«МОНИТОРИНГ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ»

ISBN 978-5-89231-453-4
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА
МАТЕРИАЛЫ
МЕЖДУНАРОДНОЙ
НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ
«ПРОБЛЕМЫ КОМПЛЕКСНОГО
ОБУСТРОЙСТВА ТЕХНОПРИРОДНЫХ
СИСТЕМ»
ЧАСТЬ V
«МОНИТОРИНГ ВОДНЫХ
ОБЪЕКТОВ»
МОСКВА 2013
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА
МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ
НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ
«ПРОБЛЕМЫ КОМПЛЕКСНОГО
ОБУСТРОЙСТВА ТЕХНОПРИРОДНЫХ
СИСТЕМ»
ЧАСТЬ V
«МОНИТОРИНГ ВОДНЫХ
ОБЪЕКТОВ»
МОСКВА 2013
Редакционная коллегия:
Д.В. Козлов доктор технических наук, профессор (главный
редактор);
В.Н. Краснощеков доктор экономических наук, профессор
(зам. гл. редактора);
И.С. Румянцев доктор технических наук, профессор,
заслуженный деятель науки РФ;
А.И. Голованов доктор технических наук, профессор,
заслуженный деятель науки РФ;
В.В. Шабанов доктор технических наук, профессор;
Г.Х. Исмайылов доктор технических наук, профессор,
заслуженный деятель науки РФ;
В.А. Евграфов доктор технических наук, профессор.
Материалы международной научно-практической конференции «Проблемы комплексного обустройства техноприродных систем». Ч. V. «Мониторинг водных проблем»
– М.: ФГБОУ ВПО МГУП, 2013. – 250 с.
ISBN 978-5-89231-453-4
В материалах международной научно-практической
конференции представлены результаты исследований, посвященные решению вопросов, восстановления водных
объектов, а также повышению эффективности использования водных ресурсов.
Материалы конференции предназначены для научных
сотрудников, аспирантов, докторантов и студентов аграрных вузов, а также специалистов агропромышленного и
водохозяйственного комплексов.
ISBN 978-5-89231-453-4
© ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет природообустройства»,
2013.
УДК 556.18
ВОДНО-ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
БАССЕЙНА АРАЛЬСКОГО МОРЯ
Л.Б. Абжамиева – канд. техн. наук
Кызылординский государственный университет
им. Коркыт Ата, г. Кызылорда, Казахстан
В статье рассматриваются задачи улучшения и анализ
современной ситуации водного хозяйства в нижнем течении
реки.
In the article a modern aquicultural situation is analysed in
lower reaches of the river and the tasks of her improvement are
certain.
Проблема Аральского региона хорошо известны во всем
мире. Они в определенной степени являются последствием
нерационального использования водных ресурсов, что привело к снижению уровня моря с отметки +53 до +38 м.
Казахстанское Приаралье имеет значительный социальный потенциал, так как население Аральского бассейна составляет 15% от общего по республике, оно расселено в
22-х административных районах, 25-ти городах и рабочих
поселках и около 3000 сельских населенных пунктах.
Исходя из вышеизложенного, обеспечение экологической безопасности в низовьях р. Сырдарьи может быть решено комплексным подходом к проблеме Аральского бассейна, в том числе на основе интегрированного управления
водными ресурсами, которые обеспечивают устойчивое водораспределение и тем самым способствуют предотвращению экологической катастрофы в регионе.
3
Тогда, как до 1960 г. уровень Аральского моря колебался
вблизи отметки 53 м, и объем воды в море составлял
1064 км3.
Вследствие падения уровня Аральского моря его акватория естественным порогом (отметка дна 38,0 м абс.) разделилась на две части – Большое и Малое (Северное) море,
питающиеся остаточным стоком, соответственно, рек Амударьи и Сырдарьи.
Известно, что разделение Аральского моря на «Большой» Арал (подпитываемый в основном водами Амударьи,
составляющими до 40 км3 воды в год) и на «Малый» Арал
(подпитываемый водами Сырдарьи, 14 км3/год) происходило естественно, по природным законам, с момента начала
кризиса.
После сооружения Кокаральского гидроузла Северное
Аральское море (САМ) по существу превратилось в водохранилище – нижнюю ступень Нарын-Сырдарьинского каскада. При стабилизации уровня САМ на отметке 42,0 м и
частичного сброса воды в котловину Большого моря средняя минерализация ее составила 6 г/л [5].
В настоящее время сток р. Сырдарьи в бассейне зарегулирован 5-ю крупными водохранилищами (Токтогульское,
Андижанское, Кайраккумское, Чарвакское и Шардаринское) и большим количеством малых водохранилищ, расположенных, в основном на притоках р. Сырдарьи.
Наиболее значительным из них является Токтогульское
водохранилище многолетнего регулирования стока с полезной емкостью 19,5 км3, расположенное на р. Нарын в Республике Кыргызстан. Шардаринское водохранилище с полезной емкостью 4,2 км3, осуществляет сезонное регулирование стока с учетом энергетических и ирригационных режимов. В особо многоводные годы, как экстренная мера
зашиты от наводнений и разрушений гидротехнических сооружений по руслу р. Сырдарьи, осуществлялся сброс из
Шардаринского водохранилища в Арнасайскую впадину,
расположенную на территории соседней Республики Узбекистан.
4
В результате снижения общего объема речного стока,
обводнение озерных систем нижнего течения р. Сырдарьи
стало весьма проблематичным. Озерные системы и водноболотные угодья дельты Сырдарьи являются основой устойчивого существования водных и околоводных экосистем
Казахстанского Приаралья, базой ведения рыбного промысла и кормопроизводства, необходимым условием жизнедеятельности. Негативную роль при этом сыграло неудовлетворительное состояние сети каналов, посредством которых
осуществляется поддержание водно-солевого режимов
озерных систем.
Деградация ресурсного потенциала Аральского моря
приняла необратимую направленность, сохранение и восстановление которого в обозримом будущем практически
не представляется возможным. Катастрофическое падение
уровня моря, уменьшение объема водной массы, увеличение солености привели к потере его биологического разнообразия. Изменение основных химико-физических характеристик среды обитания водных организмов уже привели к
сокращению численности микроорганизмов в САМ и на севере Большого моря в 3 раза (рисунок).
Диаграмма среднегодовых экономических потерь от
экологической катастрофы в Казахстанском Приаралье
5
В результате анализа определены задачи улучшения ситуации в дельте Сырдарьи и создание здесь управляемой
озерно-дельтовой экологической системы.
Водный баланс показывает, что при наличии устойчивой
плотины соответствующей высоты в условиях относительно
многоводных последних 15 лет уровень моря мог быть восстановлен до отметок 46,0…47,0 м абс., способствуя тем
самым восстановлению естественного климата региона,
оказывая положительные влияния на естественные ландшафтные системы Приаралья.
Имеющиеся гидросооружения и водовыпуски на реке, не
удовлетворяют инженерным требованиям пропуска высоких вод и условиям командования в маловодный период. В
связи с этим возникает необходимость их реконструкции
или строительства новых регулирующих сооружений, которые дадут возможность правильно распределять и интегрировано управлять имеющимися водными ресурсами дельты.
Выявление количественных характеристик гидравлических связей между водоемами озерных систем является необходимым компонентом для интегрированного управления
водными ресурсами в дельте Сырдарьи.
Коксарайский контррегулятор позволит выровнять расходы воды в реке, особенно в зимний период, что практически предотвращает ущерб по Кызылординской и ЮжноКазахстанской областям.
Как было сказано, Арал сегодня распадается на несколько отдельных водоемов. Вода, обнажает сушу, которая
раньше была дном моря, покрытую теперь солево-пылевыми отложениями толщиной порой до 2-х метров! Попадая с ветром на ледники в горах, эта соль способствует ускоренному их таянию, которое итак идет быстрыми темпами из-за потепления климата. И здесь уже закручивается
целая «спираль» проблем: вызванная этим таянием, большой сток воды с гор, создает бытовые, коммунальные, экономические проблемы. Кроме того, пыль и соль Арала засоряют сельскохозяйственные угодья в соседних регионах, а
6
также эти процессы воздействуют на жизнь местного населения. Глядя правде в глаза, надо сказать, что Казахстану,
по всей видимости, придется решать эту проблему, острейшую для всего Центральноазиатского региона, в основном
самостоятельно. Хотя напрямую она затрагивает, помимо
нас, также Узбекистан, Туркмению, а косвенно и Киргизию
с Таджикистаном (эти горные страны страдают, в том числе, из-за осаждения Аральской соли на их ледниках). Но
ожидать какого-то большого энтузиазма от соседей не приходится. Кто-то погружен во внутренние проблемы так, что
«не до Арала», да и вообще не до экологии, кто-то не располагает серьезными средствами. Хотя в большинстве случаев эти два момента совпадают. Узбекистан, конечно,
здесь исключение, но тот объем работ для спасения Арала
(вернее того, что от него осталось) который необходимо
выполнить Казахстану, объективно больше. И здесь проявляется еще одна грань Аральской проблемы. Чтобы ее решать, странам региона нужно не только сплотиться, но и
сделать это объективно необходимым. Неоспоримый факт,
что Казахстан сегодня богаче и развитее всех остальных
стран Центральной Азии, и, к тому же, его голос значительно более слышен в мире. А это необходимо в таких проектах, сколь бы сильно ни расходились западные обещания с
реальными делами. Фактически, мегапроект по спасению
Арала мог бы стать моделью региональной интеграции, о
которой, как о западных миллиардах, много говорилось в
последние годы, но до сих пор мало что получалось.
И в заключении хочется добавить, что совместными
усилиями регионального и мирового сообщества Аральская
проблема будет решена. Аральское море как индикатор всех
процессов (особенно негативных), происходящих в Аральском бассейне, безусловно, должно явиться одним из центральных звеньев (если не единственным) при исследовании. Арал должен обязательно учитываться как конечный и
реальный показатель при трактовке полученных результатов и, особенно, в наиболее сложной их части – прогнози7
ровании и планировании последующих этапов исследований.
Библиографический список
1. Мустафаев Ж.С., Пулатов К., Козыкеева А.Т. Пути
улучшения природно-экологической ситуации в бассейне Аральского моря (Аналитический обзор). – Тараз,
1997. – 80 с.
2. Котляков В.М., Глазовский Н.Ф. Основные положения
концепции восстановления Аральского моря и нормализации кризисной ситуации в Приаралье. //Мелиорация и
водное хозяйство, 1991. № 2. – С. .10-14.
3. Васильев А., Кранс М. Арал: после катастрофы – геноцид? //Экос. 1991. № 2.
4. Арал: кризис – причины, масштабы, решения. //Зелёный
мир. 1992. № 15-16.
5. Кипшакбаев Н. Интегрированное управление водными
ресурсами дельты Сырдарьи для восстановления
ветландов в северной части Аральского моря. //Водное .
хозяйство Казахстана. – Астана. 2007. № 2(14).
6. Бекетт Ф. Трагедия Аральского моря. //Курьер
ЮНЕСКО. 1994. № 12.
8
УДК 556.18
РАЗРАБОТКА НАУЧНЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ПРИНЦИПОВ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ
МОНИТОРИНГА ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ
О.П. Авандеева – аспирант
Российский университет дружбы народов
И.А. Степановская – канд. техн. наук, ведущ. науч. сотр.
Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова
(ИПУ) РАН, г. Москва, Россия
М.А. Сабитов – ст. преподаватель
ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет
природообустройства», г. Москва, Россия
Представлено описание многофункциональной информациионной системы мониторинга водных объектов, которая позволяет интегрировать и совокупно обрабатывать информацию, полученную от всех возможных источников, в
том числе от специализированных автоматических постов
мониторинга. Система также позволяет автоматически выделять чрезвычайные экологические ситуации, связанные с
качеством вод, осуществлять моделирование переноса загрязнения и прогнозирование типов биологической активности обнаруженных органических ксенобиотиков.
The description of the multifunctional information water
monitoring system was presented. This system allows to integrate and to process the information from all possible sources of
information, including the specialized automatic monitoring stations. This system also allows automatically allocate environmental emergencies that involve, for example, the sharp change
in water quality,to model transfer of pollutants and to predict
types of biological activity of detected organic xenobiotics.
Информация, необходимая и достаточная для оценки состояния водных объектов формируется на основе их мони9
торинга. Глубина экспертного анализа и тематическое разнообразие привлекаемой информации при реализации мониторинга требуют организации сбора, обработки и обобщения большого объема документальной информации, получаемых от различных органов исполнительной власти.
Главная задача системы мониторинга заключается в
обеспечении форматной «соизмеримости» разнотипных независимо формируемых информационных материалов. Под
соизмеримостью понимается единый масштаб времени,
привязка объектов к единой системе географических координат, единая терминология, готовность к совместной статистической обработке и графическому представлению. Если в классических системах электронного документооборота первоочередное внимание уделялось «внешней» работы с
документами (регистрации, распределению по исполнителям, координации), то в системах мониторинга приоритетной становится обработка данных о состоянии водных объектов для их последующей интеграции и автоматизированной обработки.
Современные системы мониторинга водных объектов
включают в себя бесконтактные и контактные методы наблюдения за состоянием водных объектов, которые, в свою
очередь, распределяются на портативные, возимые, лабораторные и другие, а также делятся по технологии обработки
данных на ручные, автоматизированные и автоматические.
Информация, получаемая от них также разноформатна, даже в условиях использованиях их одной организацией, и не
интегрируется в единую информационную систему. Формирование подобной интегрирующей информационной системы, включающей в себя возможность сбора и обработки
данных от всех возможных источников информации о состоянии водных объектов, в том числе от автоматических
постов мониторинга (АПМ), является важной задачей для
реализации эффективного управления водохозяйственной
деятельностью и является важной задачей в рамках разработки технологической платформы.
10
Эту проблему частично позволяет решить разработка автоматизированной системы мониторинга (АСМ) водных
объектов (ВО), позволяющей интегрировать данные о состоянии ВО, получаемые от всех возможных источников
контроля состояния ВО (включая автоматические посты
мониторинга контактного типа или их сеть) на различных
уровнях (отдельные ВО, их комплекс (каскад), бассейн ВО)
для обеспечения оптимального управления экологическими
рисками, а также создание прогнозных моделей с возможностью выхода на геоинформационную систему (ГИС) и
разработкой сценариев управленческих решений.
