Из растворенных в воде газов наибольший интерес представляет кислород, обусловливающий жизнедеятельность живых организмов.
Содержание кислорода в воде определяется обычно противоположно направленными процессами. В результате одних вода насыщается кислородом (поступление кислорода из атмосферы и выделение его в процессе фотосинтеза водной растительностью), а под воздействием других, наоборот, уменьшается его содержание (процессов дыхания живых организмов, брожения, гниения различных органических остатков и др.). Соотношение этих двух групп процессов и определяет количество растворенного в воде кислорода. По В. И. Рутковскому и А. С. Киреевой, кислородный режим в водохранилищах определяется следующими важнейшими факторами: 1) температурой воды, 2) ветровым режимом, 3) цветением воды, 4) поступлением кислорода с речными и грунтовыми водами, 5) продолжительностью ледостава и морфометрией водохранилища (необходимо иметь в виду не только конфигурацию водоема, но и изменение площадей и объемов водной массы в результате сработки). Нельзя не учитывать и такой важный фактор, как проточность водоема и связанные с ней течения.
Ежегодные наблюдения за химическим режимом Камского водохранилища начались в 1962 г. Но найдены материалы лишь с 1965 г. Поэтому о химическом режиме водохранилища в первые 10 лет его существования можно узнать лишь из разных источников.
В первый период существования Камского водохранилища (I очередь наполнения 1954-1955 гг.) в нем оказалось значительное количество органических веществ, поступивших с затопленных площадей, а также древесная, кустарниковая и другая растительность. Это обстоятельство и наличие сбрасываемых в водоем промстоков отразилось на содержании в воде кислорода и других растворенных газов. Интенсивное потребление кислорода на окисление органических веществ и промышленных стоков привело к кислородным дефицитам (особенно в придонных слоях) и вызвало в период ледостава массовую гибель рыбы. Низкое содержание кислорода зимой и имевшие место заморы рыб объясняются также малой проточностью и большей, чем обычно, долей подземных обескислороженных вод.
В летний период содержание кислорода в поверхностных слоях было близко к нормальному, а в отдельных случаях, благодаря деятельности обильного планктона, наблюдалось даже перенасыщение.
По данным Естественнонаучного института при Пермском университете и Уральского отделения ВНИОРХа, выполнявших полевые гидрохимические исследования в 1954-1956 гг., можно судить о содержании кислорода в воде за этот период. Летом 1954 г. в северной части водохранилища (район Пожва - Усть-Косьва) количество кислорода не поднималось выше 7,1 мг/л (83% насыщения) и не было ниже 6.15 мг/л (72%). Относительно благоприятный режим здесь объясняется тем, что была залита небольшая площадь суши, и вода постоянно освежалась за счет притока ее с верхних участков р. Камы. Менее благоприятными оказались условия в центральной (наиболее широкой) части водоема. В районе разреза Висим - Чермоз на глубине 10 м кислорода было 5,2 мг/л (62,3% насыщения). На поверхности отмечалось перенасыщение воды. В Усть-Гаревой на разных станциях кислорода оказалось от 4,9 мг/л на глубине (старое русло р. Камы) до 8,2 мг/л (98.8%) на поверхности. В местах затопленных пойменных озер кислород либо отсутствовал, либо его было крайне мало. Так, на озере Долгое кислород полностью отсутствовал, а на озере Лицевое у дна его было 1,4 мг/л (17%) и на поверхности 3,78 мг/л (45,3% насыщения)
На участке от Усть-Гаревой до Заозерья, наиболее узком и глубоком, кислорода в придонных слоях было крайне мало (1-3 мг/л), а в отдельных местах он вообще отсутствовал. В конце зимы (март 1955 г.) вблизи Усть-Гаревой насыщение у дна было 8,8-28% и у поверхности – 49-56%. Летом 1955 г. неблагоприятное положение с содержанием в воде кислорода продолжалось, хотя в поверхностных слоях иногда наблюдалось перенасыщение, 110-125%, у дна насыщение не превышало 13-18%. В конце зимы (март 1956 г.) даже в поверхностных слоях содержание кислорода редко поднималось выше 16-18%, у дна местами кислорода не было.
