Оценка влияния гидродинамического режима на развитие фитопланктона и качество воды Куйбышевского водохранилища

А.В. Рахуба

Самарский федеральный исследовательский центр РАН,

Институт экологии Волжского бассейна РАН, г. Тольятти, 445003, Россия

Полный текст PDF

DOI: 10.26907/2542-064X.2020.3.430-444

Для цитирования: Рахуба А.В. Оценка влияния гидродинамического режима на развитие фитопланктона и качество воды Куйбышевского водохранилища // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки. – 2020. – Т. 162, кн. 3. – С. 430–444. – doi: 10.26907/2542-064X.2020.3.430-444.

For citation: Rakhuba A.V. Assessment of the influence exercised by the hydrodynamic regime on the phytoplankton development and the water quality of the Kuibyshev Reservoir. Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta. Seriya Estestvennye Nauki, 2020, vol. 162, no. 3, pp. 430–444. doi: 10.26907/2542-064X.2020.3.430-444. (In Russian)

Аннотация

По результатам натурных гидроэкологических наблюдений в Куйбышевском водохранилище за 2016-2017 гг. и расчетов скоростей течения на двумерной численной гидродинамической модели оценена роль гидродинамического режима в формировании фитопланктона и качества воды. Предложенная модель разработана на основе уравнений «мелкой воды» и реализована для участка водохранилища на прямоугольной пространственной сетке с шагом 200 м. Численное моделирование осуществлялось для осредненных по глубине скоростей течения в водохранилище. Проведена серия модельных расчетов и выявлена зависимость развития фитопланктона от режима регулирования стока. Анализ данных наблюдений и результаты моделирования показали, что удельная скорость роста фитопланктона на порядок выше скорости водообмена в Куйбышевском водохранилище. Установлено, что биомасса фитопланктона меняется по степенному закону с изменением средних скоростей течения в водохранилище, а увеличение проточности в период летней межени заметно снижает содержание органических веществ в воде и даже позволяет предотвратить цветение цианобактериями.

Ключевые слова: фитопланктон, эвтрофирование, качество воды, гидродинамика, гидрохимия, численная модель, Куйбышевское водохранилище

Благодарности. Автор благодарит сотрудников ИЭВБ РАН Л.Г. Тихонову, Н.Г. Тарасову и Е.С. Кривину, участвовавших в экспедиционных исследованиях Куйбышевского водохранилища и оказавших большую помощь в обработке данных.