Работы по созданию подобной АСМ ВО были начаты
ИВП РАН в 2005 г. В 2011 г. ИВП РАН совместно с ИПУ
РАН был разработан алгоритм оптимальной многофункциональной информационной системы мониторинга
(МИСМ) ВО, позволяющей осуществлять сбор и обработку
данных о состоянии ВО, получаемых от всех возможных
источников контроля состояния ВО, включая региональный
и бассейновый уровни. Разработанный алгоритм МИСМ ВО
настраивается под конкретные задачи мониторинга. Он
универсален и позволяет использовать его как для системы
мониторинга качества индивидуальных ВО, их бассейнов,
сети ВО в пределах региона и т.д. Общая схема алгоритма
функционирования МИСМ ВО представлена на рис. 1.
К основным функциональным возможностям МИСМ ВО
относятся: а) интеграция и первичная обработка данных о
состоянии и качестве вод, включая зоны потенциального
риска возникновения ЧЭС; б) формирование автоматического извещения при экстремальном превышении показателей
качества вод ВО; в) прогнозирование переноса загрязняющих веществ, а также использование некоторых других прогнозных моделей; г) прогнозирование токсичности веществ,
для которых отсутствуют нормативные значения ПДК (информационный поиск и расчет); д) прямой вывод данных на
геоинформационные системы; е) составление сводного отчета, позволяющего формировать управленческие сценарии,
направленные на снижение экологических рисков. Для реа11
лизации выше названных функций оптимально использовать портальную web-технологию [1].
Рис. 1. Общая схема алгоритма функционирования МИСМ ВО:
БА – биологическая активность; ГИС – геоинформационная система; ГХД – геоинформационное хранилище данных; ОДУ – ориентировочно-допустимый уровень; ПДК – предельно допустимая
концентрация; ХС – химическое соединение; ЧЭС – чрезвычайная экологическая ситуация; PASS – наименование программы
прогнозирования БА
12
МИСМ ВО реализует сбор сведений о состоянии ВО от
всех возможных источников информации благодаря специальному сайту-интегратору. Далее информация через буферное хранение импортируется в консолидированное геоинформационное хранилище данных (ГХД). После верификации сведения проходят обработку в ГХД, сравниваются с
предельно-допустимыми концентрациями (ПДК). Результатом подобной обработки являются формирование предварительного отчета о качестве вод и выявление экстремальных
превышений ПДК, исходя из заданных порогов экстремальных показателей. При обнаружении превышений формируются сообщения о ЧЭС, включая тренды изменения контролируемых показателей, которые направляются в соответствующие организации.
Дополнительный аналитический комплекс ИСМ ВО
представляет собой два инструментальных блока.
1. Поисково-расчетная информационная система, обеспечивающая просмотр отечественных (региональных, ведомственных и др.), а также зарубежных и международных
баз данных, содержащих сведения о ПДК и другие сведения об опасности обнаруженных веществ (в том числе, о
физико-химических свойствах, видах биологической активности, включая токсические и другие), а также производит
расчет биологической активности (опасности) обнаруженных органических ксенобиотиков, например, индивидуальных углеводородов, на основе взаимосвязей «структураактивность» [2, 3].
2. Модель переноса загрязнений ВО. Модель модифицируется для каждого ВО индивидуально исходя из его гидрологических особенностей [4]. В частности, в описываемой
МИСМ ВО модель переноса позволяет дать прогноз переноса растворенной и эмульгированной нефти, которая практически не задерживается боновым заграждением.
По указанию оператора, для визуализации и получения
более полной картины о состоянии ВО, информация передается в геоинформационную систему. В описываемой МИСМ
13
ВО используются ГИС «Панорама» (разработка ЗАО КБ
«Панорама») и картографический сервис Google Maps.
Окончательные результаты функционирования ИСМ ВО
передаются эксперту для разработки оптимальных сценариев управляющих решений, направленных на минимизацию
экологических рисков.
Некоторые результаты, полученные при обработке с помощью МИСМ ВО данных многолетнего мониторинга качества вод Чебоксарского водохранилища, приведены [6].
Одной из функциональных возможностей МИСМ ВО
является прием данных в режиме он-лайн от АПМ или сети
АПМ. Подобный пост был разработан ИВП РАН совместно
с Seba Hydrometrie GmbH (Германия) [5]. Он позволяет одновременно измерять до 14 показателей состояния ВО (гидрологические, гидрофизические и гидрохимические), а также включает возможность добавления трех дополнительных
датчиков (рис. 2). Комплекс датчиков в АПМ организован
таким образом, что перекрестные измерения по ряду показателей увеличивают надежность измерений.
Рис. 2. Автоматический пост мониторинга в разрезе
14
АПМ пригодны для использования практически на всех
ВО различной площади акватории в отличие от существующих в настоящее время автоматических постов мониторинга, которые, в большинстве своем привязаны к берегу
благодаря следующим своим технологическим особенностям: автономное питание до 6 месяцев; передача команд
управления и регистрируемых сигналов по проводной, сотовой и космической связи; возможность размещения его на
внешних конструктивах гидротехнических сооружений, на
плавающей платформе (буй) в противоволновом исполнении, в погружной гильзе (вплоть до глубин 10 м, что позволяет работать в условиях ледового покрова). Расширенная
версия АСМ ВО предусматривает использование флуресцентных лидаров, позволяющих вести дистанционную фиксацию нефтяных разливов на ВО.
В целом, АСМ ВО позволяет значительно улучшить существующие системы мониторинга, в том числе для зон высокого экологического риска, а также включая условия
чрезвычайных экологических ситуаций.
С помощью АСМ был обработан массив данных, составленный из результатов обследования Чебоксарского водохранилища (2002-2005 гг.). Были выявлены такие эффекты
как присутствие лекарственных соединений, увеличение
концентрации радона в приплотинных водах и в теле плотины, изменение ряда показателей качества вод нижнего
бьефа по сравнению с верхним, неравномерное распределение некоторых тяжелых металлов по горизонтам вод.*)
Библиографический список
1. Степановская И.А., Авандеева О.П., Баренбойм Г.М.
Web-технологии для мониторинга водных объектов.
//Методы оценки соответствия. № 3. 2012. – С. 22-28.
2. Баренбойм Г.М., Веницианов Е.В., Чиганова М.А. и др.
Мониторинг органических ксенобиотиков, включая ле*) Авторы благодарят главного научного сотрудника ИВП РАН д-ра
ф.-м.н., проф. Г,М. Баренбойма за руководство работой.
15
карства, на водных объектах (проблемы оценки биологической активности). /Сб. тр. всероссийской научной
конференции «Устойчивость водных объектов, водосборных и прибрежных территорий; риски их использования». – Калининград, 2011. – С. 16-24.
3. Филимонов Д.А., Поройков В.В. Прогноз спектров биологической активности органических соединений. //Российский химический журнал. 2006. 50 (2). – С. 66-75.
4. Перекальский В.М., Абрамов Н.Н., Авандеева О.П. Моделирование динамики течения и массопереноса в речных системах. /Сб. науч. тр. «Вода и водные ресурсы:
Системообразующие функции в природе и экономике».
– Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2012. – С. 300-305.
5. Баренбойм Г.М., Авандеева О.П., Степановская И.А. Некоторые научные и технологические аспекты развития
систем мониторинга качества природных вод. /Сб. науч.
тр. «Вода и водные ресурсы: Системообразующие функции в природе и экономике». – Новочеркасск: ЮРГТУ
(НПИ), 2012. – С. 365-375.
УДК 628.112 : 504.4.06
МОНИТОРИНГОВЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КАЧЕСТВА
ВОДЫ ТРАНСГРАНИЧНОЙ РЕКИ ИЛЕ И ЕЕ
ПРИТОКОВ
А.Т. Базарбаев – канд. техн. наук, доцент;
М.К. Баекенова – канд. техн. наук, доцент;
Б.А. Биримкулова – канд.с.-х. наук, доцент;
Б.С. Мамадияров – докторант
Казахский национальный аграрный университет.
Казахский научно-исследовательский институт экологии и
климата, Казахстан
В статье изложены результаты мониторинга за качеством стока трансграничной р. Иле. На качество стока р. Иле
значительное влияние оказывают и качество стока притоков
16
р. Иле. По этому в статье приведены и качество стока притоков р. Иле.
The paper presents the results of monitoring of the quality of
cross-border flow of the river Ili. The quality of the Ili river runoff significant influence and exert quality runoff tributaries Islet.
Therefore, in the article the flow and quality of the Ili river
tributaries.
Наряду с проблемой деления воды стока трансграничных рек, нерешенной проблемой является загрязнения стока
и их трансграничный перенос. Казахстан является внутриконтинентальной страной и до 55% поверхностных водных
ресурсов поступают из сопредельных государств. Наиболее
крупными трансграничными реками Казахстана являются р.
Урал, Иртыш, Сырдарья, Иле, Шу, Талас. Как показывают
предварительный анализ качества вод трансграничных рек,
сток трансграничных рек в большинстве случаев из сопредельных государств поступают уже загрязненными тяжелыми металлами, пестицидами, нефтепродуктами, биогенными веществами, СПАВ. В этой связи, нами изучалось качество воды трансграничной р. Иле и ее притоков, с целью
установления степени загрязнения стока р. Иле при поступление из Китайской Народной Республики, а также вносимый вклад на загрязнение стока р. Иле ее притоков на территории Республики Казахстан.
Река Иле является основной водной артерией бассейна
оз. Балхаш. Она берет начало на ледниках Музарт в Центральном Таниртау (Казахстан) истоком р. Текес. Затем течет по территории КНР, где сливается с р. Кунес и Каш, на
250-м км от слияния снова входит в пределы Республики
Казахстан и на 1001-м км впадает в оз. Балхаш. Общая длина реки 1439 км, в пределах Казахстана – 815 км. Общая
площадь бассейна р. Иле – 140 тыс. км2 (примерно 75 % водосборной площади оз. Балхаш), из них 77400 км2 – на территории Республики Казахстан. Стокоформирующая часть
бассейна расположена в Китае, где гидрографическая сеть
17
достаточно развита (от 0,6 до 3 км/км2). На территории Казахстана формируется порядка 30 % водных ресурсов р.
Иле. Кроме р. Шарын и Шелек, в левобережной части бассейна в среднем течении р. Иле принимает еще ряд горных
рек: Тургень, Есик, Талгар, Каскелен с притоками Малая и
Большая Алматинки, Курты, формирующих сток на северном склоне Заилийского Алатау. В правобережной части
наиболее крупными притоками р. Иле являются р. Хоргос,
Усек и Борохудзир, стекающие с южных склонов Жунгарского Алатау. Большинство притоков, в том числе Тургень,
Талгар, Борохудзир, вследствие больших потерь стока в
предгорьях на фильтрацию и из-за водозбора на орошение,
не доносят свои воды до р. Иле. Природный комплекс дельты р. Иле весьма изменчив и сильно уязвим к антропогенным воздействиям. Любые, даже самые незначительные изменения в речной сети, в первую очередь, отражаются на
режиме дельты. Причиной этому является то, что экосистема дельты р. Иле находится в весьма неустойчивом состоянии.
Поэтому уникальность природных ресурсов дельты р.
Иле и их легкая уязвимость к антропогенным воздействиям
должна учитываться при планировании и осуществлении
водохозяйственных мероприятий в бассейне реки. Количество наблюдений за качеством поверхностных вод суши
включает гидропосты национальной гидрометеорологической службы. Основными критериями качества вод по гидрохимическим показателям являются значения предельно
допустимых концентраций (ПДК) загрязняющих веществ
для водоемов рыбохозяйственного, хозяйственно-питьевого
и коммунально-бытового водопользования. Уровень загрязнения поверхностных вод суши оценивается и по величине
комплексного индекса загрязненности воды (ИЗВ), который
используется для сравнения и выявления динамики изменения качества вод.
Как показывает анализ данных РГП«Казгидромета», качество воды р. Иле характеризуется как «умеренно загрязненная» – 3 класс, ИЗВ – 2,39. Превышение ПДК отмечает18
ся только по содержанию в воде меди – 8,8 ПДК. По длине
р. Иле наиболее загрязненным створом является пристань
Дубунь. где индекс загрязненности составил 4,38, соответственно, качество воды относится к 5 классу – «грязная».
Загрязнение воды данного створа наблюдается за счет азота
нитритного (1,3 ПДК), железы общего (3,2 ПДК), меди (19,1
ПДК) и нефтепродуктов (1,5 ПДК). В этом створе сток реки
поступает загрязненным с территорий КНР.
Качество воды р. Иле в створах ур. Капшагай и с-з. Жидели относится к 4 классу – «загрязненная», индекс загрязненности воды варьирует от 2,80 до 3,02. Содержания загрязняющих веществ р. Иле определялись: в створе ур.
Капшагай по меди (13,2 ПДК) и нефтепродуктам (1,1 ПДК);
в створе свх. Жидели по меди (14,9 ПДК). Индексы загрязненности воды створов 164 км выше Капшагайской ГЭС, с.
Ушжарма, относится к 3 классу – «умеренно загрязненная».
Превышения ПДК в. р. Иле отмечаются: в створе 164 км
выше Капшагайской ГЭС по азоту нитритному (1,2 ПДК),
меди (5,3 ПДК) и нефтепродуктам (1,3 ПДК); в створе с.
Ушжарма по содержанию меди – 7,6 ПДК; В Капшагайском водохранилище содержание загрязняющих веществ
определялось по меди (7,9 ПДК) и нефтепродуктам (1,2
ПДК). Индекс загрязненности воды составил 1,90, соответственно, качество воды относится к 3 классу – «умеренно
загрязненная». На качество воды в водохранилище оказывает влияние сброс стоков г. Капшагай, где индекс загрязненности воды возрастает до 2,76. Качество воды здесь характеризуется как «загрязненная» – 4 класс, при повышенном
содержании меди (12,6 ПДК) и нефтепродуктов (1,4 ПДК).
