МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА

 

 
«РОЛЬ ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА СЕЛЬСКИХ ТЕРРИТОРИЙ В ОБЕСПЕЧЕНИИ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ АПК»
 
(МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ)
 
Москва 2007


УДК 627.8
ОЦЕНКА ГИДРОХИМИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ВОДОХРАНИЛИЩ СЕЗОННОГО И МНОГОЛЕТНЕГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

А.Р. Хафизов
ФГОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный университет», г. Уфа, Россия

   The hydrochemical condition reservoir is Studied on equation of the saline balance of water. The Forecast is executed on three methodses. The Analysis has shown that reservoir seasonal regulation with alike physico-geographical condition, have an alike hydrochemical condition, but concentrations chemical material in water hang from expenses channel and volume reservoir. Preliminary calculations reservoir perennial regulation possible to execute on annual interval and take accounting parameter upon their average annual to importances.

   При создании водохранилищ резко изменяются гидрологические и гидравлические режимы водотоков. В связи с этим, изменяются и условия протекания процессов естественного самоочищения. В пределы водохранилищ включаются обширные площади земель, ранее находившиеся под антропогенным воздействием. Все это резко меняет трофику водохранилищ, и создает новые гидрохимические условия, формирующие качество (химический состав) воды в них.
Для оценки воздействия на водохранилище объектов, расположенных в зоне его влияния и прогнозирования возможных изменений гидрохимического состояния, выполняют прогноз качества воды водохранилища. Прогноз обычно осуществляется: на основе имеющихся наблюдений как математическим моделированием процесса трансформации химического состава воды, так и сопоставлением анализируемого объекта с существующими аналогами. При оценке гидрохимического состояния водохранилищ сезонного и многолетнего регулирования в разной степени достоверности учтены указанные моменты.

   Прогноз качества воды выполнен аналитическим методом, в основе которого заложено уравнение солевого баланса. Создание водохранилищ меняет баланс химических веществ, за счет изменения приходных и расходных составляющих уравнения, а также за счет изменения во времени аккумулирующего объема. В расчетах прогнозные интервалы увязаны с водохозяйственными расчетами водохранилищ для соответствующих годов. Качества воды водохранилищ определены как по естественной минерализации, так и под влиянием антропогенной нагрузки. Прогнозные расчеты выполнены по общей минерализации и биогенным элементам, ионам ряда градиентов (НСО3, SО4, Cl, Ca, Mg, Na+K), нефтепродуктам и фенолам, тяжелым металлам.

   Расчет осуществлен по трем методикам:
первая методика учитывала гидромеханические явления, происходящие в водохранилище в момент сброса. При этом минерализацию вод оттока из водохранилища определяли как средневзвешенное значение между минерализациями на начало и конец расчетного интервала;
вторая методика учитывала изменение минерализации воды водохранилища за счет испарения и перемешивания вод водохранилища. При этом минерализацию оттока определяли как средневзвешенную величину от объемов аккумулируемой воды и притока;
третья методика учитывала изменение минерализации воды водохранилища за счет испарения с водной поверхности водоема.
Прогнозные расчеты выполнены по схеме, приведенной в табл. 1.

Таблица 1
Схема прогнозных расчетов водохранилищ

Вид регулирования

Период работы

Расчетный интервал

месяц

год

Сезонный

Наполнение

+

-

Эксплуатация

+

-

Многолетний

Наполнение

+

+

Эксплуатация

+

-

Примечание: знак (+) – расчет выполнен, знак (-) – расчет не выполнен.

   Исходными данными для расчета прогноза изменения общей минерализации воды являются:  Q0 – норма стока, м3/с;  W0 – норма объема годового стока, м3;  СVг – коэффициент вариации годового стока;  СVв – коэффициент вариации весеннего стока половодья; V1 –  объем воды в водохранилище на начало расчетного интервала, 106 м3;  V2 –  тоже на конец расчетного интервала, 106 м3;  M1  – минерализация вод водохранилища на начало расчетного интервала, мг/л;  M2 –  тоже на конец расчетного интервала, мг/л;  M0 –  минерализация вод притока в водохранилище за расчетный интервал, мг/л;  Wпр. – объем притока за расчетный интервал, 106 м3;  Wисп. –  объем потерь на испарение, 106 м3;  Wот –  отток воды из водохранилища, 106 м3. Отток воды определен как сумма расходов воды на фильтрацию, водозабор, экологические попуски и холостой сброс.
Прогноз качества воды составлен для трех водохранилищ сезонного и одного водохранилища многолетнего регулирования.
Водохранилища Южного Урала, расположенные в южной части Башкортостана: Куюргазинское на р. Куяныш, Зилаирское на р. Бузавлык, Ташлинское на р. Ташла, являются водохранилищами сезонного регулирования.