К июню 1956 г. водохранилище было наполнено до проектных размеров (НПГ-108,04 м абс.). Около 100 000 га суши было затоплено. Содержание растворенного в воде кислорода резко снизилось. В июле на разрезе в районе с. Усть-Гаревой на поверхности кислорода было 5,1-7,53 мг/л (55-79%) и у дна 4,0-5,1 мг/л, или 45-60% насыщения. Уменьшение содержания кислорода отмечается и на других участках водохранилища. По данным З. М. Балабановой, появление в воде большого количества гумусовых веществ привело к тому, что в северной и центральной частях водохранилища кислород или отсутствовал, или, как правило, его содержание не превышало 1-4 мг/л.
В поверхностных слоях кислородные дефициты достигали 40-50%. Южный участок Камского плеса узкий, извилистый, с высокими берегами характеризовался также весьма низким содержанием кислорода. Здесь даже при очень сильных ветрах вода не может перемешиваться до дна, и обогащение ее кислородом из атмосферы ограничено, а поступающие сюда воды с вышележащих участков бедны кислородом.
Неблагоприятные кислородные условия в 1954-1956 гг, имели место в Косьвинском, Иньвенском плесах и Чермозском заливе, где кислородные дефициты летом были 40-60%, а зимой достигали 85 и даже 100%.
Наиболее богаты кислородом были Яйвинский, Обвннский, Чусовской и Сылвивский плесы.
С июня 1957 г. изучением кислородного режима водохранилища начала заниматься экспедиция кафедры физической географии Пермского университета. В 1957 г. наблюдениями был охвачен участок Камского плеса от Пожвы до плотины, Чусовской и Сылвинский плесы несколько выше их слияния. За период с 21/VI по 21/IХ содержание кислорода изменялось между 105-54% насыщения на поверхности и 85-7% у дна. Амплитуда изменения только за летне-осенний период очень велика. Перенасыщение воды кислородом отмечалось редко и обычно не превышало 105-103% (разрез Висим-Чермоз 25/VI). В июле Н. А. Остроумовым отмечается у Усть-Гаревой 129 и даже 140% насыщения.
Наименьшее содержание кислорода было зафиксировано в приплотинной части водохранилища на глубинах 19-25 м и составляло всего 7% насыщения. В целом по отношению к предыдущим годам отмечается повышение содержания кислорода на всех участках водохранилища. 1958 г. характеризовался более частым перенасыщением воды кислородом в поверхностных слоях. На разрезе Висим-Чермоз 14/VIII было 138,4%, a 21/IX—116,3% насыщения. На остальных участках процент насыщения также часто превышал норму, но не поднимался выше 105-106%. Содержание кислорода в придонных слоях (исключая глубоководные участки над старым руслом Камы и Чусовой) редко было менее 4,0-5,0 мг/л.
В летние периоды 1959 и 1960 гг. отмечалось медленное увеличение содержания в воде кислорода. Это подтверждается наблюдениями в июле 1954-1960 гг. Имеющиеся гидрохимические материалы позволяют сделать вывод, что к 1959-1960 гг, т. е. на 6-7 год существования водоема, процесс выщелачивания затопленных земель и экстрагирования гуминовых соединений из ушедшей под воду растительности в основном заканчивается. Подтверждением сказанному является уменьшение содержания в воде двуокиси углерода в 2-4 раза и окисляемости в 2-3 раза. Поскольку за последние 3 года (1958, 1959, 1960) существенных различий в содержании кислорода не было, а имеющиеся изменения скорее являются естественными колебаниями, вызванными различием погодных условий и гидрологического режима, характеристику содержания кислорода на отдельных участках водохранилища можно с небольшой погрешностью дать на основе наиболее полных материалов за календарный 1959 год (Матарзин, 1962).
На 6-7 год существования водоема, процесс выщелачивания затопленных земель и экстрагирования гуминовых соединений из ушедшей под воду растительности в основном заканчивается. Имеющиеся изменения скорее являются естественными колебаниями, вызванными различием погодных условий и гидрологического режима.
Рис.1. Изменение содержания кислорода по длине водохранилища в период половодья
Рис.2. Изменение содержания кислорода по длине водохранилища в период летнего стоянии уровня
Рис.3. Изменение содержания кислорода по длине водохранилища в период паводков
Из рисунков 1 - 3 видим, что в период с 1965 по 1973 гг. концентрация кислорода находилась примерно на одинаковом уровне, 6 – 12 мг/л.