В створе с. Карачок качество воды в Капшагайском водохранилище относится к 3 классу «умеренно загрязненная»,
ИЗВ – 1,03. Превышение ПДК наблюдается по содержанию
меди – 3,2 ПДК.
Основными загрязнителями водных объектов бассейна в
пределах Казахстана являются промышленные объекты,
сброс коммунально-бытовых стоков населенных пунктов
(главным образом промышленных городов, особенно г. Ал19
маты, где фекальные воды идут через Соркол), сельское хозяйство, в частности, орошаемое земледелие. В связи с
этим, гидрологический режим многих рек бассейна не отвечает по чистоте санитарным требованиям для рыбного хозяйства, рекреации, питья, а загрязненный сток, в свою очередь, ухудшает экологические условия речных дельт и оз.
Балхаш.
Озеро – накопитель сточных вод г. Алматы и прилагающих к нему территорий «Сорбулак» являются источником загрязнения подземных вод марганцем, свинцом, нитратами, кадмием, бромом, фтором, бериллием. Максимальные значение концентраций зафиксированы в прибрежной
полосе, по мере удаления от озера-накопителя они снижаются, прослеживается четкая прямая зависимость концентраций загрязняющих компонентов, уровня грунтовых вод
от объема сточных вод в накопителе.
Нами изучалось загрязненность стока р. Иле от границы
с Китайской Народной Республики – (створ с. Дубунь) до
озера Балхаш – створ с. Ушжарма. Для этого были обработаны материалы с 2001 по 2006 гг. по створам пр. Дубунь,
164 км выше Капшагайской ГЭС, ур. Капшагай, с. Ушжарма
[1]. Имеющиеся материалы загрязненности стока рек РГП
«Казгидромет» представлены в основном по меди и цинку.
Как видно из диаграммы, рис. 1, наблюдается тенденция
уменьшения загрязнения стока р. Иле медью, в 2006 г. по
сравнению с 2001 г., с 0,024 до 0,01 мг/дм3 в створе пр. Дубунь. Также наблюдается тенденция уменьшения загрязнения стока р. Иле от створа пр. Дубунь до с. Ушжарма, где
происходит самоочищение воды в русле реки, например, в
2006 г. содержание меди в створе пр. Дубунь составляло
0,01 мг/дм3, а в створе с. Ушжарма уменьшилось до
0,008 мг/дм3.
Видимо самоочищению стока реки способствует и Капшагайское водохранилище, где происходит осаждение тяжелых металлов вместе со взвешенными наносами на дно
водохранилища.
20
Содержание меди в р. Иле с 2001 по 2006 год,
мг/дм3
0,03
0,025
пр.Дубунь
0,02
0,015
0,01
0,005
0
164км выше
Капшагайской ГЭС
ур. Капшагай
1
2
3
4
5
годы
с. Ушжарма
6
Рис. 1. Содержание меди в воде р. Иле
с 2001 по 2006 гг., мг/дм3
Содержание цинка в р. Иле с 2001 по 2006 год,
мг/дм3
0,025
пр.Дубунь
0,02
0,015
164км выше
Капшагайской ГЭС
ур. Капшагай
0,01
0,005
0
1
2
3
4
5
6
с. Ушжарма
годы
Рис. 2. Содержание цинка в воде р. Иле
с 2001 по 2006 гг., мг/дм3
21
В материалах РГП «Казгидромет» с 2001 по 2005 гг. содержание цинка в воде определялось только по двум створам: пр. Дубунь и ур. Капшагай, где видно, что к створу ур.
Капшагай содержание цинка уменьшается. В 2006 г. по результатам анализа проб отобранных сотрудниками РГП
«КазНИИЭК», содержание цинка от пр. Дубунь до ур. Капшагай уменьшается, но к створу с. Ушжарма содержание
цинка увеличивается, чему способствует сбросы из накопителя сточных вод Сорбулак (рис. 2).
Также были обработаны данные постворного загрязнению стока р. Иле биогенными веществами – азот аммонийным, общим фосфором, нитрат и нитрит ионами для створов пр. Борохудзир, 171 км выше Капшагайской ГЭС, урочище Капшагай, с Ушжарма. В этих данных нет закономерности уменьшения биогенных веществ от верхнего створа к
нижнему створу, в некоторых случаях содержание биогенных веществ (нитрат и нитрит ионы) к створу Ушжарма
увеличивается. Возможно, это связано, также, со сбросами
из накопителя сточных вод Сорбулак, который сбрасывает
очищенные сточные воды ниже Капшагайской ГЭС [2].
Данные по р. Иле по ИЗВ и по ПДК были дополнены с
2010 по 2012 гг. и были построены диаграммы индекса загрязненности воды и предельно допустимой (рис. 3, 4) [3].
Как видно из диаграммы, за последние годы наибольший
ИЗВ 4,16 наблюдался в третьем квартале 2010 года и относится по загрязненности к 5-му классу, а за тем наблюдается
уменьшение в 2012 г. ИЗВ до 1,39 и по загрязненности
относится к 3-му классу. Наибольший 9,6 ПДК по меди отмечено в 2010 г. и к 2012 г. наблюдается уменьшение до
3,5 ПДК, а загрязненность стока по общему железу в эти
годы почти не изменились и остались в пределах 1,3…
1,5 ПДК.
На загрязнение стока трансграничной р. Иле определенную лепту вносит ее притоки. Приводим данные по ИЗВ и
по ПДК данные притоков р. Иле по следующим рекам: Текес, Тургень, Шарын, Чилик (табл. 1, 2).
22
Индекс загрязненнос
реки Иле
ИЗВ
ПДК
Предельные концентрации тяжелых
металлов в состове воды реки Иле
Медь
(2+)
10
5
0
201020112012
г. г. г.
Жел
езо
общ
ее
5
4
3
2
1
0
2010 2011
г.
г.
Рис. 3 и 4. ИЗВ и ПДК по меди и железо
р. Иле за 2010-2012 гг.
23
24
25
Как видно из данных таблицы по р. Текес максимальный
3,71 ИЗВ наблюдался в III квартале 2010 г. и по загрязненности относился к 4-му классу, а минимальный 0,84 ИЗВ
отмечено в III квартале 2011 г. и это 2-му класс по загрязненности, во II квартале 2012 г. ИЗВ составил 1,13 и относился по загрязненности к 3-му классу. Загрязненность р.
Текес по тяжелым металлам определен по меди и общему
железу. По меди наибольший загрязненность в 10,2 ПДК
отмечено в 2010 г., в 2011 г. составило 4,36 ПДК, а в I полугодий 2012 г. составила 3,1 ПДК, то наблюдается уменьшение загрязненности стока р. Текес медью. Загрязненность
общим железом определен только в 2010 г. и она составила
1,9 ПДК.
По р. Тургень максимальный 3,45 ИЗВ наблюдался в
I квартале 2011 г. и по загрязненности относился к 4-му
классу, минимальный 0,73 ИЗВ в IV квартале 2011 г. и от26
носился по загрязненности стока к 2-му классу, во II квартале 2012 г. ИЗВ составила 0,87 и по загрязненности относился к 2-му классу. Наибольшая загрязненность медью р.
Тургень в 4,8 ПДК наблюдался в 2011 г., а в 2010 г. составила 4,5 ПДК, а I полугодии 2012 г. составила 2,3 ПДК.
Общее железо в 2010 г. составила 1,4 ПДК.
По р. Шарын максимальная 5,03 ИЗВ отмечено в III
квартале 2010 г. и по классу загрязненности относился к 5му классу, минимальная 0,22 ИЗВ наблюдался в IV квартале
2010 г. и относился 2-му классу по загрязненности, во II
квартале 2012 г. ИЗВ составила 1,04 и по загрязненности
относился к 3-му классу. Наибольшая загрязненность медью р. Шарын отмечено в 2010 г. и составила 8,8 ПДК, в
2011 г. составила 7,01 ПДК, а в I полугодий 2012 г. составила 2,4 ПДК, то есть наблюдается уменьшение загрязненностью медью стока р. Шарын. Загрязненность общим железом определялся только в 2010 г. и составила 1,2 ПДК.
По р. Чилик максимальный 4,27 ИЗВ наблюдался в I
квартале 2011 г. и по загрязненности относился к 5-му классу, минимальный 0,91 ИЗВ в III квартале 2011 г. и относился по загрязненности стока к 2-му классу, во II квартале
2012 г. ИЗВ составила 1,12 и по загрязненности относился к
3-му классу. Наибольшая загрязненность медью р. Чилик в
8,9 ПДК наблюдался в 2010 г., а в 2010 г. составила
6,68ПДК, а первом полугодии 2012 г. составила 2,9 ПДК, то
есть наблюдается уменьшение загрязнение стока р. Чилик
медью. Общее железо в I полугодий 2012 г. составила 0,7
ПДК.
Следует отметить, одной из задач дальнейших наших
исследований является выявления источников, загрязняющих тяжелыми металлами стока притоков р. Иле и разработка мер по их исключению загрязнения стока рек и их поступлению в р. Иле.
Библиографический список
27
1. Базарбаев А.Т., Баекенова М.К. Исследование качества
воды реки Иле и изучение влияний антропогенных нагрузок на сток реки. Интегрированное и ориентированное на устойчивость управление водными ресурсами.
Матиас Крамер. Потенциал сотрудничества между Германией и Центральной Азией. – Алматы, 2010. – С. 169179.
2. Базарбаев А.Т., Баекенова М.К., Мамадияров Б.С. и др.
Мониторинг качества воды трансграничной р. Иле. Международная научная конференция. Национальная АН
Азербайджана. – Баку: «ЭЛМ», 2012. – С. 672-676.
3. Информационный бюллетень о состоянии окружающей
среды Республики Казахстан. Министерства охраны окружающей среды Республики Казахстан. РГП «Казгидромет», 2010-2012.
28
УДК 628.112: 546.65
О ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ РЕГИСТРАЦИИ
СОДЕРЖАНИЯ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В
ПРОЦЕССЕ МОНИТОРИНГА ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ –
ИСТОЧНИКОВ ПИТЬЕВОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ
Г.М. Баренбойм – д-р физ.-мат. наук, профессор
Института водных проблем (ИВП) РАН, г. Москва, Россия
О.П. Авандеева – аспирант
Российского университета дружбы народов,
г. Москва, Россия
М.А. Сабитов – ст. преподаватель
ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет
природообустройства», г. Москва, Россия
И.Л. Гринштейн – канд. хим. наук, рук. группы компаний
«АНАЛИТ
П.В. Прибытков – директор
Московское представительство ООО «Аналит Продактс»
Редкоземельные элементы представляют собой группу
из семнадцати элементов. Их потребление и промышленное
значение с каждым годом растет. В связи с этим растут и
объемы отходов производства, которые не утилизируются
по всем правилам. Это приводит к попаданию редкоземельных элементов в окружающую среду, в том числе в водные
объекты. В связи с тем, что предельно—допустимая концентрация известна только для двух элементов и опасность
элементов редкоземельной группы практически не изучена,
следует обратить более пристальное внимание на контроль
их содержания в водных объектах и возможные биологические эффекты.
Rare earth elements are the group from seventeen elements.
Their consumption and industrial importance are growing every
year. In connection with this the volume of waste increases. This
leads to the migration of rare earth elements in the environment,
29
including water bodies. Due to the fact that the maximum allowable concentration is known only to the two elements of rare
earth elements and their biological activity was studied very little, Great attention should be paid to the measurement of their
content in the water and possible biological effects.
В соответствии с определением Международного союза
теоретической и прикладной химии, редкоземельные элементы (РЗЭ) или редкоземельные металлы представляют
собой набор из 17-ти химических элементов в периодической таблице Менделеева, а именно 15 лантаноидов: (лантан-La, гадолиний-Gd, гольмий-Ho, диспрозий-Dy, европийEu, иттербий-Yb, лютеций-Lu, неодим-Nd, празеодим-Pr,
прометий-Pm, самарий-Sm, тербий-Tb, тулий-Tm, церий-Ce,
эрбий-Er), а также скандий-Sc и иттрий-Y [1]. По запасам
сырья они не являются редкими, по суммарной распространенности даже превосходят свинец в 10 раз, молибден – 50
раз, вольфрам – 165 раз [2]. Основное их отличие в том, что
эти элементы геохимически представлены в малых концентрациях (кларк элементов в среднем 1…2%).
РЗЭ можно назвать элементами будущего. Их растущая
роль в промышленности подтверждается темпами их добычи и производства. По данным [4] РЗЭ, были обнаружены
впервые в 1794 г. в Швеции. Промышленное производство
РЗЭ началось в 1903 г. в Австрии. В 1953 г. спрос РЗЭ составил 1000 т в 2003 г. потребление возросло до 85000 т, в
2008 – 124000 т, прогнозный спрос на 2016 г. – 200000 т
(стоимость 2…3 млрд долл. США). Резкий скачок потребления РЗЭ в период с 1950 по 2012 гг. показывают также
рис. 1 [5] и рис. 2 [3].
До 1950 г. большая часть добываемых редкоземельных
элементов поступала из Индии и Бразилии. Затем, вплоть до
1980-х годов, лидерство по добыче этих ископаемых принадлежало ЮАР, а в 1980-е годы США. С начала 2000-х подавляющее большинство редкоземельных элементов добывается в Китае: 95% от общемирового объема в 2010 г. [6].
30
Рис. 1. Мировое производство оксидов редкоземельных металлов
с 1950 по 2000 годы (тыс. т)
Потребление РЗО, тыс.тонн
200,0
180,0
160,0
140,0
120,0
100,0
80,0
60,0
40,0
20,0
0,0
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012
Рис. 2. Рост потребления редкоземельных оксидов в мире [3]
Служба геологоразведки США (United States Geological
Survey) в конце 2010 г. оценила мировые запасы оксидов
редкоземельных элементов в 110 млн т, из которых 50%
принадлежит Китаю, 17 – странам СНГ, 12 – США, 2,8 –
31
Индии и 1,9% – Австралии [6]. Между тем, возобновляются
разработки месторождений РЗЭ, остановленные ранее, в
том числе разработка американского месторождения Mountain Pass, месторождения Mount Weld в Австралии. Совсем
недавно Бразилия заявила, что ресурсы РЗЭ в этой стране
могут достигать до 3,5 млрд т. По мнению японских геологов, дно Тихого океана изобилует залежами РЗЭ однако месторождения находятся на глубине от 3500 до 6000 м и простираются на площади в 11 млн м2, в этих месторождениях
может содержаться порядка 80…100 млрд т РЗЭ [6].