   Реки находятся в одних климатических условиях, физико-географические и гидрографические характеристики бассейнов схожи.
Анализ прогнозных расчетов показывает, что для рек со схожими характеристиками, также схожи динамики изменения химических показателей качества воды. Наибольшее содержание химических показателей в воде водохранилищ наблюдается к концу первого года наполнения. Как правило, в летние и осенние месяцы прогнозируется снижение содержания химических веществ в воде водохранилищ над их значениями в естественных условиях. Максимальное превышение общей минерализации и иона HCO3 в водохранилищах прогнозируется на середину декабря. Содержание ионов SO4 и Cl в воде водотоков увеличивается в летние месяцы, доходя до максимума в августе. А содержание их  в водохранилищах будет увеличиваться в зимние месяцы, доходя до максимума в конце зимы. Наибольшие превышения содержания ионов Ca и Mg в воде водохранилищ над его естественным значением будет наблюдаться в декабре, а максимальная концентрация – в марте. Содержание иона Na+K на водотоках меняется по затухающей к зиме амплитуде, но прогноз динамики в водохранилищах аналогичен другим элементам. В начале наполнения водохранилища прогнозируется рост содержания N и P, продолжающийся до весны следующего года. В дальнейшем их содержание в водохранилищах будет ниже своих средних значений. Прогноз содержания нефтепродуктов, фенола и тяжелых металлов выполнен по значениям среднемесячных поступлений рассматриваемых веществ в водотоки. Такой прогноз позволил определить наибольшие значения рассмотренных веществ в разные периоды работы водохранилищ (в нашем случае: в периоды наполнения и эксплуатации).

   Выполнено сопоставление численных значений химических веществ, содержащихся в воде водохранилищах сезонного регулирования. Как правило, водохранилища сезонного регулирования набирают воду в весенний паводок и распределяют ее в последующие месяцы, уменьшая полезный объем до минимума. Установлено, что при таком регулировании для водохранилищ, находящихся в одинаковых физико-географических и климатических условиях, прогнозные расчеты в первую очередь зависят от соотношения расходов водотока и объемов водохранилища.

   Многолетнее регулирование водохранилищ применяется для увеличения расхода воды в маловодные годы за счет стока многоводных лет. При многолетнем регулировании водохранилище наполняется избыточным стоком нескольких многоводных лет. Наполнение водохранилища до НПУ может доходить до десятка лет. При этом выполнение прогнозных расчетов по месяцам, как это принято, является трудоемким и зачастую ненужным процессом, так как обычно потребителя интересует качество воды на конец наполнения или на начало эксплуатации водохранилища.

   С целью определения расхождения результатов прогнозных расчетов, выполненных по месяцам и по среднегодовым значениям (расчетный интервал – год), провели сравнительные расчеты общей минерализации воды водохранилища Маканской ОС. Водохранилище расположено на левобережной пойме р. Таналык. Река Таналык – правый приток р. Урал, преимущественно снегового питания. Период наполнения водохранилища составляет девять лет.
Для сравнительного анализа использовали усредненные значения общей минерализации, полученные по трем вышеуказанным методикам. Результаты прогнозных расчетов по месяцам и по годам представлены в табл.2.

Таблица 2
Общая минерализация воды водохранилища, мг/л

Способ
расчета

Годы наполнения

1

2

3

4

5

6

7

8

9

По месяцам

67,47

915,99

1543,64

1552,55

1122,06

1529,54

1207,83

1539,64

4100,89

По годам

845,38

946,93

1550,21

1589,24

1185,22

1589,06

1263,43

1590,54

1326,81

Расхождение, %

2,5

3,3

0,34

2,3

5,3

3,7

4,4

3,2

5,3

Анализ таблицы показал, что среднее расхождение в результатах расчетов по годам и месяцам на период наполнения составило 3,4%.

Выводы

1. Водохранилища сезонного регулирования, находящиеся в одинаковых физико-географических и климатических условиях, имеют примерно одинаковую динамику изменения содержания химических веществ в воде, а численные значения в основном зависят от расходов водотока и объема водохранилища;
2. Для предварительных прогнозных расчетов водохранилищ многолетнего регулирования в качестве расчетных интервалов можно принимать год, а в качестве расчетных параметров химического состава воды – их усредненные по годам показатели.