Состав и свойства поверхностных вод характеризуют показатели: соотношение веществ, присутствующих во взвешенной и истинно растворимой фракции, общая минерализация вод, электропроводность, ионный состав, уровень pH. Очень важно присутствие веществ в твердых фазах, они формируют донные отложения.
Соотношение химических веществ в растворенном и взвешенном состоянии зависит и от свойств веществ, и от формы поступления их из природных и техногенных источников. Любые изменения в составе вод более отчетливо выражены в составе донных отложений, они и сохраняются дольше. Нередко отдельные техногенные факторы не вызывают существенных изменений в составе истинного раствора, при этом ни уровень pH, ни ионный состав не показывают антропогенных нарушений, а локальные изменения в составе донных отложений, особенно в местах сброса вод из штолен и хвостохранилищ, свидетельствуют о размерах загрязнения водной системы.
Состав поверхностных вод природных ландшафтов изучен основательно. Воды Европейской части России нейтральные, гидрокарбонатно-кальциевые. Они слабо минерализованы, солей в них содержится 200—400 мг/л. Состав вод динамичен.
Состав вод меняется под влиянием техногенной нагрузки. Загрязняющие вещества поступают в поверхностные воды за счет выбросов (жидких и газообразных) промышленных и коммунальнобытовых отходов, переноса веществ в результате водной эрозии, латерального потока и внутрипочвенной миграции. Грунтовые воды могут быть загрязнены также и при внутрипочвенном захоронении загрязняющих веществ.
Под влиянием техногенной нагрузки прежде всего меняется состав взвеси и увеличивается доля веществ в составе взвеси. В результате механической миграции соотношение между литофильными элементами и загрязняющими во взвеси меняется в пользу последних. Например, в фоновых условиях отношение Me в растворе/Ме во взвеси составляет для Zn 12—26, для Cu 2—4, для Mn 0,3—3, в техногенной зоне металлы концентрируются во взвеси (т. е., это отношение снизилось до значений < 1).
За счет техногенной аккумуляции в донных осадках могут образоваться техногенные геохимические аномалии. В них повышается степень накопления химических элементов, расширяется их перечень по сравнению с природными, состав парагенетических ассоциаций проявляет все большее сходство с пылеватой составляющей выбросов.
Под влиянием загрязнения меняется состав растворенной фракции. Повышается минерализация вод. Изменение состава вод связано с источниками загрязнения. Поверхностные воды городов становятся нередко солоноватыми с концентрацией солей до 1 г/л и более. Гидрокарбонатный состав вод сменяется в техногенной зоне на гидрокарбонатно-сульфатный, а в городах даже на хлоридно-натриевый. Содержание сульфатов и фосфатов увеличивается в десятки и сотни раз. Жидкие отходы сталелитейного производства меняют состав вод на хлоридно-кальциевый.
Загрязненные поверхностные воды способны к самоочищению. Самоочищение загрязненных вод происходит преимущественно за счет удаления загрязняющих вод в форме взвеси. Соотношение частиц металлов с переменной валентностью в водах может быть изменено под влиянием окисления ионов металлов перекисью водорода, постоянно присутствующей в водах в различных количествах. Донные отложения поверхностных водотоков служат приемником различных промышленных и сельскохозяйственных отходов, поступающих со сточными водами. Они являются конечным звеном переноса веществ с водосборной территории и их аккумуляции с русловыми отложениями. В случае загрязнения этих территорий в донных отложениях создаются специфические техногенные геохимические аномалии. По этой причине они традиционно используются для выявления состава, интенсивности масштаба техногенного загрязнения.
Техногенные геохимические аномалии загрязненных рек отличаются полиэлементным составом. Выявлены закономерности в формировании состава геохимических ассоциаций и интенсивности концентрирования химических элементов в донных отложениях рек, подверженных воздействию отходов разных видов производственной деятельности (Янин, 2002).
В донных отложениях горнорудных районов наблюдаются техногенные геохимические аномалии, отличающиеся от природных аналогов. Часто интенсивность концентрирования элементов-примесей в донных отложениях выше, чем в главных компонентах добываемых руд. Она нарастает в ряду: разведка—добыча-обогащение—переработка руд. Поступают загрязняющие вещества в донные отложения с аэрозольными выбросами, с отвалами горных пород и из хвостохранилищ, влияющих на состав поверхностного стока на территории горнорудного комплекса. Уровни содержания многих химических элементов в техногенных илах не уступают их количеству в рудах. Существенно увеличивается протяженность техногенных геохимических аномалий. Если протяженность природных геохимических аномалий (рудогенные потоки рассеяния) измеряется первыми сотнями метров, то длина техногенных потоков рассеяния достигает нескольких десятков километров. Особенно высок уровень накопления элементов в русловых отложениях ниже поступления стоков из хвостохранилищ. Например, в зоне воздействия молибден-вольфрамового горно-обогатительного комбината Северной Осетии ведущими элементами в геохимической ассоциации в донных отложениях являются Мо и W, в зоне влияния горнодобывающих работ существен вклад Sn, Pb, V, Ga, сопутствуют им Bi и Sb.
Влияние функционирования промышленно-урбанизированных комплексов на донные отложения рек региона установлено Е. П. Яниным (2002) на примере рек и ручьев Московской области. Наиболее интенсивно накапливаются в донных отложениях региона халькофильные элементы с низким кларком и высокой токсичностью (Hg, Ag, Cd, Sn, Bi, W, Mo, Pb, Zn, Cu, Ni), уровни их содержания в донных отложениях на 2—3 порядка превышают фоновые уровни. В общем случае качественные и количественные параметры загрязнения донных отложений в большей степени зависят от производственной инфраструктуры поселений, чем от их размеров. Как правило, наиболее интенсивные по мощности и комплексные по составу аномалии типичны для предприятий, использующих в технологическом цикле различные физико-химические процессы, осуществляющие получение и переработку цветных металлов.
В сельскохозяйственных районах состав геохимических ассоциаций донных отложений определяется спецификой использования земель водосборной территории. Особое значение имеет применение органических и минеральных удобрений, поступление сточных вод и отходов животноводства. Для большинства химических элементов, концентрирующихся в донных отложениях, типичны уровни Кс 1,5—7. Для зон воздействия животноводческих комплексов типично накопление в донных отложениях Hg, Ag, Zn, As, Se, P, в меньшей мере — Sn, Mo, Cd. В зонах земледелия и комплексного сельскохозяйственного использования наиболее заметна аккумуляция в донных отложениях Р, Ag, иногда As, Mn, Sn, Cd. В зонах влияния агропоселков — накопление Ag, Р, реже Bi, Ni, Zn, Pb; в отложениях водотоков вблизи дачных участков — Р, Sn, Mn, Ga. В подавляющем числе случаев наибольший уровень аккумуляции химических элементов в донных отложениях наблюдается на тех участках рек, которые подвержены воздействию животноводческих комплексов.