Россия является вторым по счету поставщиком редкоземельных элементов в мире, и владеет 20% мировых резервов. Эти показатели могут существенно возрасти после недавнего открытия новых месторождений в Мурманской области и на Кольском полуострове, и, главным образом, на
Курильских островах. В России имеется еще два или три
других крупных месторождения, они объявлены стратегическими запасами [6].
Масштабы производства, ассортимент продукции, состояние технологии и области применения редких металлов
продолжают быстро развиваться. Уже сейчас передовая современная промышленность невозможна без редких элементов: Sc – самых мощных лазеров; Nd, Sm, Dy – нового
класса постоянных магнитов; Y, La – активно разрабатываемых высокотемпературных сверхпроводников; Y – новой конструкционной керамики; Sc – авиационных и космических материалов [7].
Существенно возросло использование РЗЭ для производства оптоволокна и устройств памяти, а также изготовления аккумуляторов и топливных элементов. РЗЭ являются
обязательным составляющим элементом ноутбуков, смартфонов, планшетников, телевизоров с плоским экраном,
энергсберегающих ламп, а также МРТ-томографов [9]. Одно из самых перспективных направлений – РЗЭ в расширяющемся производстве электро- и гибридных автомобилей, производстве солнечных батарей [9]. В нескольких
32
крупных сегментах РЗЭ обосновались очень прочно (табл.
1).
Таблица 1
Структура потребления редких земель (2009 г.) [8]
Сфера
потребления
Катализаторы
Металлургия
Магниты
Керамика
Люминофоры
Прочее
Всего
Объем потребления,
тыс. т.
32
21,5
27,5
6.8
8,7
5,5
128
Среднегодовой
прирост, %
3–5
8–9
18–22
15–20
8–10
10–12
9–10
В связи с резким скачком потребления РЗЭ возросло количество отходов, которые не утилизируются. Результаты
последних исследований показывают, что рост объёмов
электронных отходов в три раза выше роста объёмов других
бытовых отходов. Так, например, по данным на 2011 г.
большинство людей не сдаёт свои мобильные телефоны на
утилизацию, только 3% населения утилизируют их по всем
правилам, остальные выбрасывают всё на свалку [10]. Это
способствует высокой вероятности попадания РЗЭ в водные
объекты.
Оценка токсичности РЗЭ при попадании их в воду изучена в очень ограниченных масштабах. Известно, в частности, что водорастворимые соединения Y считаются умеренно токсичными, в организме Y заменяет кальций, что приводит к хрупкости костей, Ce токсичен: животные, которым вводили большие дозы церия, умирали из-за сердечнососудистой недостаточности [11]. Эти «ножницы» между
стремительным увеличением потребления РЗЭ и их миграцией в окружающую среду, с одной стороны, и низкими
темпами исследования биологической активности РЗЭ, с
другой – могут привести к опасным последствиям для био33
ты и человека. Поэтому, необходимы как более интенсивные и детальные исследования биологической активности
РЗЭ, так и контроль за их содержанием в водных объектах.
В отечественной практике установлено ПДК для питьевой воды только для Eu (0,3 мг/л) и Sm (0,024 мг/л). Значения ПДК между ними отличаются примерно в 10 раз, хотя
Sm и Eu являются элементами одной химической группы
лантаноидов и сходны по химическим свойствам. Для примера ПДК питьевой воды, у элементов побочной подгруппы
железа (0,3 мг/л) и молибдена (0,25 мг/л), то есть значение
ПДК практически одинаковы [12]. Такое различие в ПДК у
Sm и Eu означает их различное биологическое влияние. Не
исключено также, что эти ПДК определялись по различным
методам, которые отличаются разным набором биологических мишеней и разным набором контролируемых фенотипических эффектов.
Известно несколько основных методов определения РЗЭ
в воде: атомно-абсорбционная спектроскопия (с пламенной
атомизацией), оптическая эмиссионная спектрометрия с индуктивно связанной плазмой, масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой, рентгенофлуоресцентный анализ.
Анализ их достоинств и недостатков показал, что для решения задачи обнаружения и анализа содержания РЗЭ в воде
наиболее эффективным методом является оптическая эмиссионная спектрометрия с индуктивно связанной плазмой
[13].
Одним из лучших в данном классе приборов является
оптический эмиссионный спектрометр параллельного действия с индуктивно связанной плазмой ICPE-9000 производства Shimadzu (Япония). Для РЗЭ пределы обнаружения
находятся на уровне 1-10 ppb и ниже (подробнее см. табл.
2.).
РЗЭ довольно легко взаимодействуют c водой, образуя в
основном нерастворимые и в меньшей степени растворимые
оксиды [14]. Таким образом, производные РЗЭ при попадании их в водные объекты можно обнаружить как в воде, так
и в донных отложениях.
34
Таблица 2
Пределы обнаружения для некоторых редкоземельных
элементов в ICPE-9000 [13]
Элемент
Скандий (Sc)
Лантан (La)
Неодим (Nd)
Прометий (Pm)
Самарий (Sm)
Европий (Eu)
Тербий (Tb)
Диспрозий (Dy)
Предел обнаружения, ppb (мкг/л)
1 ppb и ниже
1 ppb и ниже
между 1 ppb и 10 ppb
Невозможно определить*
между 1 ppb и 10 ppb
1 ppb и ниже
между 1 ppb и 10 ppb
1 ppb и ниже
Действительно, по результатам полевых исследований
некоторых источников водоснабжения г. Москвы методами
оптической эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой были обнаружены в воде следующие РЗЭ:
Gd, Ho, Dy, Eu, Yb, Y, La, Nd, Pr, Sm, Ce, Er [15].
Подобный анализ для Чебоксарского водохранилища
(ЧВ) – источника водоснабжения ряда крупных населенных
пунктов Чувашии, Марий Эл и Нижегородской области, показал наличие в ЧВ следующих РЗЭ: La, Gd, Ho, Dy, Eu, Yb,
Y, Lu, Nd, Pr, Pm, Sm, Tb, Tm, Ce, Er, Sc.
Превышений ПДК для европия и самария не выявлено,
однако анализ содержания РЗЭ в донных отложениях показал, что по ряду элементов содержание их растет. Так, например, содержание самария в ЧВ (водозабор г. Чебоксары)
с 2003 по 2005 год возросло практически в 4 раза (с 0,29 до
1,1 мкг/л) [16].
Таким образом, наличие РЗЭ в воде подтверждается экспедиционными исследованиями. Концентрации обнаруженных элементов малы, но их содержание с каждым годом
растет. РЗЭ обнаруживаются в водных объектах, в которых
не были ранее обнаружены. В связи с тем, что ПДК известно только для двух элементов и биологическая роль группы
РЗЭ в целом изучена мало, следует обратить внимание на
35
эту проблему, которая в настоящее время только набирает
масштабы.
Библиографический список
1. Номенклатура неорганической химии: Рекомендации
ИЮПАК 2005 – http://old.iupac.org/publications/books/
rbook/ Red_Book_2005.pdf.
2. Редкоземельные металлы – http://dic.academic.ru/dic.nsf /
enc_ –medicine/26087/Радионуклиды.
3. Косынкин В.Д., Глебов В.А. Возрождение российского
производства редкоземельных металлов – важнейшая
задача отечественной экономики. /Пленарный доклад на
III Международной конференции «Функциональные наноматериалы и высокочистые вещества». – Суздаль,
2010.
4. Ian M London, P. Eng. The Delicate Supply Balance and
Growing Demand for Rare Earths // «Magnetics 2010», Orlando, Florida, January 27, 2010.
5. В Японии найдено месторождение редких металлов, использующихся в электронике – http://www.gadgetblog.ru
/7919/#more.
6. Редкоземельные элементы как фактор геостратегической
игры – http://win.ru/konspirologiya/1322641756.
7. Твердохлебова Т.В. Усова Е.А. Мировой и российский
рынок редких металлов: текущее состояние. //Проблемы
современной экономики. 2011. № 4(40).
http://www.m-economy.ru/art. php? nArtId=3796.
8. Журнал «Эксперт» № 4 – http://expert.ru/expert/2010/44/
bazovue_elementy/.
9. Коссинс Д. Ноутбукам не хватает металлов // Наука в
фокусе. 2011. – С. 42-48.
10. Мобильный телефон ещё одна угроза экологии, 2011
http://www.saveplanet.su/articles_88.html.
11. «Википедия», англоязычная версия - http://en.wikipedia.
org/wiki/.
12. СанПиН 2.1.4.1074-01. Питьевая вода. Гигиенические
36
требования к качеству воды централизованных систем
питьевого водоснабжения. Контроль качества, 2010
http://files.stroyinf.ru/Data1/9/9742/.
13. Компания Шимадзу в России - http://www.shimadzu.ru/.
14. Горная энциклопедия – http://enc-dic.com/enc_rock/ Redkozemelne-jelement-3600.html.
15. Отчет о научно-исследовательской работе: «Определение перспективных приоритетных загрязнителей воды
водоисточников: ксенобиотиков, медицинских препаратов, гормонов и других веществ антропогенного происхождения. Этап 3.3: Рекомендации и их научнотехническое обоснование по охране водных объектов –
источников водоснабжения Москвы и технологиям водоподготовки». – М.: ИВП РАН, 2011. – 126 с.
16. Сводный отчет о результатах экспедиционных исследований поверхностных водных объектов Чувашской Республики, включая Чебоксарское водохранилище, проведенных в 1998, 2002, 2003 (два экспедиционных цикла),
2005 годах. – М.: ГЦВМ МПР РФ, ИВП РАН, 2005. –
522 с.
УДК 627.8
РЕЗУЛЬТАТЫ МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ
ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ
МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ В 2012 г.
В.И. Волков – канд. техн. наук, профессор;
Г.М. Каганов – д-р техн. наук, профессор
ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет
природообустройства», г. Москва, Россия
В статье описываются основные результаты мониторинга состояния гидротехнических сооружений 20-ти гидроузлов Московской области, проведенных в 2012 г. Приводятся
обобщенные статистические данные по типам сооружений,
их состоянию и современному уровню безопасности, по из37
менению уровня безопасности, произошедшему с момента
предыдущих обследований, по выполнению ранее выданных рекомендаций и по готовности гидротехнических гидроузлов к пропуску паводковых расходов.
В 2012 г. сотрудниками ФГБОУ ВПО МГУП были продолжены работы, связанные с мониторингом состояния
гидротехнических сооружений Московской области, в частности, было проведено обследование гидротехнических сооружений 20-ти водоемов с целью выяснения их готовности
к пропуску расчетных паводковых расходов.
Основными задачами данной работы являлись: оценка
готовности (неготовности) сооружений к пропуску расчетных паводковых расходов; выявление изменений, произошедших с момента предшествующих обследований (20032007) в том, что касается изменения технического состояния, уровня безопасности, вида и качества проведенных ремонтных работ; выполнение (или невыполнение) ранее выданных рекомендаций, касающихся ремонтных работ, связанных с обеспечением безопасного пропуска паводковых
расходов.
В таблице 1 приведено распределение обследованных
гидроузлов по районам Московской области.
Таблица 1
Распределение обследованных гидроузлов по
районам Московской области
Район
Каширский
Клинский
Городской округ Коломна
Ленинский
Пушкинский
Раменский
Всего
38
Количество
гидроузлов
4
2
3
3
2
6
20
Параметр
Значение параметров
по результатам предпаводковых обследований 2012 г.
(20 гидроузлов)
Значение параметров
в среднем по Московской области
(1250 гидроузлов)
В таблице 2 приведены основные параметры водоемов
обследованных гидроузлов.
Таблица 2
Параметры водоемов обследованных гидроузлов
Общий объем, млн. м3
Средний объем водоема, млн. м3
Общая площадь, га
Средняя площадь, га
Средняя глубина
Средняя высота плотины
9.1
0.46
432.2
21.6
2.1
7.5
350,9
0,28
16136,9
12,9
2,2
5,8
Средние параметры водоемов и средняя высота плотин
гидроузлов, обследованных в рамках проведения предпаводкового периода, превышают аналогичные средние параметры по гидроузлам, обследованным в целом по Московской области. Такие параметры являются следствием того,
что для обследования отбирались не только опасные для
территорий нижнего бьефа гидроузлы, но и наиболее крупные гидроузлы со значительным объемом водоема (в среднем более 450 тыс. м3).
Среди всех обследованных гидротехнических сооружений 20 гидроузлов напорный фронт сформирован грунтовыми плотинами IV класса.
Водосбросами являются:
трубчатые (15 шт.):
с ковшовым оголовком – 4 (с переливом воды через
фронтальную стенку);
39
с башенным оголовком – 9 (нерегулируемые – 7; с затворами во фронтальной стенке – 2);
безбашенный – 1;
сифонный – 1;
открытые (5 шт.):
береговой нерегулируемый – 2;
в теле плотины регулируемый – 1;
в виде водосбросной плотины – 1;
в виде обводного канала – 1.
Водовыпуски предусмотрены в 15 гидроузлах:
башенные – 2;
безбашенные с запорным колодцем в нижнем бьефе – 9;
сифонный – 2;
совмещенные с водосбросом – 2.
Уровень безопасности гидротехнических сооружений
обследованных в 2012 г. гидроузлов Московской области
(в соответствии с Российским регистром ГТС)
40
Распределение обследованных гидроузлов по уровню
безопасности в соответствие с Российским регистром ГТС
приведено на рисунке. Гидроузлы, сооружения которых
могли бы быть отнесены к нормальному уровню безопасности, отсутствуют. Процент сооружений с неудовлетворительным и опасным уровнем безопасности составляет 60%,
что незначительно меньше, чем количество таких сооружений в среднем по Московской области.