Во время весеннего половодья наблюдается максимальный разброс между годами. Это может быть связанно с тем, что в разные годы выпадает разное количество снега и запас воды в снеге неодинаков. Содержание кислорода в этот период изменяется, в среднем, от 7 мг/л до 11 мг/л.
В период летнего стояния уровней содержание кислорода колеблется в пределах от 8 мг/л до 10 мг/л. Это может быть связанно с тем, в этот период выпадает небольшое количество осадков и с повышение температуры возрастает скорость окисления биологических и минеральных веществ. Разброс между линиями, указывающими содержание кислорода в воде, минимален. Можно сделать вывод, что в период летнего стояния уровней в разные годы количество кислорода находится почти всегда на одном уровне.
Максимальное содержание кислорода наблюдается в период осенних паводков, 9 – 13 мг/л. Это связано с разбавлением воды водохранилища дождевыми водами, богатыми кислородом. А также с активным развитием водной растительности.
Из рисунков 1 – 3 видно, что минимальное содержание кислорода в водах Камского водохранилища наблюдалось в 1967 г., не более 9 мг/л во все фазы, а максимальное – в 1973 г. 1967 год был самым маловодным годом. Это обусловлено гидрометеорологическими явлениями.
Рис.4. Изменение содержания кислорода на посту д.Усть-Пожва
Рис.5. Изменение содержания кислорода на посту д.Спуск
Рис.6. Изменение содержания кислорода на посту с.Усть-Гаревая
Рис.7. Изменение содержания кислорода на посту с.Хохловка
Рис.8. Изменение содержания кислорода на водпосту КамГЭС
На рисунка 4 – 8 представлены гистограммы изменения содержания кислорода в Камском водохранилище в верхней, средней и приплотинной его частях. Из графиков видно, что в течение лет содержание кислорода колеблется в некоторых пределах, что обусловлено, еще раз, различными гидрометеорологическими условиями, и не имеет тенденций ни к увеличению, ни к уменьшению.
Практически на всем протяжении водохранилища содержание кислорода в среднем колеблется в пределах от 8 мг/л до 12 мг/л. Но, по мере приближения к плотине, среднее максимальное значение падает до 10 мг/л. Это может быть связано с тем, что в приплотиной части водохранилища наибольшие глубины и наименьшие скорости течения, что затрудняем перемешиванию воды. Кроме того, на содержание кислорода могут влиять промстоки, которых, по мере приближения к плотине, сбрасывается больше.
На данных графиках прослеживается еще одна зависимость: изменение содержания кислорода в разные фазы года. Видно, что наименьшая концентрация кислорода приходится на период летнего стояния уровней, около 8 мг/л. Наибольшее содержание кислорода наблюдается в период осенних паводков. Это связанно с тем, что с дождевой водой в водохранилище попадает большое количество кислорода.
Предельно допустимая концентрация кислорода не должна быть меньше 4 мг/л в период ледостава, и не менее 6мг/л в летнее время. Анализируя представленные выше графики можно сделать вывод, что в целом содержание кислорода в воде Камского водохранилища находится в норме. Но иногда наблюдается дефицит кислорода в период зимней межени. Например в 1965 г. на посту п.Спуск содержание кислорода составляло 3.2 мг/л. Так же дефицит наблюдался и в 1969 году на посту КамГЭС (3.1 мг/л). Самое низкое значение было отмечено на посту с.Хохловка в 1972 году, содержание растворимого кислорода составило 1.1 мг/л.
Рис.9. Изменение содержания кислорода во времени в период половодья в Иньвенском, Косьвинском и Обвинском заливах
Рис.10. Изменение содержания кислорода во времени в период половодья в Сылвенско - Чусовском плесе
Анализируя графики, рис.9 и 10, видно, что содержание кислорода в Иньвенском, Косьвинском и Обвинском залива больше на 1 -2 мг/л, чем Сылвенском и Чусовском заливах. Это может быть связанно с тем, что на р. Чусовую и Р. Сылву оказывается большее антропогенное влияние.
Из рис.9 видно, что воды р. Косьвы (д.Собольки) наиболее богаты растворенным кислородом, 6-11.8 мг/л. Наименьшее содержание кислорода наблюдается в водах р. Сылвы, 5.7-9.8 мг/л.
