Сольовий склад та мінералізація води Білозерського лиману
Загальні дані Білозерський (Білозірський) лиман розташований у межах Кам'янсько-Дніпровського району Запорізької області. Лиман лежить у зниженні надзаплавної тераси Дніпра, у західній частині Кам'янського поду. Береги низькі, пологі, подекуди заболочені. Водний режим регулюється Каховським водосховищем, від якого лиман відокремлений греблею. Довжина лиману 6,2 км, ширина до 3,2 км, площа 15,6 км², глибина до 3 м. Прозорість води близько 1 м. Донні відклади представлені чорним мулом з домішками детриту. У лиман впадає мала річка Велика Білозерка. На р. В. Білозерка є такі великі водосховища, як Білозерське, Калинівське та Чапаївське та ставки. Вони утворені для утримання весняної повені і для запобігання наслідків шкідливої дії вод на нижче розташовані населені пункти, промислові об'єкти; під час літньої межені — підтримання необхідних позначок для риборозведення.
У геоморфологічному відношенні територія займає другу надзаплавну терасу р. Дніпро з абсолютними відмітками 16-. Поверхня її майже рівна, з невеликими западинами і похилом поверхні до Каховського водосховища та корінного плато.
За кліматичними умовами район досліджень відноситься до напівпосушливої степової зони півдня України. Середньорічна температура повітря дорівнює 10 °C. Найтепліший місяць — липень із температурою 23—24 °С при максимальному значенні 38—40 °C. Найнижча температура повітря в січні — лютому –2...+4 °C, в окремі роки знижуючись до –35 °C. Унаслідок частих відлиг і малої товщини сніговий покрив нестійкий 5-. Число днів зі снігом 25—40. Період з температурою вище 5 °C близько 230 днів. Безморозний період 160—200 днів . Середньорічна кількість атмосферних опадів незначна і коливається від 300 до . Розподіл опадів по місяцях нерівномірний. Опади влітку випадають у вигляді короткочасних ливнів, які змінюються довгими періодами без опадів. Атмосферних опадів як за кількістю, так і за розподілом в часі недостатньо для розвитку сільськогосподарських культур.
Розвантаження фільтраційних, атмосферних і зрошувальних вод навколишніх територій здійснюється в Білозерський лиман та Каховське водосховище. Мінералізація ґрунтової води не перевищує 2,0 г/дм3. Тип мінералізації гідрокарбонатний магнієво-натрієвий (табл. 1).
Таблиця 1. Хімічний склад ґрунтової води Камянсько-Дніпровської дослідної станції Дата
відбору пробСухий
залишок, мг/дм3рНУміст, мг/дм3СО32-НСО3-SO42-Cl-Ca2+Mg2+Na+К+28.05.19931622,047,75—327,05455,88399,88198,2064,53170,06,521.06.1993956,218,05—295,32242,56129,4068,1472,79145,03,016.08.19931595,687,65—317,29465,90369,06210,4256,51170,06,527.08.19931297,127,73—312,41237,27371,87160,9277,65133,07,0 Білозерський лиман є джерелом води для поливу сільськогосподарських культур зрошуваних земель Кам'янського поду.
Сольовий склад та мінералізація води Основні статистичні характеристики кількісної мінливості варіаційних рядів свідчать про значну мінливість майже всіх компонентів хімічного складу й загальної мінералізації природної води Білозерського лиману (табл. 2).
Таблиця 2. Статистичні характеристики кількісної і якісної мінливості головних іонів та мінералізації води Білозерського лиману за 1940—2010 рр. ПоказникиСереднє
значенняСтандартна
похибкаСтандартне
відхиленняМінімальне
значенняМаксимальне
значенняРівень надійності (95 %)СО32-, мг/дм39,110,7610,57043,21,50НСО3-, мг/дм3212,043,8854,7587,8390,47,65Cl-, мг/дм3377,2715,13213,4029,8904,129,83SO42-, мл/дм3318,746,0885,7743,5666,211,99Ca2+, мг/дм365,101,5521,8613,8170,743,06Mg2+, мг/дм357,691,4820,887,9132,02,92Na+, мг/дм3246,937,28102,7536,7550,014,36K+, мг/дм310,150,243,453,027,00,49Заг. мін., мг/дм31204,1325,28356,64358,32242,749,86рН, од.8,480,030,447,410,00,06Жорсткість, мг-екв/дм36,860,262,142,6612,080,51 Розподіл варіант у більшості варіаційних рядів хімічного складу природної води має близький до нормального. Умови нормальності розподілу підтверджуються правилом трьох сигм, коли потроєне стандартне відхилення середньоарифметичної завжди більше асиметрії (показник скошеності кривої вибіркового розподілу) і ексцесу (показник гостровершинності кривої вибіркового розподілу), а 99,73 % усіх варіант знаходяться в довірчому інтервалі від -3d до + 3d .
