Эколого-водохозяйственная оценка реки Туры

водными ресурсами Арало-Каспийского региона. - М.:. Наука, 2003. - 400 с.

6. Исмайылов Г. Х., Прошляков И. В., Раткович Л. Д. Методология управления большими водохозяйственными системами на примере Волжско-Камского каскада водохранилищ // Мелиорация и водное хозяйство. - 2006. - № 4. - С. 17-22.

7. Раткович Л. Д. Методология обосновывающих водохозяйственных расчетов // Мелиорация и водное хозяйство. -2007. - № 6. - С. 32-34.

8. Раткович Д. Я. Моделирование взаимозависимых гидрологических рядов (на примерах притока к Аральскому и Азовскому морям) // Водные ресурсы. - 1977. - № 1. - С. 5-15.

Материал поступил в редакцию 03.05.11. Раткович Лев Данилович, кандидат технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Комплексное использование водных ресурсов» Тел. 8-903-615-80-59 E-mail: levkivr@mail.ru

УДК 502/504 : 556.18 В. Н. МАРКИН

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный университет природообустройства»

ЭКОЛОГО-ВОДОХОЗЯЙСТВЕННАЯ ОЦЕНКА РЕКИ ТУРЫ

Дана оценка изменению качества воды и экологическому состоянию реки Туры. Рассмотрено ее влияние на качество воды в реке Тобол. Эти реки играют большую роль в водоснабжении Урала. Неудовлетворительное качество воды - одна из проблем Уральского региона. Расчеты проведены с помощью метода соответствия гидрохимических, гидробиологических и гидрологических параметров водной среды, который позволяет при минимальном количестве исходных данных делать оценку с учетом и без учета водоохранных мероприятий.

Прогноз, оценка качества воды, экологическое состояние водного объекта.

There is given an assessment of water quality and ecological condition of the river Tura. Its influence on the water quality in the river Tobol is considered. The given rivers play an important role in water supply of the Urals. The unsatisfactory water quality is one of the problems of the Ural region. Calculations were carried out according to the correspondence method of hydrochemical,hydrobiological and hydrological parameters of water environment allowing making assessments under a minimal quantity of initial data with or without taking into consideration water protection measures.

Forecast, water quality assessment, ecological state of water object.

Река Тура протекает в Уральском ре- городов и расположенных в них промыш-

гионе и является левым притоком Тобола. ленных и автомобильных предприятий. Длина Туры составляет 1030 км, площадь В данной работе дается оценка изме-

бассейна - 80,4 тыс. км2. нения качества воды и экологического со-

Речная вода используется для пи- стояния реки Туры. Оценено ее влияние

тьевого и технического водоснабжения. на качество воды в реке Тобол. Анализ

В настоящее время ее воды загрязнены. проведен с учетом и без учета водоохран-

Характерными загрязнителями являют- ных мероприятий. По прогнозным рас-

ся нефтепродукты, фенолы, медь, желе- четам предполагается, что антропогенная

зо. Основные объемы загрязняющих воду нагрузка на реку соответствует современ-

веществ поступают со сточными водами ному уровню.

(бо\

№ 2' 2012

Оценка качества воды реки Туры проведена для трех створов (рис. 1). Методика расчетов сводится к определению качества воды на современный период (по данным за 2001-2005 годы) с помощью комплексных показателей: коэффициента предельной загрязненности кпз (модификация индекса загрязнения воды ИЗВ) и индекса Шеннона Н [1].

..... ВерХнетурье

Нижняя Турах^.1

Рис.1. Схема бассейна реки Туры и расположение расчетных створов 1...5

Комплексный показатель предельной загрязненности представляет собой усредненную кратность превышения нормативных значений показателей качества воды. Он оценивается по концентрациям С. загрязняющих веществ N или показателей качества воды (г = наиболее характерных для всех створов:

к -1 У-^- -1 пз N1-1ПДК '

где ПДК. - предельно допустимая концентрация г-го загрязняющего вещества или нормативное значение учитываемого показателя качества воды.

Индекс Шеннона определен на основе его связи с коэффициентом предельной загрязненности (табл.1).

Связь между кпз и Н довольно тесная и описывается регрессионным уравнением (коэффициент регрессии г = - 0,85):

Н - 3,06ехр(- 0,23(кпз + 2)), Н > 1,1.

Расчеты комплексных показателей проведены для лет разной обеспеченности: Р = 25 % (многоводный год), 50 % (средний по водности год), 75 % (маловодный), 95 % (остро маловодный).

