Распределение температуры по длине Волги, в первую очередь, объясняется синоптическими условиями. Так, 20 мая в 13.00 по московскому времени, когда Солнце было в зените над 30° в.д., температура воды в поверхностном слое Волги изменялась от 11.2 °С в Самаре до 19.2 °С в Нижнем Новгороде. При этом на участке Тольятти – Волгоград температура колебалась в диапазоне [11.2 °С; 13.3 °С], в верхнем течении и до Ульяновска – не опускалась ниже 15 °С.

Значения pH, в целом, снижались от Твери к Казани от 8.5 до 7.7, однако далее был зафиксирован рост показателя в Ульяновске и Тольятти с последующим уменьшением у Самары. Значения pH в воде санитарно-гигиенического водопользования нормируются, значения показателя должны лежать в диапазоне от 6 до 9. При этом в Тольятти измеренное значение составило 9.05. Подобный пик, вероятнее всего, объясняется тем, что проба воды была отобрана в нижнем течении Куйбышевского водохранилища, где из-за меньшей проточности активнее идет процесс фотосинтеза. В целом, речные воды Волги можно отнести к слабощелочным.

Электропроводность, способность раствора проводить электрический ток, позволяет оценить содержание в воде растворенных веществ. Невозможность однозначного пересчета электропроводности в минерализацию связана с тем, что электропроводность будет зависеть от температуры и от ионного состава. Тенденция повышения электропроводности вниз по течению р. Волга является следствием региональных условий формирования стока воды. В более засушливых южных регионах снижается доля дождевых осадков в питании реки, и возрастает роль поступающих в русло более минерализованных подземных вод. При этом меняется соотношение между ионами: можно отметить увеличение доли Na⁺ среди основных катионов и снижение доли Mg²⁺ (рисунок 3). Минерализация всех проб не превышает 1000 мг/л – порогового значения для питьевой воды.

Показателем содержания в воде органического вещества является величина химического потребления кислорода (ХПК). Результаты анализа (рисунок 4) позволяют сделать вывод о повышенном фоновом содержании органического вещества в р. Волга, преимущественно, в верхнем течении реки до г. Казань. Подобное распределение величины ХПК, в частности, резкое снижение в Ульяновске и рост в Нижнем Новгороде, вероятно, связано с впадением крупнейших притоков – Оки и Камы. Это подтверждается также нарушением монотонности изменения концентраций ионов натрия, кальция, калия, а также серы и кремния (таблица 1).

Величина ХПК не нормируется, однако используются рекомендуемые максимальные значения ХПК, составляющие 15 мгО/л для питьевого водопользования и 30 мгО/л для рекреационного водопользования (по количеству кислорода, необходимого для окисления содержащихся в пробе органических веществ). На участке Тверь – Казань величина ХПК изменялась от 21.7 мгО/л до 35.3 мгО/л, от Ульяновска до Астрахани – не превышала 20.0 мгО/л. В Самаре, Саратове и Волгограде измеренное ХПК ниже 15 мгО/л.

Неорганические соединения азота содержатся в воде в аммонийной, нитритной и нитратной формах. Рисунок 5 иллюстрирует изменение содержания азота и соотношения между его формами по длине реки. Ион аммония (NH₄⁺) свидетельствует о недавнем поступлении в воду загрязняющих веществ. Сравнительно высокие концентрации в верхнем течении могут быть связаны с заболоченностью водосбора Волги. Так, в Дубне содержание иона аммония достигает 0.10 мгN/л при рыбохозяйственном ПДК, составляющем 0.39 мгN/л, и санитарно-гигиеническом – 1.55 мгN/л.

Превышения нитритов (NO₂^-) зафиксированы только по рыбохозяйственному ПДК (0.02 мгN/л), предельные концентрации для санитарно-гигиенического водопользования менее строгие – допускаются значения 1.00 мгN/л. Превышения NO₂^- обнаружены в Дубне, Нижнем Новгороде, Чебоксарах (рисунок 6), где концентрации нитритов составили 0.033 мгN/л (165% ПДК), 0.049 мгN/л (245% ПДК) и 0.025 мгN/л (125% ПДК) соответственно, что, вероятнее всего, связано с локальными источниками загрязнения. Минимальные содержания нитритов зафиксированы в Ярославле (0.002 мгN/л).

Нитраты (NO₃^‑), конечный продукт разложения азотсодержащей органики, может быть следствием произошедшего некоторое время назад загрязнения речных вод. В исследуемых пробах не обнаружено превышения ПДК. Так, при санитарно-гигиеническом и рыбохозяйственных ПДК, равных 9.1 мгN/л и 10.2 мгN/л соответственно, максимальные измеренные концентрации составили 1.170 мгN/л (Нижний Новгород). Вниз по течению от Твери до Нижнего Новгорода происходило увеличение содержания NO₃^‑ от 0.017 мгN/л до 1.170 мгN/л с наиболее резким ростом на участке Тверь – Кострома (в 8.5 раз). Далее происходило уменьшение концентраций до 0.022 мгN/л в Йошкар-Оле. Рост содержания нитратов в Казани и Тольятти, вероятно, связаны с локальными источниками загрязнения.

