В середніх та приплотинних ділянках водосховища швидкості течії незначні (0,01-0,1 м/с) або ж течії відсутні зовсім. Тому біомаса фітопланктону в періоди інтенсивного зацвітання сягає тут 40-60 г/м куб. та вище, між тим як при кількості біомаси більше ніж 15 г/м куб. вже виникає загроза біологічного забруднення і появи токсикантів. Внаслідок такого скупчення водоростей тут спостерігається особливо яскраво виражена киснева стратифікація.
Ранньою весною і восени через вітрове перемішування та невелику роль процесів фотосинтезу стратифікація О2 та СО2 спостерігається рідко, а пізно восени вона відсутня повністю, і перед ледоставом усі шари приблизно однаково насичені киснем, кількість якого в цей час може сягати 9-12,5 мг/л.
Джерелом СО2 у водосховищах є процеси окислення органічних речовин, різні види розкладу та дихання. Зменшення двуокису вуглецю відбувається при фотосинтезі та виділенні СО2 в атмосферу.
Концентрація двуокису вуглецю залежить від сезону, біологічних та біохімічних процесів. Максимальна концентрація спостерігається у період ледоставу (50-70 мг/л). Влітку у придонних шарах води за рахунок процесів розкладу відбувається накопичення СО2 до 5-10, а іноді й до 20-45 мг/л.
Органічні речовини. До органічних речовин, що найчастіше зустрічаються у водосховищах, належасть органічний вуглець, органічні азот та фосфор, білки, пептиди та амінокислоти.
Вміст органічного вуглецю (через те, що у водосховищі одночасно йдуть два протилежно направлені процеси - синтез органічних речовин та їх деструкція) на різних ділянках помітно відрізняється. Підвищена концентрація органічного вуглецю може бути пов’язана як із надходженням гуміфіційованих вод з річок, що впадають у водосховище, так і з великою біопродуктивнітю.
Максимум вмісту органічного вуглецю спостерігається у весняно-літній період, при максимальній фотосинтетичній активності фітопланктону. Коли ж процеси деструкції починають переважати над процесами фотосинтезу, кількість Сорг зменшується.
У каскаді в нижніх водосховищах може спостерігатися аномальна динаміка концентрації вуглецю: максимум його вмісту припадає на зимовий період із подальшим зменшенням з весни до осені. Це пояснюється, вочевидь, накопиченням протягом вегетаційного періоду органічних речовин та їх надходженням із водосховищ, розташованих вище по каскаду.
Вертикальна стратифікація вмісту органічного вуглецю спостерігається, зазвичай, у глибоководних та застійних зонах. У весняно-літній період збільшується відносна концентрація летких органічних сполук, що пов’язано із фотосинтетичними та деструктивними процесами. В період масового розвитку фітопланктону частка летких органічних сполук може сягати 50% і більше загального вмісту органічних речовин.
Загальний та неорганічний азот є основним джерелом біогенного азоту у водних екосистемах. Це - амонійний азот та інші відновлені мінеральні його форми, органічні азотвмісні сполуки різних класів. Більшість органічних азотвмісних сполук легко піддаються деструкції та мінералізації, утворюючи основний фонд азоту, який витрачається під час фотосинтезу.
Істнує певна закономірність у сезонній динаміці вмісту азоту: влітку його концентрація зростає, восени зменшується. Високі концентрації органічного азоту спостерігаються у багатоводні роки, коли затоплення частини берегової зони водосховищ супроводжується надходженням у них великої кількості біоелементів.
Різниця між вмістом мінеральних та органічних форм азоту досягає свого максимуму взимку, коли більша частина утворених азотвмісних речовин вже мінералізувалася.
Щодо органічного фосфору, то його концентрація найменша взимку, весною збільшується й до літа знову падає. Для співвідношення між мінеральними та органічними формами фосфору не відмічається такої закономірності, як для азотвмісних сполук, оскільки концентрація мінерального та органічного фосфору у воді залежить не лише від продукційно-деструкційних процесів, а й від фізико-хімічних умов на межі донні відклади-вода, які визначають напрямок та інтенсивність сорбційно-десорбційних процесів.
Мінімальний вміст розчинних білків спостерігається навесні, максимальний - у осінньо- зимовий період. Сезонна динаміка визначається протіканням двох протилежно направлених процесів: надходження білків при лізісі клітин гідробіонтів, кількість яких пропорційна біопродуктивності водосховища, та деструкції білків, яка відбувається завдяки мікроорганізмам. І той і інший процес залежить від гідрохімічного режиму, пори року, трофності водоймища.
При масовому “цвітінні” водоростей та їх відмиранні концентрація білків може підвищуватись до 2 мг/л і вище; рано навесні, коли фотосинтіз ще не дуже інтенсивний концентрація не первищує 0,2-0,1 мг/л. Максимальна концентрація амінокислот спостерігається у вегетаційний період.
Сумарний вміст білків, амінокислот пептидів у донних відкладах зазвичай у два рази перевищує їх вміст у воді.