Рис.11. Изменение содержания кислорода во времени в период летнего стояния уровней в Иньвенском, Косьвинском и Обвинском заливах
Рис.12. Изменение содержания кислорода во времени в период период летнего стояния уровней в Сылвенско - Чусовском плесе
На рис.11 и 12 видно, что в период летнего стояния уровней содержание кислорода в воде уменьшается. Наиболее богаты кислородом воды р. Косьвы.
Рис.13. Изменение содержания кислорода во времени в период осенних паводков в Иньвенском, Косьвинском и Обвинском заливах
Рис.14. Изменение содержания кислорода во времени в период осенних паводков в Сылвенско - Чусовском плесе
Период осенних паводков содержание растворенного кислорода в водах Камского водохранилища увеличивается (рис.13 и рис. 14). Основным источником являются дождевые воды, богатые кислородом. Содержание кислорода увеличивается до 10 мг/л. В отличие от предыдущих фаз, наиболее богаты кислородом воды р. Чусовой, особенно хорошо это видно в 1965 и 1966 гг.
По графикам, рис.9 – рис.14, так же видно изменение содержания кислорода во времени. Так, например, минимальное содержание кислорода наблюдалось в 1967 г. Далее, концентрация кислорода в воде увеличивалась. Из графиков видно – в 70-х количество кислорода, по все постам, выше, чем в 60-х.
В течение всего гидрологического года в водохранилище устанавливаются три слоя, различающихся между собой плотностью и температурой воды: эпилимнион, металимнион, гиполимнион. В следствие чего распределение растворенного кислорода по вертикали также имеет свои закономерности в течении года. Эпилимнион самый верхний слой, имеет наибольшую температуру и наименьшую плотность. Этот слой почти всегда насыщен кислородом, образующимся здесь в процессе фотосинтеза, а также захваченным из пограничного слоя атмосферы при циркуляции воды. Промежуточный слой воды в озерах и водохранилищах, расположенный под эпилимнионом и над гиполимнионом. Металимнион по глубине совпадает со слоем скачка температуры и плотности воды. В нем, кроме того, обычно наблюдаются большие вертикальные градиенты содержания кислорода, рН, биогенных и органических веществ. Гиполимнион - глубоководный, холодный, бедный кислородом слой воды, лежащий ниже зоны быстрого перепада температуры - термопланы. Запасы кислорода в гиполимнионе малы. В него не проникает кислород атмосферы. В то же время, благодаря положительным температурам, зимой служит своеобразным убежищем для организмов, обитающих в верхних слоях водоемов.
Таким образом, в период летнего нагревания в водохранилище устанавливается прямая температурная стратификация, которой соответствует убывание количества растворенного кислорода с глубиной. Это связано с хорошим прогревом поверхностных слоев. В период осеннего охлаждения и весеннего нагревания устанавливается гомотермия – выравнивание температуры и кислорода по глубине. Зимой наблюдается обратная температурная стратификация – увеличение температуры и количества растворенного кислорода с глубиной, что связано с охлаждением поверхностных слоев льдом и холодным воздухом.
По всей длине наблюдалась естественная сезонная закономерность распределения растворенного кислорода по глубине, что хорошо заметно на графиках.
Рис.15. Изменение содержания кислорода по глубине в период половодья на посту д.Усть-Пожва
Рис.16. Изменение содержания кислорода по глубине в период половодья на посту д.Усть-Гаревая
Рис.17. Изменение содержания кислорода по глубине в период половодья на посту КамГЭС
На рисунках 15-17 представлено распределение растворенного кислорода по вертикали в период весеннего половодья в верхней, центрльной и приплотинной частях водохранилища. В связи в связи с притоком воды в водохранилище, нагревания поверхностных слоев воды, а также с их аэрацией из атмосферы, видно, что растворенный кислород имеет максимальное значение на поверхности, при этом, с увеличением глубины убывает. Например, в верхней части водохранилища (д.Усть-Пожва) в 1967 году содержание кислорода на поверхности составляло 8.6 мг/л, на глубине 6м. – 7.0 мг/л, в придонном слое – 6.6 мг/л. В центральной части водохранилища наблюдается аналогичное явление: на поверхности в 1967 г. содержание кислорода составляло 9.4 мг/л, в средних слоях – 7.7 мг/л, в придонном слое – 7.4 мг/л. Увеличение концентрации растворенного кислорода, по сравнению с верхней частью водохранилища, в основном связано с тем, что приходится больший боковой приток вод, обогащенных кислородом.
