Донные отложения водоёмов. Их виды. Заиление водохранилищ

Замедленный водообмен в озерах, водохранилищах, прудах способствует осаждению и накоплению поступающих взвешенных, влекомых наносов, растворенных веществ. При накоплении донных отложений (заилении) изменяются морфометрические показатели водоемов; происходящие в грунтах дна и придонном слое воды химические и биологические процессы приводят к изменениям состава воды, ее оптических свойств, газового режима.
По происхождению частицы, составляющие донные отложения, бывают т е р р и г е н н ы е, поступающие с суши со стоком, с ветровым переносом или от разрушения берегов; х е м о г е н н ы е, образующиеся при химических процессах, и б и о г е н н ы е, связанные с биологическими процессами, главным образом остатки отмерших организмов. По составу и структуре выделяются в пресноводных водоемах две основные группы донных отложений с преобладанием органических веществ: сапропели и торфянистые (гуминовые) илы.
Сапропели (гнилостные илы) – отложения биогенного происхождения, состоящие главным образом из тонкого детрита – остатков планктона с более или менее значительными примесями остатков высшей водной растительности и минеральных частиц. Сапропели образуются преимущественно в озерах малой и средней глубины со слабощелочной водой, расположенных в лесной зоне. Толщина слоя их может достигать 20 – 40 м. Сапропель используется в сельском хозяйстве, медицине, промышленности.
Торфянистые (гуминовые) илы образуются также в озерах лесной зоны, лежащих в равнинной местности, питающихся стоком малых рек или болот. Вода их бедна минеральными и биогенными элементами, но насыщена органическими соединениями гуминовых веществ, не благоприятных для развития жизни. Донные отложения состоят в основном из остатков прибрежной водной растительности, деревьев. Структура их грубая, хлопьевидная, торфянистая. Минеральных частиц мало.
В озерах увлажненных районов образуются и минеральные отложения (железистые, известковые). Железистые отложения обладают в озерах Северо-Запада СНГ, где образуют железные руды, имеющие промышленное значение. В Карелии, например, насчитывается более 150 рудоносных озер. Известковые отложения образуются в результате химической или биологической седиментации углекислого кальция (СаСО3). В слабоминерализонных озерах они расположены в прибрежной части котловин, соответствующей эпилимниону, где седиментации СаСО3 благоприятствует высокая температура воды и наличие некоторых водных растений и представителей зообентоса, осаждающих кальций. Наиболее распространенные известковые отложения: озерный мел – почти чистый углекислый кальций; мергель – известняк с примесью глин; карбонат, состоящий из остатков раковин водных организмов; плотные корковые наросты на камнях, скалах, стеблях растений. Мергель и мел осаждаются преимущественно на литорали; ракушечник – на сублиторали; в профундали кальция мало. Накопления мергеля и мела наиболее интенсивно на юге лесной и в лесостепной зонах, толщина слоя мергеля иногда достигает 9 – 15 м. С переходом от увлажненной зоны к засушливой биологической седиментация кальция уменьшается, а химическая возрастает.
В накоплении донных отложений прослеживается периодичность, обусловленная сезонными и многолетними колебаниями режима водоемов. С ней связана характерная для озерных отложений слоистость, выраженная достаточно четко в тех водоемах, где перемешивание не достигает дна. Наиболее толстый слой ила обычно серо-зеленого цвета отлагается в конце лета и осенью при отмирании основной массы фитопланктона и весной в связи с увеличением твердого стока. Зимой и летом отлагается тонкий слой ила преимущественно темной окраски по причине образования в анаэробных условиях придонного слоя сульфидных соединений.
С жизнедеятельностью микроорганизмов (в основном микрофлоры) связаны биологические процессы в илах, обусловливающие разложение органического вещества с выделением газов, поднимающихся на поверхность водоемов. Из ила выделяется смесь газов, отличающихся постоянством состава: 75 – 95% метана, 5 – 15% водорода и до 3% двуокиси углерода.
Если в воде минеральных озер содержание ионов близко к насыщению, то при дальнейшей концентрации начинают выпадать из раствора различные соли. Озера, в которых происходит садка солей, называются самосадочными, а заполняющий их насыщенный раствор – рассолом или рапой. В некоторых озерах рапа сохраняется целый год, в других периодически пересыхает. Выпадающие из рапы соли подразделяются на новосадку, старосадку, коренную соль. Новосадка – соль, выпавшая в течение данного года и при изменении физико-химических условий могущая полностью или частично раствориться. Нерастворившаяся новосадка уплотняется в линзы или слои и превращается в старосадку, которая существует на дне несколько лет, пока при дальнейшей перекристаллизации и под давлением покрывающих ее других отложений не перейдет в корневую соль. Минеральные озера служат источником ряда ценных полезных ископаемых: поваренной соли, мирабилита, соды, гипса и др.
Особую группу донных отложений солевых озер составляют лечебные грязи – пелоиды. Они широко используются в медицине. Пелоиды образуются в непересыхающих минеральных водоемах, вода которых содержит сульфаты; с водосборов поступают глинистые частицы, железо, органические вещества; в придонных слоях создаются анаэробные условия и образуется сероводород. В составе грязей преобладают минеральные элементы. Грязи содержат бактериофаги и антибиотики, благодаря чему поглощают болезнетворные микробы. Они также оказывают термическое воздействие на кожу. Наиболее эффективны для лечения сероводородные грязи озер и лиманов.

Заиление водохранилища — это потеря объёма воды за счёт роста абсолютных отметок дна. Причины: поступление с водосбора взвешенных наносов, ветровой перенос летучих песков с суши, выпадение в осадок химических соединений, биомасса водной растительности, размыв берегов волновыми процессами, вымывание торфа из-под плавающих болот, которые условно находятся за границей водохранилища.

Процесс заиления водохранилищ сложный. Детально изучен в работе 1938 года

Мероприятия по борьбе с заилением рекомендуются следующие:

строительство водохранилищ не в основном русле, а в боковых балках;

отвод паводка через боковой канал;

устройство в начале водохранилища поперечных донных галерей;

устройство в плотине донных водоспусков;

устройство прудов в реках выше по течению;

создание объёмов для сбора наносов;

рациональный водный режим;

агротехника водосбора.

Основным способом, рекомендуемым «Руководством» в борьбе с заилением, является промывка наносов расходом воды, сбрасываемым из водохранилища. Практикуется оставлять водохранилище на зимний период без воды, если в ней нет потребности. Этого не делают ввегетационный период высшей водной растительности (камыш, тростник и др.), разрастающейся по площади акватории при глубине воды менее 1,5 м.