Таблица 3
Сведения по характеру (масштабу) чрезвычайной ситуации
(ЧС) при прорыве напорного фронта гидроузлов
По характеру (масштабу) ЧС при
прорыве напорного фронта
Всего, в том числе:
межмуниципальный
муниципальный
локальный
Кол-во
%
20
3
15
2
100.0
15.0
75.0
10.0
По форме собственности среди обследованных гидроузлов: 20 % не имеют собственника на гидротехнические сооружения, 25% составляют объекты, принадлежащие различным Акционерным обществам, Обществам с ограниченном ответственностью, другим частным предприятиям;
55 % находятся в муниципальной собственности или на балансе муниципальных предприятий.
На 50,0 % обследованных гидроузлах отсутствуют службы эксплуатации.
В таблице 4 приведена сводка по выполнению ранее выданных предписаний и рекомендаций по гидротехническим
сооружениям.
Выполненные ремонтные работы, в основном, осуществлялись на средства частных собственников сооружений.
Обобщенные данные по изменению уровня безопасности
ГТС с момента их предыдущего обследования (20032007 гг.) приведены в табл. 5.
41
Таблица 4
Выполнение ранее выданных предписаний и рекомендаций
по гидротехническим сооружениям
Параметр
Выдано предписаний и рекомендаций
Выполнены полностью
Не выполнены полностью
Выполнены частично
Значение
20
2
13
5
в%
100
10
65
25
Таблица 5
Изменение уровня безопасности ГТС с момента их
предыдущего обследования в 2003-2007 гг.
Остался опасным
Остался неудовлетворительным
Остался пониженным
2
10
Всего
3
15
Не изменился
до опасного уровня
4
20
Понизился
Всего
Кол-во
%
до неудовлетворительного уровня
до пониженного
уровня
Всего
Повысился
4
20
4
20
12
60
1
5
4
20
7
35
Общие статистические данные, дополнительно касающиеся вопроса безопасного пропуска расчетных паводковых расходов по всем обследованным в 2012 г. гидроузлам
Московской области, приведены в табл. 6.
Оценка готовности гидроузла к пропуску паводковых
расходов базировалась на основании комплексной оценки
совокупности следующих основных факторов: состояния
водопропускных сооружений (в основном водосбросов) и
их примыканий к грунтовой плотине; состояния грунтовой
плотины и достаточности превышения гребня плотины в
месте наименьшей его отметки над уровнем верхнего бьефа;
состояния водоспусков и, в частности, осуществление пред42
паводковой сработки водоемов; готовности служб эксплуатации (при их наличии) к выполнению мероприятий по пропуску паводковых расходов, включая наличие техники, резервов стройматериалов, связи, системы оповещения и т.п.
Таблица 6
Общие статистические данные, касающиеся вопроса
пропуска паводковых расходов
Показатель
Кол. %
Всего объектов в выборке
20 100
Готовность к пропуску паводковых расходов
Наличие дежурного персонала
5
25.0
Наличие системы оповещения
8
40.0
Наличие аварийных материалов, механиз3
15.0
мов, рабочей силы
Наличие удовлетворительного подъезда и
10 50.0
проезда по сооружению
Предпаводковая сработка водоема:
Предусмотрены сооружения для предпавод14 70.0
ковой сработки водоема
Сооружения для обеспечения предпаводковой сработки водоема в удовлетворительном 8
40.0
состоянии
Предпаводковая сработка водоема осущест2
10.0
вляется
По степени готовности гидроузлов к пропуску расчетных паводковых расходов
Всего по гидроузлам:
Достаточная степень готовности
8
40.0
Недостаточная степень готовности
12 60.0
В том числе из-за неудовлетворительного
4
20.0
состояния только водосбросных сооружений
В том числе из-за неудовлетворительного
1
5.0
состояния только земляной плотины
В том числе из-за неудовлетворительного
состояния одновременно водосбросных со- 7
35.0
оружений и земляной плотины
43
Из 14 гидроузлов, в которых предусмотрены соответствующие сооружения, предпаводковая сработка осуществляется только на двух.
Выводы
Анализ материалов проведенных предпаводковых обследований позволяет сделать следующие основные выводы.
1. Пропуск паводковых расходов в безопасном режиме
может быть осуществлен на 40 % гидроузлов.
2. Выполненные на сооружениях ремонтные работы
позволили:
сохранить пониженный уровень безопасности сооружений на 7 объектах (35 %);
повысить уровень безопасности сооружений на 4 объектах (20%).
3. Уровень безопасности гидротехнических сооружений 12 гидроузлов (60%) соответствует неудовлетворительному или опасному. Уровень безопасности 4 гидроузлов
(20%) понизился до опасного.
4. Предпаводковая сработка водоемов осуществляется
только на 10% гидроузлов.
5. Выданные ранее предписания и рекомендации, касающиеся мероприятий, направленных на повышение безопасности гидротехнических сооружений не выполнены частично или полностью на ГТС 90 % гидроузлов.
6. На 50,0 % обследованных гидроузлах отсутствуют
службы эксплуатации.
Библиографический список
1. Каганов Г.М., Волков В.И. К оценке состояния низконапорных гидротехнических сооружений при отсутствии
проектной документации. /Природообустройство. 2008.
№ 3. – С. 41–48.
2. Каганов Г.М., Волков В.И., Секисова И.А. Результаты
предпаводкового обследования 2006 г. гидроузлов Мос44
ковской области. //Гидротехническое строительство.
2007. №4. – С. 2–9.
3. Каганов Г.М., Волков В.И. Результаты предпаводкового
обследования гидроузлов Московской области в 2010 г.
//Природообустройство. 2012. № 3.
УДК 627.83 : 627.51
О ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
ВОДОПРОПУСКНЫХ СООРУЖЕНИЙ
В.А. Волосухин, Е.Н. Белоконев
Институт безопасности гидротехнических сооружений,
г. Новочеркасск
В работе представлены результаты экспериментальных
исследований пропуска максимальных паводковых расходов через Невинномысский гидроузел на р. Кубань, эксплуатируемый более 60 лет.
В условиях обитания человека в техносфере для обеспечения нормальных условий жизнедеятельности важно знать,
какой уровень опасности составляет тот или иной техногенный компонент. При решении водохозяйственных задач исходят из бассейнового принципа управления количественными и качественными показателями водных ресурсов, которые формируются на водосбросной территории данного
бассейна. Регулируют и перераспределяют поверхностный
сток путем строительства водохранилищных гидроузлов,
являющихся техногенными источниками опасности в рамках бассейновой геосистемы. Обеспечение необходимого
уровня безопасности в зоне действия водоподпорного гидротехнического сооружения (ВГТС) в настоящее время выступает актуальной проблемой в научном и практическом
отношениях.
45
Безопасность ВГТС подразделяется на гидрологическую,
гидравлическую, конструктивную, фильтрационную и руслоформирующую.
На основании анализа результатов научных гидравлических исследований водосбросных и водопропускных гидротехнических сооружений гидроузлов и обводнительнооросительных систем нами были обобщены основные оценочные положения по обеспечению гидравлической безопасности этих сооружений в форме блок-схемы. Эта блоксхема приведена на рис. 1.
Гидравлическая безопасность водопропускных сооружений
Пропускная
способность
Гидравлические режимы
Подводящее
русло (канал)
Подводящее
русло (канал)
Входная часть
Входная часть
Водопроводящая часть
(лотки, трубы,
тоннели)
Водопроводящая часть
(лотки, трубы,
тоннели)
Выходная
часть
(оголовок)
Выходная
часть
(оголовок)
Скоростная
структура потока (давления,
вакуум, кавитация)
Подводящее
русло (канал)
Входная часть
Водопроводящая часть
(лотки, трубы,
тоннели)
Выходная
часть (оголовок)
Сопряжение
бьефов
Гасительные
устройства.
Конструкция
нижнего бьефа
Назначение
длины
рисбермы и
гасителя
Оценка устойчивости против деформаций и размывов
Рисберма, отводящее
русло
Рис.1. Блок-схема изучения гидравлической безопасности
водопропускных сооружений
46
Блок-схема гидравлической безопасности (рис. 1) составлена из условия, что все гидротехнические сооружения
состоят из подводящего участка, входного оголовка (блока),
транзитной (водопроводящей), выходной частей, рисбермы
и отводящего русла. Гидравлическая безопасность определяется безопасной (проектной) работой каждой из перечисленных частей. Она характеризуется пропускной способностью, гидравлическими режимами, скоростной структурой
потока, сопряжением бьефов.
Для ВГТС, в состав напорного фронта которых входит
плотина из грунтовых материалов, гидравлическая безопасность имеет особую актуальность, так как при переполнении чаши водохранилища возникает опасность перелива
воды через гребень плотины. Это явление сопровождается
разрушением тела плотины, появлением разрушительной
волны прорыва и затоплением значительных территорий в
нижнем бьефе, большими людскими жертвами и материальным ущербом. Поэтому одним из основных показателей
гидравлической безопасности ВГТС является пропускная
способность водосбросных, водоспускных и водовыпускных гидротехнических сооружений заданной обеспеченности, которая определяется классом капитальности гидроузла.
Анализ аварийных ситуаций ВГТС с плотинами из грунтовых материалов, связанных с пропуском максимальных и
катастрофических расходов через водосбросные, водопропускные и водовыпускные сооружения, позволяет идентифицировать опасные явления, вызывающие аварийные и
чрезвычайные ситуации (ЧС) [1, 2]:
пропуск катастрофических расходов, превышающих
расчетные;
отказ гидромеханического оборудования, связанного с
управлением затворами;
перебои в подаче электроэнергии на механическое оборудование управления и на обогрев затворов;
снижение пропускной способности на входной и транзитной (водопроводящей) частях рассматриваемых соору47
жений (скопление мусора, наносов, плавающих предметов,
льда, шуги, образование локальных вакуумных зон, обрушение берегов перед сооружениями и др.); ошибки на стадии проектирования (необоснованное завышение пропускной способности гидротехнических сооружений, неточные
гидрологические расчеты водотоков, поверхностный подход к назначению конструкций гасительных устройств в
нижнем бьефе сооружений и др.);
ошибки на стадии эксплуатации ВГТС (недостаточная
квалификация технического персонала, отсутствие плановопредупредительных мероприятий и др.);
ошибки при выборе масштаба модельных установок и
определении граничных условий достоверности проводимых экспериментов.
Гидравлическая безопасность гидротехнических сооружений может быть не обеспечена по следующим причинам:
разрушение водопроводящих трактов (транзитной части)
вследствие значительных удельных расходов (более 40
м3/с), повышенных гидрологических воздействий, кавитационной и абразивной эрозии;
неэффективность работы гасительных устройств и сопряжения потока в нижнем бьефе вследствие сбойных явлений на водоотводящем тракте и повышенными (нерасчетными) расходами, скоростями и др., приводящими к деформациям, разрушению рисбермы и к опасным явлениям, связанным с размывами в нижнем бьефе и переформированием
русла за водопропускными и водосбросными сооружениями;
понижение расчетных (бытовых) уровней воды в отводящем русле вследствие его деформации, хозяйственной
деятельности и других нештатных ситуаций.
Гидравлическая безопасность гидротехнических сооружений в значительной степени определяется еще на стадии
лабораторных гидравлических исследований при правильном выборе масштаба и конструктивного решения модели, с
аргументированными выводами и рекомендациями.
48
В данной статье рассматриваются вопросы гидравлической безопасности сооружений гидроузлов на примере Невинномысского гидроузла на р. Кубань в Ставропольском
крае Российской Федерации [3].
На протяжении более 50 лет эксплуатации Невинномысского гидроузла не было серьёзных сбоев в его работе. С
помощью его постоянно подается расчётный расход 75 м3/с
в Невинномысский канал. На этом канале работает Свистухинская ГЭС. Заканчивается канал консольным водосбросом (перепадом), из которого вода р. Кубань попадает в
Сенгелеевское водохранилище.
Однако, прошедший в июле 2002 г. катастрофический
паводок (расходом более 3500 м3/с при расчетном 2250 м3/с)
в створе Невинномысской плотины, привел к человеческим
жертвам и значительному наводнению, материальному
ущербу.
С целью выявления последствий прошедшего паводка на
устойчивость сооружений Невинномысского гидроузла и
разработку рекомендаций по обеспечению гидравлической
безопасности в случае повторения катастрофических паводков по заданию проектного института ОАО «Севкавгипроводхоз» (г. Пятигорск Ставропольского края) были выполнены натурные обследования головного сооружения Невинномысского канала и гидравлические лабораторные исследования этого сооружения во взаимодействии с верхним
бьефом реки Кубань.
Невинномысский гидроузел, план которого приведен на
рис. 2, включает: водозаборный шлюз для подачи воды в
Невинномысский канал; шугосброс (автоматический водосброс при превышении уровня воды в верхнем бьефе выше
НПУ); промывные галереи; водосброс в форме водослива
практического профиля, состоящий из шести отверстий шириной (пролетом) 20 м каждое (рис. 3); земляная (грунтовая
плотина).
49
50
Рис. 2. План Невинномысского гидроузла (головного сооружения Невинномысского канала)
Рис. 3. Продольный разрез по продольной оси водосброса
Рис. 4. Топографический план верхнего бьефа
Невинномысского гидроузла на р. Кубань
51
Кубань в створе Невинномысского канала привело к
разрушению сотен гражданских, промышленных, дорожных
и других объектов. Однако гидроузел выдержал натиск стихии. Это является подтверждением грамотного проектирования, качественного строительства и умелой его эксплуатации.
В результате изучения причин, приведших к негативным
явлениям при пропуске этого паводка, было отмечено, что
состояние гидроузла должно рассматриваться в неразрывной связи с поведением р. Кубань, которая относится к неуправляемым и непредсказуемым рекам.
Гидравлические лабораторные исследования верхнего
бьефа гидроузла были выполнены с учетом устройства левобережной струенаправляющей дамбы по семи поперечникам (от 1-1 до 7-7) (рис. 4) на модели масштаба 1:100 [3].
Расстояние поперечников (створов) от понура гидроузла
равны: 1-1 примерно 5 м; 2-2 – 66 м; 3-3 – 132 м; 4-4 – 186
м; 5-5 – 246 м; 6-6 – 348 м; 7-7 – 514 м; 8-8 – 700 м.