Водоохранные мероприятия учитываются с помощью их эффективности Э, которая принималась равной: Э = 0 % (без учета проведения водоохранных мероприятий); Э = 20 %, 40 %, 60 % и 80 %. Это позволяет определить требуемую эффективность мероприятий для достижения приемлемого для практики качества воды в годы разной водности. Приемлемым качеством воды считается уровень, соответствующий классу «умеренно загрязненная». Это естественный фон: к*™ = 0.1. Показатель предельной загрязненности, учитывающий водоохранные мероприя-

1 вом

тия кпз , пересчитывается по следующей формуле:

Оценка качества воды и состояния водного объекта в расчетных створах.

Створ 1. В верхнем течении реки Туры наиболее опасными загрязнителями являются нефтепродукты, медь, фенолы, железо, БПК и аммонийный азот (табл.1,

Таблица 1

Соответствие класса качества воды и характеристик экологического состояния

водного объекта [2, 3]

Оценочный показатель Класс качества воды

Очень чистая Чистая Умеренно загрязненная Загрязненная Грязная Очень грязная

к пз < - 0,8 - 0,8.0 0.1 1.3 3.5 > 5

Н 3,1.2,3 2,3.1,9 1,9.1,52 1,52.1,25 1,25.1

Трофность объекта Олиго-торфный Мезотрофный Эвтрофный Гипер-трофный

2). В настоящее время их концентрации превышаются ПДК в 1,27-19 раз.

Качество воды оценивается на уровне «загрязненная» в многоводные годы с обеспеченностью менее 35 % (рис. 2а). В

годы с обеспеченностью 35...68 % качество воды соответствует классу «грязная» (вероятность данных условий 33 %). В годы с обеспеченностью выше 68 % вода «очень грязная» (вероятность 32 % ) (рис. 2б). н

Олиготрофная

1._л

а -----------------

1 Гиперэвтотрофная Р,

25

50

75

95

б

Рис. 2. Створ 1. Изменение качества годы разной обеспеченности с учетом приятий: 1 - Э = 0%; 2 - Э = 20%; 3 -

воды (а) и индекса Шеннона (б) в эффективности водоохранных меро-Э = 40%; 4 - Э = 60%; 5 - Э = 80%

а

Проведение водоохранных мероприятий с эффективностью 40 % позволяет выйти на уровень «загрязненная» в годы основной расчетной обеспеченности Р = 75 % и проверочной Р = 95 % (по условиям водообеспечения). Однако приемлемый уровень качества, соответствующий классу «умеренно загрязненная», достигается только при проведении водоохранных мероприятий с эффективностью Э = 80 % .

Трофический статус водного объекта соответствует гиперэвтрофной стадии раз-

вития. Водоохранные мероприятия эффективностью 60 % позволяют выйти в средний по водности год на мезотрофный уровень. В годы более высокой обеспеченности складываются условия гиперэв-трофного уровня. Водоохранные мероприятия с эффективностью Э = 80 % позволяют создать условия, соответствующие эвтрофной стадии.

Створ 2. В среднем течении реки Туры вода загрязнена нефтепродуктами, фенолами, медью, железом, аммонийным

Таблица 2

Концентрации С веществ, их нормативные значения ПДК и показатели качества воды кпз для расчетных створов реки Туры

Показатель Концентрация в учетных створах, мг/л Отношение С./ПДК. по створам ПДК, мг/л

О2 7,5 7,4 8,15 0,63 0,62 0,68 12

БПК5 3,8 2,7 3,46 1,27 0,90 1,15 3

МЫ4 1,0 0,58 0,5 2,00 1,16 1,00 0,5

N02 0,03 0,007 0,014 0,38 0,09 0,18 0,08

N03 0,15 0,54 0,32 0,02 0,06 0,04 9,1

Ее 1,3 0,81 1,09 4,33 2,70 3,63 0,3

Си 0,019 0,019 0,0114 19,00 19,00 11,40 0,001

Zn 0,005 0,0205 0,0214 0,50 2,05 2,14 0,01

Фенол 0,06 0,004 0,003 6,00 4,00 3,00 0,001

Нефть 0,7 0,06 0,04 14,00 1,20 0,80 0,05

СПАВ 0,03 - 0,02 0,06 - 0,04 0,5

Мп - 0,12 0,2042 - 12,00 20,42 0,01

N1 - - 0,0045 - - 0,45 0,01

кш (Э = 0 %) 3,38 2,52 2,45 -

азотом, марганцем и цинком. Превышения ПДК по данным загрязнителям изменяется в диапазоне 1,2.19 (см. табл. 2).

