воды повышается, поэтому для многих рек весьма характерно сезонное изменение минерализации воды: уменьшение в половодье и увеличение в межень, когда река переходит в основном на подземное питание (рис. 6.23, а). Поэтому связь между расходом воды и минерализацией для большинства рек обратна и имеет вид гиперболы (рис. 6.23, б).

Рис. 6.23. Типичные графики изменения минерализации (1) и расхода воды (2) в течение года (а) и связи минерализации с расходом воды (б) (I—XII — месяцы)

Произведение расхода воды Q на минерализацию М, выраженную в кг/м³ (1000 мг/л = 1 кг/м³), дает расход растворенных солей: R _pc = MQ, имеющий размерность кг/с, т. е. такую же, как и расход наносов. Изменение расхода растворенных солей в течение года зависит от характера связи Q и М. Например, если такую связь представить в виде гиперболы М = K/Q", то при п = 1 R _pc = k, т. е. расход растворенных солей неизменен. Если п> 1, то R _pcв половодье уменьшается, если n <1, то увеличивается. Обычно встречается последний случай.

По аналогии со стоком наносов можно рассчитать и сток растворенных солей, или ионный сток. Так, годовой сток растворенных солей (т) равен

W _рс = _pc• 31,5 • 10³ = • 31,5 • 10³, (6.60)

где _pc — средний годовой расход растворенных солей, кг/с; — средний годовой расход воды, м³/с; — средняя годовая минерализация воды, кг/м³. Если W _рснеобходимо получить в млн т (например, для больших рек), а задана в мг/л, то множитель в формуле (6.60) будет равен 31,5.

По расчетам О.А. Алекина, ионный сток (млн т/год) Невы равен 2,87, Печоры — 5,5, Волги — 46,5. Суммарный ионный сток с территории бывшего СССР составляет 384 млн т/год, из них 72% выносится в океан, а остальные 28% в области внутреннего стока.

Химический состав речных вод в целом весьма однообразен. Эти воды, как правило, относятся к гидрокарбонатному классу и кальциевой группе. У большинства рек с малой и средней минерализацией соотношение главных ионов следующее: НСО^-₃ >SO^2-₄>Cl^- и Са²⁺ >Mg²⁺ >Na⁺ + K⁺. При повышении минерализации растет и относительное содержание ионов SO^2-₄ и С1^-, а также Na⁺ в химическом составе речных вод.

Для рек бывшего СССР наряду с увеличением минерализации речной воды от зоны тундры к зоне пустынь в этом же направлении отмечается увеличение содержания ионов SO^2-₄ и С1^- и изменение класса вод от гидрокарбонатного к сульфатному и даже к хлоридному.

Реки с водами гидрокарбонатного класса занимают более 85% территории бывшего СССР. Реки, воды которых относятся к сульфатному и хлоридному классам, занимают менее 15% территории. Ион SO^2-₄ преобладает в реках засушливых степных районов европейской территории, а также в реках полупустынь Средней Азии и Казахстана. Ион С1^- преобладает в основном во временных водотоках засушливых районов Средней Азии и Казахстана.

Из микроэлементов в речных водах встречаются бром, иод, медь, цинк, свинец, никель и др. Их концентрация в естественных условиях не превышает 10—30 мкг/л.

Помимо минеральных веществ (ионов солей и микроэлементов) речные воды содержат в растворенном виде органические и неорганические биогенные вещества. Из органических веществ главное место занимают различные гуминовые соединения, среди биогенных веществ наиболее важны соединения азота (нитраты, нитриты, аммоний), фосфора (фосфаты), кремния.

Сток растворенных веществ, таким образом, слагается из ионного стока и стока остальных растворенных веществ. Общий сток растворенных веществ с территории бывшего СССР составляет 486 млн т/год. Из них на долю ионного стока (стока солей) приходится около 80%, стока органических веществ — 16% и на долю стока остальных растворенных веществ остается 4%.

Из газов, растворенных в речных водах, наибольшее значение имеют кислород и диоксид углерода (углекислый газ). Весной и летом содержание кислорода в речной воде наибольшее — до 10— 12 мг/л. Зимой под ледяным покровом может ощущаться недостаток кислорода, иногда приводящий к замору рыб. Концентрация СО₂, наоборот, наибольшая зимой и наименьшая летом.