Принимая исходные условия за основу, то есть ширину
русла В = 1000 м, расход р. Кубань Q1% = 2250 м3/с, мощность насосов в гидротехнической лаборатории НГМА (до
100 л/с), определили длину и ширину площадки под модель
(5 х 10 м).
Рис. 5. Модель русла р. Кубань перед гидроузлом.
Вид с верхнего бьефа
52
Рис. 6. Модель в работе. Вид с нижнего бьефа
На рисунке 5 приведено фото модельной установки (вид
с верхнего бьефа), а на рис. 6 – то же при пропуске расхода
Q1%=2250 м3/с (в пересчете на натуру).
Для обоснования эффективности устройства правобережных защитных сооружений и струенаправляющей дамбы в верхнем бьефе Невинномысского гидроузла на левом
берегу р. Кубань с целью повышения надежности работы
грунтовой плотины и головного сооружения с учетом того,
что гидроузел относится к первому классу сооружений,
имеется необходимость в проведении лабораторных исследований на неразмываемой («жесткой») модели.
Опыты разбиты на группы по составу исследований:
Группа 1 – Исследование водного режима и движения
шуги в р. Кубань при устройстве левобережной струенаправляющей дамбы при расходах 250, 400, 500, 600, 1000,
1500, 2250, 3000 и 3500 м3/с, где Q1% = 2250 м3/с, а
Q0,1% = 3000 м3/с.
Группа 2 – Исследование движения льда по руслу р.
53
Кубани и через отверстия Невинномысского гидроузла при
пропуске расходов от 250 до 3500 м3/с.
Группа 3 – Исследование движения плавающих бревен
и предметов по руслу Кубани при пропуске расходов от 250
до 3500 м3/с.
Группа 4 – Исследование (замеры) глубин водного потока и скоростной структуры.
Группа 5 – Исследование движения донных наносов по
руслу Кубани в верхнем бьефе гидроузла.
Исследования водного режима р. Кубань заключалось в
пропуске по руслу на модели воды с опилками.
На рисунке 7 приведено фото распределения потока в
плане при пропуске потока с расходом Q1% = 2250 м3/с и
опилок.
Рис. 7. Исследование распределения водного потока в плане с
помощью опилок при пропуске расхода Q1% = 2250 м3/с.
Вид с верхнего бьефа
В этом случае вода движется к гидроузлу сплошным потоком, затопив все возвышения и островки. Имеются водо54
воротные зоны от створа 7-7 до 5-5. От створа 3-3 до понура
скорости воды резко возрастают. Опилки (шуга в натуре)
вместе с водой проходят не только через сбросные отверстия, но и через шугосброс.
Принятое очертание левобережной струенаправляющей
дамбы способствует отклонению потока на повороте к центру, то есть четвертому и, в меньшей степени, к пятому
створам. Через шестой пролет, считая от шугосброса, проходит меньший расход по отношению к другим.
Одной из проблем, которая наблюдается при эксплуатации гидроузла, является необходимость безаварийной работы как водосбросных отверстий, так и шугосброса и водозабора в случае наличия льда в верхнем бьефе сооружения. В
качестве индикатора, дающего качественную характеристику, были приняты на модели кусочки пенопласта размером
от 5 до 10 мм.
При паводковых расходах от 1500 до 2250 м3/с отмечается массовый подход льда в натуре к третьему и четвертому пролетам (водосбросным отверстиям), считая от шугосброса, а в меньшей степени ко второму и первому. В пятый
и шестой пролеты лед не поступает (рис. 8).
Рис. 8. Исследование движения водного потока и льда в плане на
модели с помощью пенопласта при Q = 2250 м3/с.
Вид с верхнего бьефа
55
Аналогичная картина отмечается и при изучении движения плавающих предметов (деревьев, мусора и др.) по руслу
р. Кубань [3].
Рис. 9. Эпюры осредненных скоростей в створах от 1-1 до 7-7 в
русле р. Кубань в верхнем бьефе Невинномысского гидроузла
при расходах в м3/с: 1 – 600; 2 – 1000; 3 – 1500; 4 – 2250;
5 – 3000; 6 – 3500
В результате измерения осредненных скоростей микровертушкой диаметром 4 мм были построены эпюры осредненных по высоте скоростей и эпюры плановых осредненных скоростей в створах от 1-1 до 7-7 (рис. 9). Из анализа
этих эпюр следует, что влияние левобережной струенаправляющей дамбы в створе 6-6, расположенном на расстоянии
348 м (в пересчете на натуру) от продольной оси гидроузла
(плотины), а также в створе 7-7, расположенном на расстоянии 514 м незначительно. Но начиная со створа (поперечника) 5-5 влияние дамбы на перераспределение удельных
расходов резко возрастает.
56
Рис. 10. Эпюры расходов в водосбросных отверстиях (пролетах)
от 1 до 6, считая от шугосброса, в зависимости от величины
паводковых расходов при наличии левобережной
струенаправляющей дамбы
После обработки данных по скоростям и глубинам в каждом из пролетов при пропуске расходов от 3500 до
600 м3/с построены эпюры (графики) расходов, проходящих
через все водосбросные отверстия (от 1 до 6, считая от шугосброса) при наличии левобережной струенаправляющей
дамбы. Эпюры расходов показаны на рис. 10. Анализ этих
эпюр указывает на неравномерность расходов, проходящих
через водосбросные пролеты (отверстия).
При Q = 3500 м3/с наибольший расход (634 м3/с) проходит через пролет 4, что в два раза выше, чем расход, проходящий через пролет 6. Большой расход проходит через про57
леты 2, 3 и 1, считая от шугосброса (соответственно, 604,8;
583 и 545,7 м3/с), (рис. 10а).
Проведенные лабораторные гидравлические исследования водного режима в верхнем бьефе Невинномысского
гидроузла, включая изменение глубины и скоростей водного потока, а также анализ видеосъемки позволяют сделать
следующие выводы:
1. В период прохождения паводка на р. Кубань в 2002 г.
основное гидродинамическое давление пришлось на второй
пролет, считая от шугосброса (при отсутствии струенаправляющей дамбы), что привело к разрушению сегментного
затвора. Расход воды значительно превысил Q0,1% =
3500 м3/с, что привело к затоплению большой территории
(наводнению).
2. Устройство левобережной струенаправляющей дамбы
способствует защите грунтовой плотины от разрушения
(размыва напорного откоса, перелива через гребень этой
плотины, образования волны прорыва) при расходах до
Q = 2250 м3/с включительно.
3. Высота левобережной струенаправляющей дамбы запроектирована на расход Q1,0%=2250 м3/с. Опыты показали,
что расстояние от поверхности воды до гребня этой дамбы в
пересчете на натуру составляет около 0,15 м. Однако ветровой нагон может привести к частичному переливу через
дамбу в створах от 4-4 до 5-5, то есть на наиболее опасном
участке дамбы – в месте сопряжения шпоры № 1 с прямолинейным участком. На этом участке в створе 4-4 скорости
у поверхности достигают 4,9 м/с. Каменное крепление откоса дамбы с размерами камней до 0,4 м предохраняют её от
разрушения.
4. При пропуске расхода более 2250 м3/с наблюдается
перелив воды через гребень левобережной струенаправляющей дамбы. При Q = 3000 м3/с дамба полностью затоплена
(скорости воды за дамбой незначительны).
5. Русло р. Кубань в верхнем бьефе гидроузла на расстоянии 800 м имело три основных рукава: правый, цен58
тральный с прорезью и левый, перерезанный струенаправляющей дамбой.
6. Наибольший расход воды отмечается в центральной
части. У правого берега расходы меньше, соответственно,
меньше и скорости. В створах 6-6 и 7-7 отмечаются застойные зоны с практически нулевыми скоростями даже при
Q1,0%=2250 м3/с (створ 7-7). Ниже створа 6-6 скорости возрастают, превышая 2,5 м/с. Имеющееся крепление правого
берега предохраняет его от подмывов.
7. По правому рукаву до дамбы протекает расход меньший по отношению к центральному рукаву. Но скорости от
створа 4-4 до створа 5-5 у левобережной струенаправляющей дамбы колеблются в пределах от 1,50 до 4,84 м/с.
8. Имеющийся мыс (возвышение грунта от створа 3-3 до
створа 4-4) способствует тому, что водный поток отклоняется от струенаправляющей дамбы (от шпоры № 1) к центральной части. Это приводит к негативным явлениям:
разгружению пятого и особенно шестого пролета и увеличению расходов, пропускаемых через четвертый и третий
пролеты, считая от шугосброса (от водозабора в канал);
образованию обратных течений (горизонтального вальца) между шпорой № 1 и этим мысом, частичному осаждению наносов.
9. Уклон поверхности воды между створами 2-2 и 7-7
колеблется от 0,003 при Q = 600 м3/с до 0,0045 при
Q = 3500 м3/с.
10. При пропуске паводка расходом более 600 м3/с при
открытых полностью затворах водосбросов и закрытых затворах Невинномысского канала происходит естественный
смыв донных наносов, начиная со створа 5-5 через водосбросные отверстия.
11. При наличии левобережной струенаправляющей
дамбы плавающие тела (бревна, деревья и другие предметы)
водным потоком направляются к четвертому, третьему и
частично ко второму водосбросным отверстиям, считая от
шугосброса, хотя часть плавающих тел проходит через первое водосбросное отверстие и через шугосброс. Небольшое
59
количество плавающих предметов накапливается у головного сооружения (затворов) Невинномысского канала.
12. Анализ скоростной структуры потока на пороге водосбросных отверстий показывает, что наибольшие скорости и, соответственно, гидродинамическое давление отмечаются в четвертом пролете, считая от шугосброса.
По результатам лабораторных научных исследований
можно предложить следующие конструктивные рекомендации:
1. С целью рассредоточения водного потока по поперечному сечению русла р. Кубань целесообразно, по–
нашему мнению, выполнить прорезь вдоль левобережной струенаправляющей дамбы, вплоть до створа 3-3.
2. Для предотвращения возможного перелива воды через
гребень левобережной струенаправляющей дамбы от створа
(поперечника) 4-4 до створа 5-5 в натурных условиях,
вследствие возможного ветрового нагона и скоростного напора при пропуске расхода Q1,0%=2250 м3/с, рекомендуется
осуществлить повышение отметки гребня дамбы на
0,3…0,4 м. В этом случае негативные явления вследствие
возможного перелива через гребень дамбы, даже при Q =
3000 м3/с будут минимальными.
3. Для защиты водопропускных отверстий от плавающих
тел как вариант можно рассмотреть устройство запани перед верхним оголовком Невинномысского канала на период
прохождения паводка.
4. С целью удаления воды с участка между плотиной и
левобережной струенаправляющей дамбой в грунтовой
плотине рекомендуется построить трубчатый водовыпуск.
Библиографический список
1. Бобков С.Ф., Боярский В.М., Векслер А.Б., Швайнштейн
А.М. Основные факторы учета пропускной способности
гидроузлов при декларации их безопасности. //Гидротехническое строительство. 1999. - № 4. – С. 2-9.
60
2. Бондаренко В.Л., Белоконев Е.Н. К вопросу обеспечения
гидравлической безопасности водосбросных и водопропускных сооружений. //Изв. вузов Сев.-Кав. регион. Т
техн. науки. 2004. – С. 86-91.
3. Волосухин В.А., Белоконев Е.Н. и др. Невинномысский
канал: проблемы гидравлической безопасности. Монография. /Под общей ред. проф. В.А. Волосухина. Изд.
2-е, исп. и доп. – Новочеркасск: «Лик», 2011. – 226 с.
УДК 532.533: 004.94
3D-МОДЕЛИРОВАНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО
РЕЖИМА ВОДОСБРОСНОГО СООРУЖЕНИЯ
В.А. Волосухи, Е.Н. Белоконев
Институт безопасности гидротехнических сооружений,
г. Новочеркасск, Россия
М.А. Волынов
ГНУ ВНИИГиМ им. А.Н. Костякова, г. Москва
В статье рассмотрена возможность применения математического 3D-моделирования гидравлического режима водосбросного сооружения Краснодарского водохранилища.
Этот способ не есть альтернатива гидравлическим лабораторным исследованием гидротехнических сооружений. Он
является дополнением к последним, так как может не учитывать некоторые факторы, которые имеют место в натуре
и на гидравлической модели.
4 декабря 1975 г. состоялся ввод в эксплуатацию Краснодарского водохранилища. За период эксплуатации произошли деформационные процессы русла, повлекшие за собой
понижение уровней воды более 2-х м по отношению к исходным 1967 г. (на момент проектирования и строительства). Возникла опасность нарушения гидравлических усло61
вий сопряжения бьефов водосбросного сооружения – обеспечения необходимой сопряженной глубины.
Для повышения надежности работы водосбросного сооружения в 1977-1979 гг. в Новочеркасском инженерномелиоративном институте были проведены экспериментальные исследования на крупномасштабной модели, которые позволили дать ряд рекомендаций по обеспечению подтопления гидравлического прыжка в водобойном колодце за
счет использования порога электрорыбозаградителя и дополнительного порога за водобойным колодцем. Кроме этого, получены графические зависимости необходимых (безопасных для водосбросного сооружения) глубин в отводящем
русле при существующей отметке порога водослива 23.50 м
и уровне воды в водохранилище 35.80 м [1].
Как отмечается в [2], расчеты и лабораторные исследования могут содержать погрешности, свойственные одномерным стилизациям пространственного течения, из которых эти методики были получены. Кроме того, названные
методики совершенно не оценивают несимметричность
гидравлического прыжка и возможную сбойность течения в
нижнем бьефе гидроузла.
Оценить пространственные условия сопряжения бьефов
возможно с помощью численного эксперимента с использованием гидродинамической модели, основанной на системе трехмерных эволюционных уравнений Навье-Стокса. В
работе [2] впервые приведены результаты такого моделирования для случаев, исследованных ранее в вышеуказанных
работах.
Исследования носят предварительный характер, призванный продемонстрировать возможности трехмерного
гидродинамического моделирования при изучении открытых потоков в области со сложной геометрией.
Конструктивное решение Краснодарского гидроузла приведено в [1].
При математическом моделировании течения через водосброс Краснодарского гидроузла область решения была
ограничена:
62
с ВБ сечением, отстоящим на 30 м вверх по течению от
створа затворов;
с НБ сечением, отстоящим на 120 м вниз по течению от
конца водобойного колодца;
с боков – бортовыми стенками водосброса и берегами
отводящего канала.