Ниже приведен продольный профиль концентрации аммонийных, нитритных, нитратных ионов и фосфат-ионов в сравнении с рыбохозяйственным ПДК (рисунок 6). Наряду с азотом, фосфор является важным биогенным элементом, высокое содержание которого приводит к эвтрофикации водных объектов – росту биологической продуктивности вод, нередко сопровождающимся цветением воды. Концентрация фосфат-ионов не нормируется для санитарно-гигиенического водопользования, однако существуют рыбохозяйственные ПДК, которые составляют 0.20 мгP/л. Данное значение было превышено в Нижнем Новгороде, где зафиксированы концентрации 0.22 мгP/л. Повышенное содержание фосфатов является следствием попадания в Волгу сточных вод с загрязняющими веществами, чему способствует применение фосфорсодержащих минеральных удобрений, моющих средств, а также биологическая очистка сточных вод. Высокие концентрации фосфатов по всей длине Волги (не менее 0.05 мгP/л или 125% ПДК), в особенности, на участке Нижний Новгород – Казань, являются показателем высокой степени антропогенной нагрузки на реку.

Рыбохозяйственные нормативы для тяжелых металлов значительно строже санитарно-гигиенических. Рисунки 7 и 8 иллюстрируют зафиксированные в пробах превышения ПДК обоих видов. Для санитарно-гигиенического водопользования стоит отметить превышения по содержанию железа и алюминия, а также повышенные концентрации марганца. При сравнении с рыбохозяйственными нормативами можно также заметить высокие концентрации меди, ванадия, цинка, стронция и молибдена.

Стоит отметить, что превышения по содержанию железа наблюдаются в верхнем течении Волги и до Казани. Так как для водосбора верхнего течения Волги характерна высокая заболоченность, в речную воду вместе с гуминовыми кислотами поступает большое количество железа. Ниже Ульяновска концентрации железа снижаются, однако в Астрахани зафиксирован резкий рост, что связано с наличием источников антропогенного загрязнения. Высокие концентрации марганца также являются естественным фоном. Стоит отметить, что на участке Казань – Ульяновск после впадения крупнейшего притока р. Кама происходит резкое снижение концентраций ионов марганца и железа.

Зафиксировано превышение санитарно-гигиенического ПДК для алюминия в Астрахани. При этом рыбохозяйственный ПДК превышен, помимо Астрахани, на всем протяжении участка Тверь – Ульяновск, что связано с региональными условиями формирования стока в верхней части Волжского бассейна. Далее ниже Тольятти концентрации алюминия существенно понижается. Резкий рост содержания Al³⁺ в Астрахани связан с появлением антропогенного загрязнителя.

Содержание меди превышает предельно допустимые концентрации в 13 из 15 городов, исключения составляют Тверь и Самара, измеренные концентрации в которых близки к верхней нормируемой границе. Видимо, повышенное содержание меди является естественным фоном и может быть связано с водным режимом Волги: увеличение концентрации меди могло произойти на спаде половодья в результате смыва с водосбора. Локальный максимум зафиксирован в Костроме, где содержание превышает 300%, что, вероятно, свидетельствует о существовании антропогенных источников меди в речной воде. Схожий характер имеет и распределение цинка, превышение концентраций которого установлено для Костромы и Казани.

Содержание ванадия возрастает вниз по течению от Твери и в Нижнем Новгороде превышает установленные ПДК, что может свидетельствовать о повышенных концентрациях в речных водах Оки, впадающей в Волгу выше точки отбора пробы воды. Высокое содержание ванадия сохраняется до устья Волги, колеблясь около ПДК, причем в Астрахани значения резко возрастают более, чем до 200% ПДК. Концентрации стронция превышает предельно допустимые (не более, чем в 1.6 раза) ниже Тольятти, несколько снижаясь в Самаре.

Проведенные исследования дают полную картину распределения растворенных веществ в Волге на 20 мая. Выявлены превышения по содержанию нитритов, фосфатов, железа, марганца, алюминия, меди, цинка, стронция, ванадия, отмечены высокие значения химического потребления кислорода. Повышенные концентрации железа, марганца, алюминия в верховьях Волги, вероятно, являются естественным следствием физико-географических характеристик водосбора реки. Однако, больше число локальных максимумов, нарушающих плавное изменение содержания растворенных веществ по течению реки, свидетельствует о регулярном появлении новых антропогенных источников загрязнения, что позволяет подтвердить вывод о высокой антропогенной нагрузке на Волгу. Помимо этого, впадение притоков, главным образом, Камы и Оки, способно нарушать монотонность содержания растворенных в Волге веществ.