Мутность воды
Му́тность воды́, изменение прозрачности воды вследствие наличия в ней неорганических и органических взвешенных веществ различного происхождения, один из параметров качества воды. В гидрометрии это концентрация (содержание) взвешенных наносов в воде, отношение массы взвешенных веществ различного происхождения к единице объёма воды, выраженное в в граммах или килограммах на кубический метр. Мутность воды можно представить и в относительных единицах как отношение массы или объёма наносов к массе или объёму воды. По величине мутность воды в реках подразделяют на очень малую (менее 50 г/м3), малую (50–150 г/м3), среднюю (150–500 г/м3), большую (500–1000 г/м3), очень большую (1–4 кг/м3), чрезвычайно большую (более 4 кг/м3).
Реки Европейской части России характеризуются средней мутностью 100–500 г/м3, которая увеличивается с севера на юг от 20–50 г/м3 для рек бассейнов Белого и Баренцева морей до 700 г/м3 в реках бассейнов Чёрного и Азовского морей. Наибольшую мутность воды имеют реки с паводочным режимом, а также протекающие в условиях засушливого климата и легкоразмываемых грунтов. В пределах России и сопредельных государств максимальные значения мутность воды достигает в реках Кавказа и Центральной Азии – от 20–30 до 50 кг/м3. К наиболее мутным рекам на Земле можно отнести Куру, Терек, Сулак, Калаус, Амударью, Ганг и Хуанхэ. Средняя годовая мутность рек Терек, Амударья и Хуанхэ в условиях естественного режима составляла, например, 2,3; 5,8 и 25,8 кг/м3 соответственно (в половодье мутность воды Хуанхэ достигала 250 кг/м3). После зарегулирования стока, их мутность стала заметно меньше.
Наибольшая насыщенность потока взвесью на равнинных реках наблюдается на подъёме паводка, на его спаде мутность воды несколько снижается. В горных районах ливневые паводки выносят огромное количество взвеси и, несмотря на кратковременность, формируют чрезвычайно большие значения мутности воды. В период межени зимой мутность воды минимальна, что связано с преимущественно грунтовым питанием рек в это время года.
Мутность воды и крупность переносимых потоком частиц увеличиваются от поверхности ко дну. Количество транспортируемых потоком частиц в значительной мере определяется его скоростным режимом. При возрастании скоростей увеличивается мутность воды у поверхности и у дна потока, также возрастает крупность переносимых частиц. В результате повышенной мутности ухудшается потребительское качество воды, в частности повышается её бактериологическая загрязнённость, т. к. взвешенное вещество защищает бактерии и микроорганизмы при ультрафиолетовом обеззараживании воды или при любой другой процедуре дезинфекции.
В водных объектах мутность воды определяется различными способами. Прямой, довольно трудоёмкий, но до сих пор используемый метод (в частности, в научных исследованиях) – фильтрование проб воды известного объёма через мембранный фильтр; определение разницы его веса до и после фильтрования даёт абсолютное значение мутности воды в граммах на кубический метр. Современные косвенные методы определения мутности воды основаны на измерении интенсивности света, рассеянного исследуемой дисперсной системой под углом 90º (нефелометрия) и прошедшего через неё (турбидиметрия). Приборы, осуществляющие регистрацию, называются нефелометрами (нефелометрическими турбидиметрами) и турбидиметрами соответственно. Большинство современных приборов основано на принципе нефелометрии. Калибровка приборов осуществляется по стандартам мутности по взвеси формазина – синтетического полимера с однородным составом частиц (в соответствии со стандартом ISO 7072). Мутность измеряют в единицах мутности по формазину (ЕМФ) на литр или ЕМ/литр (англ. FTU, Formazine Turbidity Unit или FNU, Formazine Nephelometric Unit). Агентство защиты окружающей среды США и Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) используют для измерения мутности единицу NTU (Nephelometric Turbidity Unit).
1 ЕМФ = 1 ЕМ/литр = 1 FTU = 1 FNU = 1 NTU.
Пересчёт нефелометрических единиц в граммы на кубический метр зависит от состава и размеров взвешенных частиц и производится через калибровочную зависимость мутности, определённой в одних и тех же образцах двумя способами – нефелометрическим и фильтрованием.
Мутность воды можно также оценивать с помощью доплеровских измерителей скорости потока (при измерении расхода воды в реках). Ещё один косвенный метод измерения мутности – определение яркостных характеристик пикселов при дешифрировании космических снимков. Для построения калибровочной зависимости и перевода яркости пикселов в стандартные значения мутности необходимы подспутниковые наблюдения, охватывающие весь диапазон изменения мутности воды в водном объекте. Мутность воды используется для определения стока взвешенных наносов.