При выборе расчетных случаев для моделирования подбирались сбросные расходы, для которых известны результаты гидравлических расчетов или экспериментов на физических моделях, а именно: 60, 200, 400, 600, 1000, 1500 м3/с
при истечении из-под щита на гребне водослива и через водослив, свободный от щитов (при поднятых затворах).
Таблицы пропускной способности сбросных пролетов
при работе «истечение из-под щита» в зависимости от поднятия затворов здесь не приводятся из-за большого объема.
Они представлены в [3].
Отметки уровней воды в нижнем бьефе (УВНБ), в зависимости от пропускаемых расходов, показаны на рис. 1 (для
условий 2007 г. по [4]).
Для выполнения моделирования составлена итоговая
табл. 1 [1, 2].
Истечение через паводковый водосброс Краснодарского
гидроузла относится к классу турбулентных течений несжимаемой жидкости со свободной поверхностью. Для таких задач необходимо привлечение сложных математических моделей турбулентного режима течения в трехмерной
по пространству эволюционной постановке с учетом всех
масштабов течения при любых скоростях. Кроме того, в
связи со сложностью геометрии исходной области, состоящей из понура, водослива, водобойного колодца, рисбермы,
механического рыбоподъемника, деформируемой части
нижнего бьефа, необходимо использование методов, основанных на неструктурированном дискретном представлении расчетной области, поскольку применение конформного отображения отдельных частей на структурированное
дискретное представление не может быть выполнено из топологических соображений.
63
Координаты кривой зависимости Q = f (H)
Расчетные по рабочим чертежам
Краснодарского
водохранилища с
учетом размывов
Фактические по материалам гидрологических наблюдений на
посту р. Кубань – пос.
Пашковский у моста за
1957 – 1972 гг.
Фактические по
годовому отчету
службы эксплуатации за
2007 г.
Q, м3/с
Н, м
Q, м3/с
Н, м
Q, м3/с
Н, м
50
60
100
200
300
400
500
600
800
1000
1250
1500
1700
16,03
16,20
16,75
17,72
18,45
19,03
19,55
20,04
20,88
21,61
22,41
23,10
23,64
68
122
183
269
369
477
605
750
919
1105
1149
18,0
18,3
19,0
19,5
20,0
20,5
21,0
21,5
22,0
22,5
22,60
67
81
105
145
200
250
301
402
501
600
700
902
1000
1101
1201
15,48
15,57
15,73
15,99
16,29
16,59
16,77
17,25
17,70
18,12
18,52
19,31
19,69
20,06
20,41
64
1300
1351
1402
20,75
20,92
21,09
Рис. 1. Кривые Q = f (H) в нижнем бьефе водохранилища (при
H = hб): 1 – фактическая по материалам гидрологических
наблюдений на посту р. Кубань – пос. Пашковский у моста за
1957 – 1972 гг.;2 - расчетная по рабочим чертежам
Краснодарского водохранилища; 3 – фактическая по годовому
отчету службы эксплуатации за 2007 г.
Глубина
воды в НБ,
hб = H, м
600
1000
1500
Истечение из-под щита
31.5
2
0,4
31.5
4
0,7
31.5
4
1,3
31.5
4
2,0
31.5
4
3,5
32.65
4
5,0
Истечение через водослив
27.6
4
–
29.05
4
–
30.58
4
–
Отметка
УВНБ, м
7
8
9
Высота
поднятия
затвора, а,
м
60
200
400
600
1000
1500
Работающие пролеты
Общий
расход, м3/с
1
2
3
4
5
6
Отметка
УВВБ, м
№№ опыта
Исходные данные для моделирования
15.48
16.29
17.25
18.12
19.69
21.40
1,68
2,49
3,45
4,32
5,89
7,60
18.12
19.69
21.40
4,32
5,89
7,60
Для моделирования динамики движения жидкости в [2]
принята наиболее общая модель – трехмерные эволюционные уравнения сохранения массы, количества импульса для
вязкой несжимаемой жидкости (уравнения Навье-Стокса) в
области турбулентных решений [6]
65
div Vi   0,

 Vi  VV
P 1 2
1
i j



 Vi 
gi H  i   mij ,

xi
xi Re
Fr
 t
i, j 1...3Vi 3 ; P 1.
Решение ищется на произвольной ограниченной границе Г.
где i, j – индексы по направлениям; V – представляет собой вектор скорости; xi – направление (x,y,z – для Декартовой системы координат); Re – число Рейнольдса; Fr – число
Фруда; mij – градиент тензора турбулентных напряжений;
g – вектор силы гравитации; H(i) – функция Хэвисайда, определяющая направление вектора гравитации
Граничные условия для системы имеют классический
вид (типа Дирихле для скорости, Робина и Неймана – для
давления и температуры), кроме граничных условий на свободной поверхности, где ставится условие непрерывности
вектора нормальных напряжений для уравнений НавьеСтокса.
Для вычисления касательных напряжений используется
метод конечных элементов. Для повышения порядка точности вычисления конвективных потоков (до третьего), что
является основной проблемой при построении численных
методов для уравнений конвекционного типа, используется
метод вычисления проекций переменных на нормали сторон
тетраэдра. Данное вычисление производится только в начале расчета и коэффициенты записываются в матрицы, что
не увеличивает время интегрирования. Все переменные
хранятся в центрах тяжести тетраэдра. Каждый тетраэдр занимает в оперативной памяти 440 байт (500 тыс. тетраэдров
занимают 209.8 Mb), то есть решение сложных технических
задач возможно проводить на современных персональных
компьютерах обычного уровня с оперативной памятью от
512Mb.
Для интегрирования по времени применяются как явные
схемы Рунге-Кутта, так и неявная схема Эйлера первого порядка точности по времени. Явные схемы представлены
66
схемой с локальным выбором шага по времени Рунге-Кутты
второго порядка точности и схемой Рунге-Кутта с точным
шагом по времени 4 и 8 порядка точности [1, 2].
Для обращения нелинейной матрицы использован модифицированный метод GMRES, позволяющий находить
решение с заранее заданной высокой точностью, используя
малое количество итераций (3-4). Применение прямых методов диагональной прогонки невозможно в связи с тем, что
структура матрицы – диагонально-плотная, а метод перенумерования узлов требует N7 обращений для тетраэдров, что
приводит к слишком большим затратам на подготовку сетки.
В связи с тем, что при решении технических задач требуется 100…1000 тыс. тетраэдров, неявный способ интегрирования по времени может привести к переполнению
оперативной памяти (хранение матриц в компактном формате, показанной на рис. 2 требует в среднем 20% объема от
размера матрицы) и долгому процессу внутренних итераций. Поэтому из эмпирических расчетов определено, что
при количестве тетраэдров, большем 100 тыс. наиболее
экономичным с точки зрения вычислительных ресурсов и времени вычислений,
является явный метод с локальным ускорением шага
по времени [1, 2].
При решении задач на
дискретной сетке тетраэдРис. 2. Структура матрицы
ров высокого разрешения в
уравнения
неразрывности – 3-й
3 требуется распаралле- порядок точности по пространливание алгоритма решения ству. Темные точки – ненулевые
для достижения желаемого
элементы
результата в обозримое вревремя. В данном случае используется технология NVIDIA
CUDA. Процедура распараллеливания и реализация аналогичны работе автора для интегрирования уравнения Пуас67
сона. В соответствии с документацией NVIDIA CUDA была
составлена программа, в которой ядрами решения на ГПУ
являлись процедуры численного расчета интегралов для
уравнений; при этом использовалась глобальная память
устройства, а все подготовительные и постобработочные
процедуры использовали ЦПУ. В связи с тем, что ГПУ
представляет собой параллельную вычислительную систему, для нахождения решения н.к.з. на каждом шаге по времени необходимо использовать отдельные массивы для
хранения данных [1, 6].
Сама по себе процедура строится таким образом, чтобы
максимально повысить скорость расчета. Для этой цели
внутри процедуры вычисления вводится массив разделяемой памяти. Скорость доступа к разделяемой памяти
превосходит скорость доступа к глобальной на 2 порядка
[Документация CUDA, с. 55]. Таким образом, применение
разделяемой памяти значительно ускоряет расчет. С другой
стороны, размер разделяемой памяти не может быть больше
отведенного и, следовательно, необходимо выполнять
блочную загрузку данных в разделяемую память, поскольку
реальные размеры задачи значительно превышают размеры
разделяемой памяти. При этом использовалась одномерная
индексация тетраэдров (по параллельным потокам индекс i).
Таким образом, все циклы решения отображаются на
графический процессор. Кроме того, в соответствии с описанием, все вычисления должны проводиться с данными в
видеопамяти, и количество перегрузок данных из оперативной памяти компьютера в видеопамять должно быть минимальным. В данном случае алгоритм реализован таким образом, что все вычисления производятся с данными в видеопамяти, и выгрузка данных в оперативную память компьютера происходит только после расчета задачи для конечного времени или при заданных шагах по времени для
визуализации результатов.
Для реализации методов на ГПУ и ЦПУ проведено сопоставление, аналогичное работе автора, где решалось
уравнения Пуассона. Использовался графический адаптер
68
NVIDIA GeForce 8800 GTX с 768Mb оперативной видеопамяти. ЦПУ версия запускалась в серийном режиме с одним
ядром двуядерного процессора AMD Athlon 64X2 4800+ и
4GB оперативной памяти. Прирост производительности,
начиная с размеров сетки более 1 ∙ 106, составил 184 раза
[1].
Результаты численного эксперимента представлены в
виде рисунков с пространственным трехмерным и плоским
изображениями полей векторов скоростей, эпюр осредненных скоростей и осредненных глубин. Во всех исследованиях влияние порога электрорыбозаградителя не учитывалось. Все опыты объединены в девять серий. Первая цифра номера рисунков соответствует номеру опыта в таблице
исходных данных (см. таблицу).
В статье приводится информация гидравлической картины работы водосброса Краснодарского гидроузла при
пропуске максимального (паводкового) расхода – 1500 м3/с
через четыре пролета. Отметка уровня воды в верхнем бьефе (УВВБ) равна 32.65 м. Высота поднятия затвора
а = 5,0 м, что больше величины из конструктивных соображений – 4,5 м. Отметка воды в нижнем бьефе за сооружением (УВНБ) равна 21.40 м и глубина воды за сооружением
hб = 21.40 – 13.80 = 7,60 (см. таблица).
На рисунке 3 приведен план нижнего бьефа с зоной отгона прыжка; на рис. 4 – продольный разрез по водосбросу;
на рис. 5 – распределение осредненных продольных скоростей в горизонтальной плоскости на глубине 0,2h от дна; на
рис. 6 – эпюра осредненных продольных скоростей в створе, находящемся на расстоянии 50 м от створа затворов и на
глубине 0,2h от дна.
В результате подробного анализа данных численного
эксперимента, представленных в виде рисунков с пространственным трехмерным и плоским изображениями полей
векторов скоростей, эпюр осредненных скоростей и осредненных глубин, можно сделать следующее заключение для
опыта 6 при пропуске максимального расхода Qmax = 1500
м3/с.
69
1. Общая картина сопряжения бьефов показывает наличие косоотогнанного гидравлического прыжка на достаточно большом расстоянии от сжатого сечения (в конце водослива) (см. рис. 3). В среднем расстояние от сжатого сечения до прыжка (отгон прыжка показан серым цветом) составляет ≈2,05 м при длине водобойного колодца 66,5 м.
Рис. 3. Гидравлический прыжок. Вид сверху.
Зона отгона прыжка. Q = 1500 м3/с
Рис. 4. Гидравлический прыжок. Продольный разрез
по водосбросу Q = 1500 м3/с
70
Гидравлический прыжок еще не выскакивает из водобойного колодца (см. рис. 4), но находится на грани этого.
Налицо необходимость подтопления гидравлического
прыжка со стороны нижнего бьефа, то есть чтобы
h2  hk   hk .
2. Распределение осредненных продольных скоростей в
горизонтальной плоскости (см. рис. 5) показывает, что наибольшие скорости (от 7,0 до 9,5 м/с) зафиксированы в конце
водобойного колодца на расстоянии 65,0 м от сжатого сечения. В пределах водобойного колодца скорости лежат в
пределах от 1,0 до 4,7 м/с.
Рис. 5. Распределение осредненных продольных скоростей в
створе, находящемся на расстоянии 50 м от створа затворов и
на расстоянии 0,2h от дна. Q = 1500 м3/с
3. На рисберме отмечено неравномерное распределение
осредненных скоростей по поперечному сечению рисбермы: от +2,5 до -2,0 м/с.
4. Эпюра осредненных продольных скоростей в створе,
находящемся на расстоянии 50 м от створа затворов на глубине 0,2h от дна, указывает на то, что поток сконцентрирован у рыбоподъемника (рыбохода). Скорости колеблются от 9,0 до 2,4 м/с.
71
Рис. 6. Эпюра осредненных продольных скоростей в створе,
находящемся на расстоянии 50 м от створа затворов и на
расстоянии 0,2h от дна. Q = 1500 м3/с
5. Форма эпюры осредненных продольных скоростей в
створе, расположенном на расстоянии 80 м от створа затворов на глубине 0,2h от дна, свидетельствует о крайне неравномерном перераспределении водного потока за водобойным колодцем. Наибольшие скорости достигают у стен рыбоподъемника (до 10 м/с). У вертикальных стен рисбермы
отмечаются и отрицательные скорости (от -4,5 до -0,05 м/с),
что свидетельствует о наличии обратных течений.
Рис. 7. Гидравлический прыжок. Разрез по продольной оси
работающего пролета. Q = 1500 м3/с
72
На рисунке 7 представлен продольный разрез по водосбросному пролету при работе его водослива практического
профиля при полном открытии затвора и пропуске расхода
1400 м3/с. Гидравлический прыжок не отогнан. Сопряжение
более благоприятно по сравнению с работой «из-под щита»
(см. рис. 1).
Более подробно приведенные исследования описаны в
[1, 2].
