13. Основные черты гидрохимического и гидробиологического режима рек

1. 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.

М

Q, м³/с

инерализация 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

а)
М, мг/л			Q, м3/с
400			""	400
300				300
200	-		-	200
100	-			100
			2
0	—1—1—1—1—1—1—1—1—1—1—1—			0

б)

I II Ш IV V VI VIIVIIIIX X XI XII

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

расходом воды и минерализацией для большинства рек обратна и имеет вид гиперболы (рис. 6.23, б).

Произведение расхода воды Q на минерализацию М, выражен­ную в кг/м³ (1000 мг/л= 1 кг/м³), дает расход растворенных солей: /?_рс = 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/Qⁿ, то при п= 1 Я_рс = к, т. е. расход растворенных солей неизменен. Если п > 1, то R_pc в половодье уменьшается, если п< 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_pc = Яр,.-31,5-10³ = MQ • 31,5 • 10³, (6.60)

где Я,* — средний годовой расход растворенных солей, кг/с; Q — средний годовой расход воды, м³/с; М — средняя годовая минера­лизация воды, кг/м³. Если Щх. необходимо получить в млн т (на­пример, для больших рек), а М 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^ > SO4^- > С Г и Са²⁺ > Mg²⁺ > Na⁺ + К⁺. При повышении минерализации растет и относительное содержание ионов SO^^- и С Г, 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 SO4 и СГ 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^^- преобладает в реках засушливых степных районов евро­пейской территории, а также в реках полупустынь Средней Азии и Казахстана. Ион С Г 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 С0₂, наоборот, наибольшая зимой и наименьшая летом.