А розподіл варіант хлору має не нормальний, а зрізаний від’ємний ексцесивний розподіл, коли в центрі не вершина, а впадина і варіаційна крива стає двохвершинною. Такий розподіл підтверджує той факт, що у вибірку потрапили представники декількох сукупностей з різними середніми для гідрокарбонатного кальцієвого та хлоридного натрієвогого складу.
Емпіричні криві розподілу вибіркової сукупності мають переважно позитивну помірну асиметрію.
Хімічний склад води досить строкатий і непостійний протягом сезону, що залежить від природних факторів і водообміну з Каховським водосховищем. У межах поливних сезонів мінералізація води коливалася від 358 до 2242 мг/дм3. Вміст карбонатного іона сягає 40 мг/дм3, гідрокарбонатів — 170—390, сульфатів — 106—666, хлоридів 114—904, кальцію — 44—170, магнію — 39—132, натрію — 175—550, калію — 3—27 мг/дм3. Величина водневого показника рН змінювалася від 7,4 до 10,0 при середньоарифметичному значенні 8,66, тобто вода лиману має лужну і сильно лужну реакцію, що вище допустимих вимог для зрошення (табл. 2) .
Найвищу мінералізацію води в Білозерському лимані спостерігали в 1973 — 1978 рр., яка часто була близькою або й перевищувала 2000 мг/дм3.
Концентрація хлоридів змінювалась від 29,8 (18.05.77 р.) до 904,1 (5.04.1973 р.) мг/дм3. Концентрацію Cl- нижчу за ГДК для водойм рибогосподарського призначення (≤ 300 мг/дм3) мали 39,1 % проб води, меншу за ГДК для водойм господарсько-побутового призначення (≤ 350 мг/дм3) — 49,7 % проб води.
Уміст сульфатів змінювався від 43,5 (2.06.1980 р.) до 666,2 мг/дм3 (24.06.1992 р.). Концентрацію SO42- нижчу за ГДК для водойм рибогосподарського призначення (≤ 100 мг/дм3) мали лише 3,0 % проб води, меншу за ГДК для водойм господарсько-побутового призначення (≤ 500 мг/дм3) — 98 % проб води.
Уміст гідрокарбонатів мав найменші коливання від 87,8 (11.07.77 р.) до 390,4 (25.10.1966 р.) мг/дм3.
Серед катіонів у воді лиману частіше переважав натрій. Його концентрація разом з калієм коливалась від 36,7 (25.03.40) до 550 (10.10.78) мг/дм3. Концентрацію Na+ нижчу за ГДК для водойм рибогосподарського призначення (≤ 120 мг/дм3) мали лише 7,1 % проб води, меншу за ГДК для водойм господарсько-побутового призначення (≤ 200 мг/дм3) — 40,6 % проб води.
Уміст магнію коливався від 7,9 (1.10.57) до 132 (21.05.73) мг/дм3. Концентрацію магнію нижчу за ГДК для водойм рибогосподарського призначення (≤ 40 мг/дм3) мали лише 16,8 % проб води, меншу за ГДК для водойм господарсько-побутового призначення (≤ 50 мг/дм3) — 31,5 % проб води.
Кальцій змінювався від 13,8 (7.09.1966) до 170,74 (17.10.1979) мг/дм3. Жодна з проб води Білозірського лиману не перевищувала ГДК для водойм рибогосподарського призначення за вмістом кальцію.
Динаміка мінералізації й хімічного складу води лиману в часі свідчить про зростання загальної мінералізації протягом 1955—1980 рр. Пізніше спостерігали деяке зниження вмісту головних іонів і стабілізації хімічного складу протягом наступного періоду до 2010 р. (табл. 3). За хімічним складом вода Білозерського лиману у всі роки досліджень мала хлоридно-сульфатний натрієвий, рідше — сульфатно-хлоридний натрієвий склад.
Вода Білозерського лиману у 1940—1960 рр. належала до прісної α-олігогалинної, в 1961—2010 рр. — до солонуватої β-мезогалинної .
Таблиця 3. Динаміка зміни мінералізації й хімічного складу води Білозерського лиману за 1940—2010 рр. Показники1940—19601961—19701971—19801981—19901991—20002001—2010СО32-, мг/дм317,117,78,884,18,511,4НСО3-, мг/дм3202,1248,9186,9214,8251,3226,5Cl-, мг/дм3154,1220,6559,1292,9266,4290,7SO42-, мл/дм3196,7214,2223,7194,6315,6336,6Ca2+, мг/дм363,341,170,963,469,068,9Mg2+, мг/дм333,346,064,754,866,864,9Na+, мг/дм3136,5207,3331,9184,1210,9239,5K+, мг/дм37,19,311,79,09,69,6Заг. мін., мг/дм3788,41002,21457,31017,61198,51248,6рН, од.8,568,828,508,328,378,55Жорсткість, мг-екв/дм35,905,848,877,688,958,79 За середньоарифметичною сумою іонів вода лиману характеризувалась таким чином: 1940—1960 рр. — 3 категорія якості (добра), 1961—1970, 1981—2010 рр. — 4-та категорія якості (задовільна), 1971—1980 — 5-та категорія якості (посередня) [10, 26, 29].