В годы с обеспеченностью до 65 % класс качества воды соответствует уровню «загрязненная» (рис. 3а). В маловодные годы качество воды держится на уровне «грязная», а в остромаловодные годы - на уровне «очень грязная». Проведение водоохранных мероприятий с эффективностью Э = 60 % позволяет улучшить качество воды в год основной расчетной обеспеченности до уровня «умеренно загрязненная».

К

9

3

Очень грязная 1

Грязная -"з

-7т .,п»тгтг. югпяачми** Загря-

1истая

50 75

а

Створ 3. В средние по водности годы качество воды в низовьях реки оценивается на уровне «загрязненной» (см. табл. 2). Вода загрязнена следующими веществами: БПК5, железо, медь, цинк, магний, фенолы. Проведение водоохранных мероприятий с эффективностью 40 % позволяет улучшить качество воды до уровня «загрязненная» в многоводные и средние по водности и маловодные годы (рис. 4а). В остромаловодные годы качество воды остается на уровне «грязная». Достичь приемлемого качества воды во всего годы можно путем проведения водоохранных мероприятий с эффективностью 60 % . В этом случае вероятность условий «умеренно загрязненного» класса составляет 75 %, а «загрязненного» - 25 %.

9

5 Р, %

13

Очень грязная 1

Грязная

--- "__ф—ЗяРрязненназ^

¿^„^удавАшб-загрязненная:---Л1

Чистая 5 Р, %

25

50 75

а

95

б

Рис. 3. Изменение качества воды (а) и индекса Шеннона (б) в годы разной обеспеченности с учетом эффективности водоохранных мероприятий. Створ 2: 1 - Э = 0%; 2 - Э = 20%; 3 - Э = 40%; 4 - Э = 60%; 5 - Э = 80%

Экологическое состояние водного объекта оценивается как гиперэвтрофное (рис. 3б). Водоохранные мероприятия эффективностью 40 % в среднемноголетнем разрезе позволяют выйти на уровень эв-трофной стадии. В годы с обеспеченностью Р < 50 % складываются условия ме-зотрофного уровня, а в годы с обеспеченностью Р > 75 % условия соответствуют гиперэвтрофной стадии.

б

Рис. 4. Изменение качества воды (а) и индекса Шеннона (б) в годы разной обеспеченности с учетом эффективности водоохранных мероприятий. Створ 3: 1 - Э = 0%; 2 - Э = 20%; 3 - Э = 40%; 4 - Э = 60%; 5 - Э = 80%

В нижнем течении трофический статус реки Туры соответствует гиперэвтроф-ному уровню (рис. 4б). Условия эвтроф-ного уровня для средних по водности лет можно достичь при проведении

водоохранных мероприятий с эффективностью не менее 40 %. Однако в маловодные и остромаловодные годы сохраняются условия гиперэвтрофной стадии. Проведение водоохранных мероприятий с эффективностью 60 % способствует созданию условий мезотрофного уровня в многоводные и средние по водности годы. Однако в остромаловодные годы сохраняются условия гиперэвтрофной стадии.

Оценка влияния Туры на качество воды в реке Тобол. Оценка влияния стока Туры на качество воды в реке Тобол сделана с помощью гидрохимического и водного балансов. Балансы составлены для участка реки Тобол, расположенного между створами 4 и 5 (см. рис. 1). Годы разной обеспеченности - 25, 50, 75 и 95 %. Балансовые уравнения имеют следующий вид: к5 Ш5 = к4 Ж4 + к Ж

Ж5 = Ж4 + Ж ,

пр'

где кпзпр - коэффициент предельной загрязненности воды в реке Туре; к^,, к^ - коэффициенты предельной загрязненности воды реки Тобол, соответственно выше и ниже места впадения Туры; Ж4, Ж5 - объемы стока воды в реке Тобол, соответственно выше и ниже места впадения Туры; Жпр. - объем стока Туры.

Расчеты показывают, что река Тура оказывает некоторое положительное влияние на снижение загрязненности реки Тобол (табл. 3). Однако данное влияние несущественно (9...20 %). Снижение загрязненности происходит в пределах сформировавшегося класса качества воды в годы разной водности.

Проведение водоохранных мероприятий позволит повысить ее положительное влияние в разные по водности годы до 25..73 % (табл. 4).