На рисунках 18 - 20 представлено распределение растворенного кислорода по глубине в период летнего стояния уровня на постах. В связи с хорошим прогреванием поверхностных слоев воды, активным развитием водной растительности, а также с их аэрацией из атмосферы, содержание растворенного кислорода уменьшается от поверхности до дна. Таким образом, видно, что растворенный кислород имеет максимальное значение на поверхности, а минимальное – в придонных солоях.
Рис.18. Изменение содержания кислорода по глубине в период летнего стояния уровня посту д.Усть-Пожва
Рис.19. Изменение содержания кислорода по глубине в период летнего стояния уровня на посту д.Усть-Гаревая
Рис.20. Изменение содержания кислорода по глубине в период летнего стояния уровня на посту КамГЭС
На рисунках 21-23 представлено распределение растворенного кислорода по вертикали в период осенних паводков на постах д. Усть-Пожва, д.Усть-Гаревая и Камской ГЭС. В связи с наблюдающимся в водохранилище явления гомотермии (хорошо прогретая толща воды, охлаждение поверхностных слоев, активное развитие водной растительности), видно, что растворенный кислород имеет максимальное значение на поверхности воды, однако его содержание не сильно уменьшается ко дну. Это хорошо видно на рисунке 23. Например, в 1973 году на посту КамГЭС содержание кислорода на поверхности равнялось 11.5 мг/л, а в придонном слое – 11.3 мг/л.
Рис.21. Изменение содержания кислорода по глубине в период осенних паводков посту д.Усть-Пожва
Рис.22. Изменение содержания кислорода по глубине в период осенних паводков на посту д.Усть-Гаревая
Рис.23. Изменение содержания кислорода по глубине в осенних паводков на посту КамГЭС
Из рисунков 15, 16, 18, 20 хорошо видно, что в 1967 году содержание кислорода было значительно ниже по сравнению с остальными годами. Минимальное содержание кислорода по вертикали наблюдалось в период летнего стояния уровня на водпосту КамГЭС. На поверхности его содержание было равно 5.6 мг/л, на глубине 13м.- 3.7 мг/л, в придонном слое – 3.7 мг/л. Содержание кислорода в воде в без ледоставный период должно быть не менее 6 мг/л.
Таким образом, можно сделать вывод, что 1967 год – это единственный год, в период с 1965 по 1973 годы, когда содержание растворенного кислорода в воде было ниже нормы. В остальные же годы содержание кислорода находилось в норме. Нередко наблюдалось перенасыщение кислородом, до 12, а в отдельных случаях – 15 мг/л. Это подтверждает то, что к 1965 году все процессы выщелачивания затопленных земель и экстрагирования гуминовых соединений из ушедшей под воду растительности закончились, антропогенная нагрузка на водохранилище небольшая и воды водохранилища полностью справляются с загрязнениями.
5.2. Двуокись углерода
Соединение углерода с кислородом, конечный продукт окисления углерода. Диоксид углерода образуется при разложении органических веществ в процессах брожения, при сжигании топлива, является продуктом обмена веществ в живых организмах, играет важную роль в процессах фотосинтеза.
В природные воды диоксид углерода поступает главным образом из атмосферы и при процессах биохимического распада органических остатков, окисления органических веществ, дыхания водных организмов, которые протекают в воде, почвах и донных отложениях, соприкасающихся с водой. Содержится в воде в основном в растворенном виде; малая часть диоксида углерода (≈ 1%), взаимодействуя с водой, образует угольную кислоту.
Концентрация диоксида углерода в природных водах в значительной степени определяется значениями рН и колеблется от нескольких десятков долей миллиграмма до 3-4 мг в 1 л, изредка достигая 10-20 мг/л. В глубинных подземных водах двуокись углерода часто гораздо больше, что обусловлено выделением вулканических газов. В поверхностных водах содержание диоксида углерода понижается весной и летом, повышается осенью, достигая максимума в конце зимы. Суточные колебания выражены слабо.