Литература

1. Гусева К.А. Цветение воды, его причины, прогноз и меры борьбы с ним // Тр. Всесоюз. гидробиол. о-ва. – 1952. – Т. 4. – С. 3–92.
2. Гусева К.А., Приймаченко А.Д. Фитопланктон Волги от верховьев до Волгограда // ВОЛГА-I. Проблемы изучения и рационального использования биологических ресурсов водоемов: материалы первой конф. по изучению водоемов бассейна Волги. – Куйбышев, 1971. – С. 98–107.
3. Даценко Ю.С. Эвтрофирование водохранилищ: гидролого-гидрохимические аспекты. – М.: ГЕОС, 2007. – 252 с.
4. Картушинский А.В. Численное моделирование влияния гидрофизических условий на формирование пространственных неоднородностей фитопланктона. Автореф. дис. … канд. физ.-мат. наук. – Красноярск, 1998. – 22 с.
5. Приймаченко А.Д. Течение как фактор, определяющий развитие фитопланктона в водотоках // Первичная продукция морей и внутренних вод. – Минск: М-во высш., сред. спец. и проф. образования БССР, 1961. – С. 314–318.
6. Приймаченко А.Д. Фитопланктон и первичная продукция Днепра и днепровских водохранилищ. – Киев: Наукова думка, 1981. – 278 с.
7. Рахуба А.В. Имитационное моделирование роста биомассы фитопланктона в Куйбышевском водохранилище // Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление. – 2018. – № 1. – С. 76–87.
8. Рахуба А.В., Тихонова Л.Г. Оценка пространственно-временного распределения трофических характеристик Куйбышевского водохранилища // Изв. СамНЦ РАН. – 2016. – Т. 18, № 5-2. – С. 349–355.
9. Россолимо Л.Л. Загрязнение вод и антропогенное эвтрофирование внутренних водоемов // Гидробиол. журн. – 1975 – Т. 11, № 1. – С. 5–11.
10. Сиренко Л.А., Гавриленко М.Я. «Цветение» воды и эвтрофирование. – Киев: Наукова думка, 1978. – 232 с.
11.  Топачевский А.В., Сиренко Л.А., Цееб Я.Я. Антропогенное эвтрофирование водохранилищ, «цветение» воды и методы его регулирования // Водн. ресурсы. – 1975. – № 1. – С. 48–60.
12. Шпет Г.И., Кубышкин Г.П. О зависимости «цветения» воды от интенсивности водообмена // Гидробиол. журн. – 1968. – Т. 4, № 5. – С. 55–57.
13. Dillon P.J. The phosphorus budget of Cameron Lake, Ontario: The importance of flushing rate to the degree of eutrophy of lakes // Limnol. Oceanogr. – 1975. – V. 20, No 1. – P. 28–39. – doi: 10.4319/lo.1975.20.1.0028.
14. Hammer U.T. The succession of “bloom” species of blue-green algae and some causal factors // Verh. Int. Limnol. – 1964. – V. 15, No 2. – P. 829–836. – doi: 10.1080/03680770.1962.11895611.
15. Harper D. Eutrophication of Freshwaters. – London: Chapman & Hall, 1992. – viii + 327 p. – doi: 10.1007/978-94-011-3082-0.
16. Vollenwaider R.A. Input-output models with special reference to the phosphorus loading concept in limnology // Schweiz. Z. Hydrol. – 1975. – V. 37, No 1. – P. 53–84. – doi: 10.1007/BF02505178.
17. Straškraba M., Tundisi J.G., Duncan A. (Eds.) Comparative Reservoir Limnology and Water Quality Management. – Dordrecht: Springer, 1993. – x, 294 p.
18. Straškraba M, Gnauck A. Freshwater ecosystems. Modelling and simulation // Developments in Environmental Modelling. V. 8. – Amsterdam, Oxford, New York, Tokyo: Elsevier, 1985. – 309 p.
19. Straškraba M. Coupling of hydrobiology and hydrodynamics: Lakes and reservoirs // Coastal and Estuarine Studies. V. 54: Physical Processes in Lakes and Oceans / Ed. by J. Imberger. – Am. Geophys. Union, 1998. – P. 623–644. – doi: 10.1029/CE054.
20. Быковский В.И. Движение водных потоков и фитопланктона // Гидробиол. журн. – 1978. – T. 14, № 2. – С. 40–47.
21. Быковский В.И. Характеристики движения воды и размножение водорослей // Гидробиол. журн. – 1984. – Т. 20, № 4. – С. 39–44.
22. Крейман К.Д., Голосов С.Д., Сковородова Е.П. Влияние турбулентного перемешивания на фитопланктон // Водн. ресурсы. – 1992. – Т. 19, № 3. – С. 92–97.
23. Гидрометеорологический режим озер и водохранилищ СССР: Куйбышевское и Саратовское водохранилища / Под ред. В.А. Знаменского, В.М. Гейтенко – Л.: Гидрометеоиздат, 1978. – 269 с.
24. Изменения уровней водохранилищ ГЭС РусГидро. – URL: http://www.rushydro.ru/ hydrology/informer/.
25. Рахуба А.В. Пространственно-временная изменчивость качества вод Саратовского водохранилища в условиях неустановившегося гидродинамического режима (натурные эксперименты и численное моделирование): Дис. … канд. техн. наук. – Екатеринбург, 2007. – 188 с.
26. Рахуба А.В. Опыт использования измерительно-вычислительной системы «Хитон-Волна» в гидроэкологических исследованиях прибрежной акватории г. Тольятти // Экологические проблемы промышленных городов: Сб. 8-й Междунар. науч.-практ. конф. – Саратов: Изд-во СГТУ, 2017. – С. 484–488.
27. Лунд Д.В. Значение турбулентности воды в периодичности развития некоторых пресноводных видов рода Melosira (Algae) // Ботан. журн. – 1966. – Т. 51, № 2. – С. 176–187.
28. Петрова Н.А. Роль гидрологических факторов в развитии фитопланктона крупных озер Северо-Запада СССР // Биология озер: Тр. Всесоюзн. симпозиума по основным проблемам пресноводных озер. – Вильнюс, 1970. – Т. 3. – С. 46–54.
29. Петряхина Е.В., Селезнев В.А. Влияние недельного режима регулирования водного стока Волги на массовое развитие фитопланктона // Самарская Лука: проблемы региональной и глобальной экологии. – 2016. – Т. 25, № 1. – С. 170–175.
30. Садчиков А.П. Продуцирование и трансформация органического вещества размерными группами фито- и бактериопланктона (на примере водоемов Подмосковья): Автореф. дис. … д-ра биол. наук. – М., 1997. – 53 с.
31. Ступишин А.В., Трофимов А.М., Широков В.М. Географические особенности формирования берегов и ложа Куйбышевского водохранилища. – Казань: Изд-во Казан. ун-та, 1981. – 184 с.

Поступила в редакцию

03.03.2020

Рахуба Александр Владимирович, кандидат технических наук, старший научный сотрудник

Самарский федеральный исследовательский центр РАН, Институт экологии Волжского бассейна РАН

ул. Комзина, д. 10, г. Тольятти, 445003, Россия

E-mail: rahavum@mail.ru

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.