Таблица 3

Оценка влияния загрязненности реки Туры на реку Тобол

Р,% W млн м3 к пз

Створ 4 Тура Створ 5 Створ 4 Тура Створ 5 Степень влияния,%

25 4920 7350 12270 2,09 1,79 1,91 9

50 3180 5360 8540 3,78 2,81 3,17 16

75 2090 3780 5870 6,27 4,37 5,05 20

95 1350 2160 3510 10,26 7,05 8,28 19

Таблица4

Оценка влияния реки Туры на качество воды в реке Тобол в зависимости от эффективности водоохранных мероприятий в бассейне реки Туры

Р, % Эффективность водоохранных мероприятий в бассейне реки Туры, %

20 40 60 80

25 25 41 57 73

50 29 41 54 67

75 31 42 53 64

95 29 39 48 58

Выводы

Река Тура не отвечает нормативам качества по следующему ряду загрязняющих веществ: железо, медь, фенолы, нефтепродукты, марганец.

Класс качества воды оценивается на уровне «грязная» в верхнем течении реки и «загрязненная» в среднем и нижнем течении. Это говорит о постоянности поступления загрязненных стоков и слабом протекании процессов самоочищения воды. Последнее подтверждается тем, что экологическое состояние реки оценивается на уровне «гиперэвтрофной» стадии

развития.

В связи с сопоставимой загрязненностью обеих рек влияние Туры на качество воды в реке Тобол в настоящее время несущественно (< 20 %).

Проведение водоохранных мероприятий в бассейне реки Туры позволит повысить ее положительное влияние до 25..73 %.

1. Шабанов В. В., Маркин В. Н.

Эколого-водохозяйственная оценка водных

объектов: монография. - М.: ФГОУ ВПО

МГУП, 2009. - 154 с.

2. Шитиков В. К., Розенберг Г. С., Зин-ченко Т. Д. Количественная гидроэкология: методы, критерии, решения: монография. - Тольятти: ИЭВБ РАН, 2003. - 463 с.

3. Дмитриев В. В. Оценка экологического состояния водных объектов суши: Экология. Безопасность. Жизнь. Экологи-

ческий опыт гражданских, общественных инициатив. - Гатчина, 2000. - Ч. 2. Уязвимость водной экосистемы - С. 284-296.

Материал поступил в редакцию 21.04.11. Маркин Вячеслав Николаевич, кандидат технических наук, доцент Тел. 8 (499) 153-90-28 E-mail: mvnarkin@mail.ru

УДК 502/504 : 556.132.6 Т. И. БЕГЛЯКОВА

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный университет природообустройства»

ИСПАРЕНИЕ С ПОВЕРХНОСТИ СУШИ В БАССЕЙНЕ ВЕРХНЕЙ ВОЛГИ

Рассматривается определение суммарного испарения с поверхности суши и изменения бассейновых влагозапасов для частных водосборов бассейна Верхней Волги. При этом в качестве ретроспективного периода используются данные о стоке и атмосферных осадках за период 1914/1915-2000/2001 годов.

Испарение, бассейновые влагозапасы, водный баланс, бассейн Верхней Волги.

There is considered a determination of the total evaporation from the dry land surface and change of the basin moisture stocks for private water catchments of the upper Volga basin. And as a retrospective period there are used the flow and precipitation data for the period of 1914/1915-2000/2001 years.

Evaporation,basin moisture stocks,water balance,the upper Volga River basin.

Суть проблемы. Одним из основных средств разрешения теоретических и практических гидрологических проблем являются воднобалансовые исследования, которые служат основой количественной оценки водных ресурсов и их изменений под влиянием деятельности человека.

Анализ исходных данных, используемых для расчета отдельных элементов водного баланса, и увязка этих элементов между собой служат определением недостатков в размещении наблюдательных станций и выявлении систематических ошибок измерений отдельных составляющих водного баланса. Изучение водного баланса дает возможность косвенным путем вычислить по разности известных значений элементов баланса неизвестный элемент, например, испарение с речного

бассейна по разности осадков и стока [1].

Проблеме изучения взаимосвязи элементов водного баланса (атмосферных осадков, речного стока и испарения) в гидрологии уделяется повышенное внимание. Так, к концу ХХ века в исследованиях проявилась тенденция перехода от изучения водного баланса в его простейшей форме в виде традиционных трех- и четырехчленных уравнений к изучению водного баланса отдельных звеньев единого гидрологического цикла в системе «атмосфера - земная поверхность - зона аэрации - грунтовые воды - русла рек» с учетом их взаимосвязи и разработка моделей формирования речного стока. В немалой степени этому способствовали экспериментальные исследования водного баланса, проведенные в 60-70-х годах