Диоксид углерода находится в воде главным образом в виде растворенных молекул углекислого газа СО2. Главным источником СО2 в природных водах являются процессы окисления, происходящие с выделением СО2. К ним относятся дыхание водных организмов, биохимический распад и окисление органических остатков. Диоксид углерода может иметь и неорганическое происхождение. В огромных количествах он выделяется при вулканических извержениях. Наименьшая концентрация СО2 наблюдается в поверхностных водах, особенно минерализованных (морях, соленых озерах), наибольшая — в подземных и загрязненных сточных водах. В реках и озерах концентрация СО2 редко превышает 20— 30 мг/л. Между СО2 атмосферы и СО2 в воде существует состояние подвижного равновесия. Если парциальное давление СО2, растворенного в воде (рСО2воды), выше, чем парциальное давление СО2 в атмосфере (рСО2атм), то диоксид углерода выделяется в атмосферу, при обратном соотношении (рСО2воды < рСО2атм) происходит поглощение СО2 водой из атмосферы. Обычно воды суши, в которых протекают различные процессы разложения органического вещества, имеют большое содержание СО2 и поэтому выделяют его в атмосферу. Так же, как и кислород, диоксид углерода имеет важное жизненное значение. Для растительных организмов он является источником углерода, без которого в природных водах не было бы жизни. Кроме того, диоксид углерода играет особую роль в гидрохимических процессах. Он увеличивает растворяющую способность воды и сам по себе является источником образования ионов НС03 и CO2-3.
Режим двуокиси углеродапротивоположен режиму кислорода. Зимой из-за происходящих в водоеме окислительных процессов, а также вследствие питания реки грунтовыми водами, в которых СО2 повышено, в воде подо льдом скопляется СО2. С исчезновением ледяного покрова содержание СО2 быстро падает, так как его избыток выделяется в атмосферу. Поэтому содержание СО2 в реке летом составляет обычно 1—5 мг/л, а при сильном развитии водной растительности понижается до нескольких десятых долей мг/л или практически исчезает. Равновесное с атмосферой содержание СО2 составляет около 0,6 мг/л. При меньшем содержании СО2 в воде происходит поглощение его из атмосферы (Бурматова, Китаев, 2006).
Рис.24. Изменение содержания углекислого газа по длине водохранилища в период половодья
Рис.25. Изменение содержания углекислого газа по длине водохранилища в период летнего стояния уровня
Рис.26. Изменение содержания углекислого газа по длине водохранилища в период осенних паводков
На рисунках 24 – 26 показано изменение содержания двуокиси углерода по длине водохранилища в разные фазы гидрологического года в период с 1965 по 1973 гг.
Во время весеннего половодья содержание углекислого газа в воде колебалось от 4.5 мг/л до 13 мг/л в верхней части водохранилища и от 3 мг/л до 6 мг/л в прилотинной части.
В период летнего стояния уровней содержание двуокиси углерода колеблется в пределах от 6 мг/л до 8 мг/л в верхней части водохранилища. 2 – 4 мг/л в прилотнинной части водохранилища. На риунке 25 хорошо видно, что максимальное содержание СО2 было в 1967 году. Минимальное содержание диоксида углерода – в 1968 году.
Минимальное содержание растворенного углекислого газа наблюдается в период осенних паводков, 4 – 6 мг/л.
Анализируя графики, так же можно увидеть, что содержание углекислого газа уменьшается от верховий водохранилища к приплотинной части.
Как уже говорилось выше, в природные воды диоксид углерода поступает главным образом из атмосферы и при процессах биохимического распада органических остатков, окисления органических веществ, дыхания водных организмов, которые протекают в воде, почвах и донных отложениях, соприкасающихся с водой. В период половодья в водохранилище, вместе с большим количеством воды, поступает огромное количество органических остатков, которые, в дальнейшем, распадаются и окисляются с выделением углекислого газа. К периоду летнего стояния уровня процессы окисления заканчиваются и содержание СО2 падает. То же самое можно сказать и об изменении содержания углекислого газа по длине водохранища. В верхнюю часть поступает большое количество органических веществ, а по мере приближения к плотине интенсивность окислительных реакций снижается.