За умістом хлоридів вода Білозерського лиману в 1940—1960 рр. належала до 5-ї категорії якості (помірно забруднена); 1961—1970, 1981—2010 рр. — до 6: 1971—1980 — до 7-ї категорії якості (сильно забруднена). За вмістом сульфатів вода в 1940—1960, 1981—1990 рр. — належала до 5 категорії якості; у 1961—1980 рр. — до 6; у 1991—2010 рр. — до 7-ї категорії якості (дуже брудної).
Жорсткість води лиману за період спостережень змінювалась від 2,6 (2.06.1980 р.) до 14,72 (24.06.1992 р.) мг/дм3. Середньоарифметичні значення жорсткості води за окремі періоди досліджень змінювались від 5,84 (1961—1970 рр.) до 8,87 мг/дм3 (1971—1980 рр.) (табл. 3). Отже, вода озера після 1971 р. є жорсткою для водопостачання .
Іригаційна оцінка якості води Виконана іригаційна оцінка води Білозірського лиману за методикою Буданова (співвідношення Na+/Ca2+) , свідчить про свідчить про варіювання показника в межах від 0,47 (12.02.1973 р.) до 15,79 (10.06.1986 р.) при середньоарифметичному значенні 3,55 за весь період досліджень(табл. 4).
У 89,6 % проб води озера співвідношення Na+/Ca2+ було більшим граничнодопустимого рівня (< 1,0), тобто вода потребувала поліпшення хімічного складу шляхом внесення кальцієвих солей у вигляді гіпсу, фосфогіпсу, лігніну й ін. [2, 4, 7].
За виконаною іригаційною оцінкою за методикою Буданова , сума всіх речовин хімічного складу мг-екв/дм3 поділена на величину жорсткості (Са2+ + Mg2+) у воді лиману змінювалася від 2,71 (25.03.1940 р.) до 7,76 (1.10.1957 р.). При цьому, в 73,1 % проб значення перевищували 4, тобто граничний рівень придатності води для зрошення за цим показником. Середньозважений результат іригаційної оцінки за цією методикою (табл. 3) становить 4,76.
Таблиця 4. Оцінювання якості води Білозерського лиману за іригаційними показниками ІнгредієнтиУміст, мг/дм3Рівень надійності, 95,0 %ГДКМінімальнийМаксимальнийСереднійСтандартна
похибкаСтандартне відхиленняІригаційна оцінка якості води, мг-екв/дм3Na/Ca0,4715,793,550,131,910,26≤1,0Na/Ca+Mg0,362,811,350,050,450,06≤0,7Сума І/Са+Mg2,717,764,760,070,920,13≤4,0(Mg/Ca+Mg) 10013,4989,9260,131,3513,812,68≤50SAR1,5019,917,530,192,620,37≤8,0HCO3-Cа-3,545,520,710,140,700,27≤1,5Na+К/Сума катіонів24,3172,4155,120,608,471,18≤65,0НСО3, мг-екв/дм31,446,403,480,060,900,13≤3,5СО3, мг-екв/дм300,720,150,020,170,02Відс.Cl, мг-екв/дм30,8425,5010,640,436,020,84≤3,0∑солей екв. Cl1,9728,7013,540,425,950,82≤5,0 Середньозважене співвідношення Na+/Ca2++Mg2+ у воді лиману також перевищувало допустиму величину (0,7) і становило 1,35. Отже, за методикою іригаційної оцінки за Будановим вода Білозірського лиману непридатна для зрошення.
Важливим критерієм оцінювання якості води для зрошення є вміст у ній магнію за методикою Сабольч й Дараб, який негативно діє на ґрунти при його вмісті в поливній воді понад 50 % від суми кальцію і магнію . Уміст магнію до суми кальцію та магнію змінювався від 13,49 (15.06.1983 р.) до 89,92 % (14.04.1974 р.). За середньоарифметичним значенням співвідношення (Mg/Ca+Mg)х100) вода Білозерського лиману є непридатною для зрошення й викликає магнієве осолонцювання зрошуваних ґрунтів.
За методикою Департаменту сільського господарства США поливна вода з коефіцієнтом SAR, вищим за 8, вважається небезпечною, яка призводить до натрієвого осолонцювання ґрунтів . У воді лиману коефіцієнт SAR змінювався від 1,50 (25.03.1940 р.) до 19,91 (13.07.1977 р.) при середньоарифметичному значенні 7,53. Вода річки є сильно лужною з високою небезпекою натрієвого осолонцювання зрошуваних ґрунтів.