Ще однією органічною компонентою у водосховищах є феноли, основним природнім джерелом яких є продукти розкладу фітопланктону, вищої водної та наземної рослинності. Особливо велика кількість фенолів утворюється при біохімічному розкладі лігнінів, які входять до складу вищих водних та наземних рослин. Максимальний вміст фенолів спостерігається у місцях скупчення водоростей в період їх вегетації, особливо у плямах “ цвітіння”. Влітку порівняно з весною вміст фенолів у воді може збільшуватись у 8,5 рази.
Вплив затоплених грунтів
При зарегулюванні стоку й створенні водосховищ частина береговой зони колишньої річки затоплюється, що призводить до змін у гідрохімічному режимі водосховища. У перші 2-3 роки після зарегулювання стоку за рахунок контакту з грунтами і розкладу затопленої рослинності у воді накопичуються органічні речовини із високим вмістом амінного й амідного азоту, вуглеводнів, амінокислот. Розвиток у затоплених грунтах біопроцесів при обмеженому доступі кисню веде до утворення різко відновлювальних умов, які сприяють переходу в розчинний стан значної кількості матганцю, азоту, заліза й фосфору. До погіршення якості води призводить й вимивання з грунтів біологічно стійких гумусових речовин.
Пребудова біоти
Фітопланктон
Зарегулювання стоку, створення водосховищ та їх каскадів призводить до суттєвих змін біології річки й змінює якісний склад фітопланктона. У першу чергу це проявляється у істотному збільшенні кількості зелених та синьозелених водоростей.
На формування видового складу фітопланктону впливає положення водосховища у каскаді. У середніх та нижніх водосховищах каскаду видовий склад істотно бідніє, і, навіть якщо водообмін значний, виникає “цвітіння” води.
Видовий склад водоростей суттєво відрізняється й по ділянкам водосховищ. Найбагатшим на види є фітопланктон верхніх і річкових плесів, у нижній та середній частинах, зазвичай, видів менше (хоча біомаси більше).
Створення водосховищ, використання їх водних та біологічних ресурсів зумовлюють інтенсифікацію “цвітіння” води. Найбільш поширеним і відомим є “цвітіння” синьозелених водоростей (хоча, звісно, “цвітуть” і діатомові й зелені).
Завдяки наявності газових вакуолей, при штильовій погоді синьозелені водорості вспливають на поверхню води, утворюючи плями “цвітіння” специфічного синювато-зеленого забарвлення.
В плямах “цвітіння” розвиваються явища біологічного забруднення і самозабруднення. У цьому випадку виділяюьтся продукти розпаду водоростей - аміак, феноли, цианіди; вміст розчинених органічних речовин перевищує норму за вуглецем у 20-40 разів, за азотом - у 30-150, за фосфором - у 20-25 разів. Загальна кількість бактерій збільшується у 25-100 разів, а гетеротрофних - до 400 разів.
Домінуванню синьозелених водоростей та інтенсифікації їх розмноження сприяють багато факторів. Зменшення протоковості й водообміну, уповільнення швидкості течії (синьозелені - стагнофіли), збільшення прозорості води при відстоюванні, накопичення біогенних елементів та органічних сполук при створенні водосховища та подальшому природньому та антропогенному його евтрофуванні; пониження рівня кисневого насичення води та нарастання відновленості середовища у придонних шарах через заїлення, а також високий коефіцієнт розмноження водоростей (потомство однієї клітини за вегетаційний період складає 10 особин); стійкість їх до відсутності світла, коливань температури; висока рістінгібуюча активність метаболітів синьозелених водоростей по відношенню до йнших представників альгофлори; токсичність й низький коефіцієнт використання їх у харчових ланцюгах; відсутність серед гідробіонтів водосховищ активних споживачів цього виду, що регулювали б його чисельність.
Іхтіофауна.
Після зарегулювання стоку у видовому та кількісному складі іхтіофауни відбуваються помітні зміни. У зв’язку із різким зменшенням водообміну та швидкостей течії, збільшенням глибини та ширини акваторій кількість реофільних видів риб скорочується, в той час як кількість лімнофільних видів, навпаки, зростає.
Плотини водосховищ створюють перешкоду для прохідних риб; окрім цього ті риби, що проникають крізь рибопропускні споруди, зазвичай не знаходять у водосховщах сприятливих умов для розмноження через слабку проточність та заїлення нерестовищ. Тому якщо деякі види прохідних риб і продовжуються існувати, їх чисельність швидко зменшується, і вони концентруються в основному у верхів’ях, де зустрічаються піщано-галечні грунти й спостерігається підвищена проточність.
Процес формування іхтіофауни у водосховищах супроводжується випадінням окремих її видів і значною внутрішньопопуляційною диференціацією. Після створення водосховищ, особливо у перші роки їх існування, видовий склад фауни збіднюється. З віком водосховища кількість видів риб у них може збільшуватись як за рахунок спрямованого так і стихійного вселення.