Рис.27. Изменение содержания углекислого газа на посту д.Усть-Пожва
Рис.28. Изменение содержания углекислого газа на посту д.Спуск
Рис.29. Изменение содержания углекислого газа на посту д.Усть-Гаревая
Рис.30. Изменение содержания углекислого газа на посту д.Хохловка
Рис.31. Изменение содержания углекислого газа на посту КамГЭС
На рисунка 27 – 31 представлены гистограммы изменения содержания диоксида углерода в Камском водохранилище в верхней, средней и приплотинной его частях. Из графиков видно, что с 1965 по 1973 годы содержание углекислого газа резко не изменялось.
Из данных графиков также видно, что по мере приближения к плотине концентрация диоксида углерода падает, как и говорилось выше.
Углекислому газу, как и кислороду, свойственны сезонные колебания. В большинстве случаев максимальное содержание углекислого газа наблюдалось в период половодья, что, как говорилось выше, связанно с большим поступление в водохранилище органических остатков, при окислении которых выделяется углекислый газ. Еще одним условием является то, что в период ледостава вода не соприкасается с атмосферой, в следствие чего, подо льдом накапливается углекислый газ. Его содержание в этот период может достигать до 40 мг/л. Например, в 1972 в фазу половодья на посту д.Усть-Пожва концентрация СО2 составляла 29.9 мг/л. На посту д. Спуск – 19.4 мг/л. Далее, содержание углекислого газа стабилизировалось.
Также повышенно содержание диоксида углерода наблюдалось в 1967 году. Как известно, 1967 год был самым маловодным годом.
Рис.32. Изменение содержания углекислого газа во времени в период половодья в Иньвенском, Косьвинском и Обвинском заливах
Рис.33. Изменение содержания углекислого газа во времени в период летнего стояния уровня в Иньвенском, Косьвинском и Обвинском заливах
Рис.34. Изменение содержания углекислого газа во времени в период осенних паводков в Иньвенском, Косьвинском и Обвинском заливах
Рис.35. Изменение содержания кислорода во времени в период половодья на Сылвенско - Чусовском плесе
Рис.36. Изменение содержания кислорода во времени в период летнего стояния уровня на Сылвенско - Чусовском плесе
Рис.37. Изменение содержания кислорода во времени в период осенних паводков уровня на Сылвенско - Чусовском плесе
Анализируя графики, рис.32 - 36, видно, что содержание диоксида углерода в Иньвенском, Косьвинском и Обвинском залива больше чем Сылвенско-Чусовском плесе. Например, среднее содержание углекислого газа в 1967 году на Иньве (д.Горбуново) и Обве (д.Березовка) было 9.9 мг/л и 9.6 мг/л соответственно, на Косьве (д.Собольки) 4.1 мг/л. На Сылвенско-Чусовском плесе содержание углекислого газа составляло 5,8 мг/л на ст.Ляды (р.Сылва), 8.8 мг/л на Сылвенской стрелке (р.Чусовая), а на восту в п.Левшино содержание углекислого газа равнялось 5.1 Мг/л. Наибольшее содержание диоксида углерода наблюдалось в 1972 году в р.Косьва – 23.8 мг/л. Почему в верхних притоках СО2 больше?
В период летнего стояния уровней на р.Косьва содержание кислорода составляло 11.4 мг/л, то есть, оно содержание увеличилось на 7.3 мг/л. На других же реках содержание уменьшилось. На Сылвенско-Чусовском плесе содержание диоксида углерода к периоду летнего стояния уровней упавло в среднем всего на 1 мг/г. Наибольшее содержание углекислого газа на верхних притоках в период летнего стояния уровней наблюдалось в 1967 году и составляло 11.4 мг/л. Наибольшее содержание диоксида углерода на Сылвенско-Чусовском плесе пришлось на 1971 год и составило 15,8 мг/л. Такое содержание отмечалось на Сылвенской стрелке. В период осенних паводков содержание углекислого газа на верхних притоках не превышало 4 мг/л до 1969 года включительно. С 1970 года концентрация СО2 постепенно увеличивалась. Максимальное содержание наблюдалось в 1972 году и составляло 15 мг/л. На Сылвенско-Чусовском плесе большое содержание углекислого газа наблюдалось в 1967 и 1973 гг. 5.5 и 5.6 мг/л соответственно.
На рисунках 38-40 представлено распределение растворенного углекислого газа по вертикали в период весеннего половодья в верхней, центрльной и приплотинной частях водохранилища.
Как уже говорилось выше – режим двуокиси углеродапротивоположен режиму кислорода. Распределение СО2 по глубине также противоположно распределению по глубине кислорода. Наименьшее содержание углекислого газа бывает в поверхностных слоях, а с увеличением глубины – содержание диоксида углерода повышается. Такое явление связано с тем, что на поверхности происходит интенсивное поглащение кислорода из атмосверы, а также, вследствие фотосинтеза водных растений. Диоксид углерода в свою очередь, наоборот выделяется в атмосферу. Это хорошо видно на рисунках 38 - 46. Зимой из-за происходящих в водоеме окислительных процессов, а также вследствие питания реки грунтовыми водами, в которых СО2 повышено, в воде подо льдом скопляется СО2. Вследствие этого, после вскрытия реки может наблюдаться повышенное содержание газа. С исчезновением ледяного покрова содержание СО2 быстро падает, так как его избыток выделяется в атмосферу.
Рис.38. Изменение содержания кислорода по глубине в период половодья на посту д.Усть-Пожва
Рис.39. Изменение содержания кислорода по глубине в период половодья на посту д.Усть-Гаревая
Рис.40. Изменение содержания кислорода по глубине в период половодья на посту КамГЭС
В период весеннего половодья в верхней части водохранилища в 1967 году содержание углекислого газа на поверхности и в средних слоях составляло 4.8 мг/л, а в придонном слое его концентрация равнялась 5.3 мг/л. В 1973 году содержание кислорода на поверхности равнялось 6.6 мг/л, на глубине 6 м. – 7.5 мг/л, а в придонном слое 8.8 мг/л. В 1969 году по всей вертикали содержание углекислого газа составило 3.1 мг/л. (рис.38)
В средней части водохранилища (д.Усть-Гаревая) так же хорошо прослеживается закономерность убывания диоксида углерода с глубиной. Наибольшее содержание углекислого газа наблюдалось в 1967 году. Тогда на поверхности его концентрация составляла 8 мг/л, а в придонном слое – 9.6 мг/л. Минимально содержание было отмечено в 1969 году. В поверхностном слое – 1.3 мг/л, в придонном 1.8 мг.л. (рис. 41).
В приплотинной части водохранилища в 1968 и 1971 годах наименьшее содержание наблюдалось в придонном слое, 3.3 мг/л и 3.1 мг/л соответственно. В поверхностном 4.4 мг/л и 3.5 мг/л соответственно (рис. 42). Почему? В 1967 году максимальное содержание СО2 было на глубине 13 м., а на поверхности и в придонном слое – 4.8 мг/л.
Рис.41. Изменение содержания кислорода по глубине в период летнего стояния уровня на посту д.Усть-Пожва
Рис.42. Изменение содержания кислорода по глубине в период летнего стояния уровня на посту д.Усть-Гаревая
Рис.43. Изменение содержания кислорода по глубине в период летнего стояния уровня на посту КамГЭС
В период летнего стояния уровня содержание углекислого газа в воде уменьшается. В верхней части водохранилища, как видно из рисунка 41, изменения по глубине незначительны. Различия между поверхностным слоем и придонным редко превышают 1мг/л. В 1967 году наблюдалось максимальное содержание растворенного углекислого газа в воде. На поверхности его концентрация была равна 17.2 мг/л, а в средних и придонных слоях – 24.2 мг/л
В средней части водохранилища (рис. 42) во всего наблюдалось нормально распределении СО2 по вертикали. Максимальное содержание на поверхности диоксида углерода не превышало 3 мг/л, а минимальное значение не опускалось ниже 1.8 мг/л. Самое маленькое содержание углекислого газа в придонном слое было отмечено в 1970 году и составило 6.6 мг/л.
В приплотинной части водохранилища (рис. 43) в 1967, 1971 и 1973 годах содержание углекислого газа увеличивалось с глубиной. Например, в 1971 году концентрация диоксида углерода на поверхности составляла 8 мг/л, а в придонном слое – 7.5 мг/.л В приплотинной части водохранилища содержание углекислого газа с глубиной изменяется мало. Разность между поверхностными слоями и придонными редко превышает 1 мг/л.
Рис.44. Изменение содержания кислорода по глубине в период осенних паводков на <