По результатам численных экспериментов, впервые выполненных с применением гидродинамической модели водосброса гидроузла Краснодарского водохранилища, основанной на трехмерной системе эволюционных уравнений
Навье-Стокса, для расчетных случаев, указанных в таблице,
можно сделать следующие выводы [1, 2].
1. Во всех рассмотренных расчетных случаях гашение
энергии происходит в форме совершенного гидравлического прыжка, находящегося в пределах водобойного колодца при УВВБ ≤ 32.65 м, что меньше расчетного 35.50 м.
1.1. При расходах через водосброс до 400 м3/с гидравлический прыжок – надвинутый.
1.2. При расходах через водосброс от 400 до 1000 м3/с
гидравлический прыжок в пределах водобойного колодца
получен для всех расчетных случаев, и совпадает с результатами работы [7]. Отгон прыжка начинает проявляться при
расходах более 1000 м3/с. При равных расходах отгон
прыжка при «истечении из-под щита» на гребне водослива
сильнее, чем при истечении через водослив.
2. Во всех рассмотренных расчетных случаях гашение
энергии верхнего бьефа (ВБ) происходит в форме косого
гидравлического прыжка. Наблюдается прижим струи к
стенкам рыбоподъемника. Причиной сбойности, может
служить развитие прыжка в несимметричной водобойной
части. Проектным решением симметричный в плане водобойный колодец водосброса с расширяющимися стенками
разбит рыбоходом на две симметричные по поперечному
сечению части.
73
Еще одной причиной сбойности, по-видимому, является
увеличение расхода через центральные пролеты в связи с
уменьшением здесь бокового сжатия потока по сравнению с
крайними боковыми пролетами.
Несимметричность прыжка генерирует сбойность потока
в колодце, на рисберме и далее в отводящем канале с образованием устойчивых вихревых течений, способных провоцировать размывы дна за водосбросом. Особенности формирования потока в существующей конструкции водобоя
приводят к тому, что основная струя поступает в НБ вдоль
стенок рыбохода и создает наихудшие условия для попадания проходной рыбы в рыбоход, что прямо противоречит
целям устройства равномерного по ширине распределения
потока, преследуемым при проектировании.
3. Сравнение гидравлических исследований на пространственной модели [1, 2] с математическим 3D-моделированием [2] показывает ряд расхождений:
на гидравлической модели отсутствуют отрицательные
скорости на выходе из водобойного колодца, а на теоретической модели они имеют место;
распределение удельных расходов по поперечному сечению на гидравлической пространственной модели практически симметрично; на теоретической модели наибольшие
скорости отмечаются у стен рыбоподъемника.
4. Отмеченное расхождение требует анализа. Однако одной из причин расхождения является неучет в математической модели наличия на рисберме электрорыбозаградителя
с его порогом. В реальных условиях электрорыбозаградитель вносит свой вклад в обеспечение подтопления гидравлического прыжка. К тому же он, являясь решеткой, перераспределяет расходы по поперечному сечению. Соответствующие исследования приведены в [1, 2].
Библиографический список
1. Волосухин В.А., Белоконев Е.Н. Краснодарский гидроузел: пути повышения надежности при эксплуатации.
Монография. – Новочеркасск: «ЛИК», 2011. – 225 с.
74
2. Математическое моделирование гидравлического режима водосбросного сооружения Краснодарского водохранилища: науч.-техн. отчет / ООО «Институт безопасности гидротехнических сооружений»; рук. В.А. Волосухин, отв. исп. М.А. Волынов. – Новочеркасск, 2010. –
111 с.
3. Расчеты гидравлических режимов в отводящем тракте
водосброса. Приложение № 9 к т. 4 «Современное состояние объектов водохранилища». Техн.-эконом. обоснование «Реконструкция и улучшение технического состояния объектов Краснодарского водохранилища» –
М.: Филиал ОАО «Инженерный центр ЕЭС» «Институт
Гидропроект»., 2009.
4. Правила использования водных ресурсов Краснодарского водохранилища. . – Краснодар: ОАО Проектноизыскательский институт «Кубаньводпроект», 2008.
5. Правила технической эксплуатации и благоустройства
Краснодарского водохранилища. – Краснодар: ОАО
«Кубаньводпроект», 2008.
6. Evstigneev, N.M. Integration of 3D-incompressible free surface Navier-Stokes equations on unstructured tetrahedral
grid using distributed computation on TCP/IP networks.
//Proc. of the VII International conf. «Advances in Fluid
Mechanics» – Oxford, 2008. – P. 134-208
7. Гугушвили И.В., Евстигнеев Н.М. Численное решение
уравнения конвективного переноса 3 на неструктурированных сетках Лагранжево-Эйлеровым методом с
применением параллельных вычислений на графическом процессоре. //Вычислительные методы и программирование. – М.: Институт системного анализа РАН.
2009.
75
УДК 556.17:556.547
РЕГУЛИРОВАНИЕ ЦВЕТНОСТИ ВОДЫ
ВОЛЖСКОГО ИСТОЧНИКА ВОДОСНАБЖЕНИЯ
Г.МОСКВЫ
Ю.С. Даценко – канд. геогр. наук
Московский государственный университет
им. М.В.Ломоносова, г. Москва, Россия
На основе анализа данных многолетних наблюдений установлены основные закономерности трансформации цветности и перманганатной окисляемости воды в водохранилищах системы Волжского источника водоснабжения г.
Москвы. Показана возможность регулирования цветности
воды Верхней Волги попусками из Вазузского водохранилища и предложена схема расчета эффективности этого регулирования
Based on analysis of long-term observations, the main
regularities of transformation of color and permanganate
oxidation of water in the reservoirs of the Volga water supply of
Moscow were established. The possibility to control the color of
water releases from the Upper Volga Vazuskogo reservoir was
shown and the scheme of calculating the efficiency of this
regulation wasproposed.
Высокая цветность и окисляемость воды – главный недостаток качества воды Волжского источника водоснабжения г. Москвы. Этот недостаток был известен еще на стадии
проектирования и создания системы водоснабжения столицы волжской водой, однако избежать или ликвидировать
его как раньше, так и в настоящее время не представляется
возможным из-за природной (ландшафтной) причины повышенного содержания органического вещества в водах
Верхней Волги. Формирование химического стока на заболоченных водосборах определяет сложный и трудно предсказуемый характер содержания органического вещества
76
(ОВ) в бассейнах рек в различные фазы гидрологического
режима [1].
Волжская система водоснабжения г. Москвы включает
водосбор Иваньковского водохранилища на Верхней Волге,
из которого через канал им. Москвы и ряд небольших водохранилищ водораздельного бьефа канала вода перекачивается в строго охраняемое в санитарном отношении Учинское водохранилище, питающего станции водоподготовки
г. Москвы. Результаты многолетних наблюдений (19602004 гг.) за качеством воды позволили проанализировать
трансформацию цветности (ЦВ) и перманганатной окисляемости (ПО), а также мутности в системе Волжского источника водоснабжения г. Москвы. При этом рассматривались отдельные участки сложной водохозяйственной системы источника водоснабжения, характеризующиеся различной интенсивностью водообмена и поэтому оказывающие
различное влияние на трансформацию содержания ОВ:
Иваньковское водохранилище, канал им. Москвы и водохранилища водораздельного бьефа, Учинское водохранилище.
В этих водных объектах Волжского источника водоснабжения происходит существенное снижение среднемноголетних значений рассматриваемых показателей по мере перемещения речных вод Волги к водозаборам станций. Величина удерживающей способности (рассчитываемой по
относительной убыли среднемноголетнего содержания ОВ
или значения показателя качества воды в водном объекте)
различается в отдельных участках системы (таблица).
Главной причиной снижения содержания ОВ является
интенсивность водообмена водоема (или участка системы),
поэтому наибольший эффект снижения содержания ОВ наблюдается в Учинском водохранилище, характеризующегося самым низким коэффициентом водообмена [2]. Проточность водохранилищ водораздельного бьефа вместе с
каналом им. Москвы близка проточности Иваньковского
водохранилища, но степень снижения цветности и ПО в них
намного выше. Это объясняется наличием в Иваньковском
77
водохранилище дополнительных источников повышенных
значений содержания ОВ, а именно: впадающих в водохранилище ниже створа д. Городня рек Орша и Созь, вытекающих из обширных торфяных массивов.
Удерживающая способность различных участков Волжской системы водоснабжения г. Москвы по цветности, ПО
и мутности (в %%) (среднемноголетние данные)
Участок системы
Иваньковское водохранилища
Канал им.Москвы
Учинское
водохранилище
Вся система (от
Верхней Волги до
водозаборов)
ЦВ
ПО
Мутность
3.2
12.8
1.4
8.3
17.5
15.8
21.3
10.9
42.0
33.5
19.4
59.0
С созданием Вазузской гидротехнической системы
(ВГТС) в системе источников водоснабжения г. Москвы
возникла возможность крупномасштабного регулирования
качества воды в Волжской системе путем использования
водных ресурсов созданной ВГТС. Такое направленное воздействие на качество воды этого участка водоисточника основано на разбавлении высокоцветных вод Верхней Волги
относительно малоцветными водами попусков из Вазузского водохранилища, что приводит к снижению цветности и
окисляемости воды. Сбросами Вазузского водохранилища
разбавляются воды участка р. Волга от истока до г. Зубцов,
а именно на этом верхнем участке волжской части водосбора Иваньковского водохранилища притоки р. Волги оказывают наиболее существенное влияние на формирование
стока органического вещества.
Ниже г. Зубцов р. Волга принимает сравнительно небольшое количество притоков – рр. Бойня, Вазуза, Держа, Холохольня и уже перед г.Тверь – самый крупный приток
78
Волги на этом участке – р. Тьма. Эти притоки, в отличие от
притоков верхнего участка характеризуются сравнительно
невысокими и мало изменяющимися значениями ЦВ и ПО.
ЦВ вод Вазузского водохранилища даже в периоды половодья не превышает 400, что значительно ниже, чем в эти же
периоды в р. Волге выше г. Зубцов.
Для оценки влияния попусков Вазузского водохранилища на ЦВ воды, поступающей в Иваньковское водохранилище использована простая балансовая модель. Величину
снижения цветности и окисляемости в р. Волге у г. Твери
можно рассчитать из уравнения баланса цветности при полном перемешивании вод притоков. Это уравнение для рассматриваемого участка речной системы имеет вид
ЦВВОЛ      ЦВБОК    ЦВВАЗ
,
ЦВВТ 
1  
где ЦВВТ – цветность вод р. Волга у г. Твери; ЦВВОЛ – цветность вод р.Волги у г.Зубцов; ЦВБОК – цветность вод условного потока, образованного слиянием боковых притоков на участке р. Волги от г. Зубцов до г. Тверь; ЦВВАЗ –
цветность вод, сбрасываемая из Вазузского водохранилища;
 – отношение расхода воды притоков р. Волги ниже г. Зубцов к расходу воды р. Волги у г. Тверь;  – среднемноголетнее отношение цветности вод притоков р. Волги ниже г.
Зубцов к цветности р. Волги у г. Зубцов;  – параметр
управления качеством воды, равный отношению попуска из
Вазузского водохранилища к расходу воды в створе г.Тверь.
Допущением приведенной балансовой модели является
предположение о постоянстве величин  и  в период регулирования качества воды. Наиболее вероятным периодом
регулирования предполагается осенний период, поскольку
именно в это время наиболее актуально направленное снижение цветности вод водоисточника после высоких осенних
паводков на Верхней Волге. В этот период расходы воды р.
Волги изменяются, как правило, незначительно, поэтому
это допущение вполне приемлемо. В связи с отсутствием
оперативной информации об изменениях цветности и окис79
ляемости вод в модели предполагалось постоянство их значений в притоках р. Волги и в сбросах из Вазузского водохранилища в период регулирования. Для расчета нами бы
использованы значения параметров  и  , полученные
обобщением многолетних данных о соотношении расходов
воды в притоках Иваньковского водохранилища и данных
экспедиционных обследований Верхней Волги.
Для градаций цветности, сбрасываемой из водохранилища в диапазоне 10…500, что соответствует реальным колебаниям цветности вазузских вод, получены простые номограммы, позволяющие оценивать величину снижения цветности волжских вод на участке между створами г. Зубцов и
г. Тверь (рисунок)
Номограмма для расчета снижения ЦВ воды в р. Волга
в результате попусков воды из Вазузского водохранилища
Для наиболее вероятных ситуаций, когда величина  не
превышает 0.3, снижение цветности может составлять 8…
100, что приводит к существенной экономии коагулянта при
водоподготовке на станциях Волжского источника водоснабжения г. Москвы.
80
Выводы
В водохранилищах Волжского источника водоснабжения г. Москвы происходит существенное снижение содержания природного органического вещества – главного недостатка качества воды Волжского источника водоснабжения г. Москвы. Степень улучшения качества воды зависит
от интенсивности водообмена водохранилища и максимальна в Учинском водохранилище. Цветность вод Верхней
Волги – основного притока Иваньковского водохранилища можно понизить попусками из Вазузского водохранилища.
Эффективность этого регулирования цветности может быть
рассчитана в зависимости от соотношения величины попуска из водохранилища и расхода Волги у г. Ржев.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ.
Проект 12-05-00176.
Библиографический список
1. Рощупко В.Ф. Литвинов А.С. Многолетние колебания
цветности и перманганатной окисляемости в основных
притоках Иваньковского водохранилища. //Водные ресурсы. 1985, № 3. – С. 102-109.
2. Даценко Ю.С. Трансформация стока и состава органического вещества в москворецкой системе водоснабжения г.Москвы. //Водное хозяйство России. 2009. № 2.
– С.26-34.
81
УДК 556.18 : 502/504
ОЦЕНКА ГИДРОЭКОЛОГИЧЕСКОЙ
БЕЗОПАСНОСТИ РЕК РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН
А.А. Замайдинов – ст. преподаватель;
С.А. Добрынин – студент 2-го курса
Филиал ФГАОУ ВПО «Казанский (Приволжский)
Федеральный университет» г. Чистополе, Россия
Данное исследование должно ответить на вопрос о том,
как можно учесть природные и антропогенные факторы,
воздействующие на водные объекты и как они влияют на
гидроэкологическую безопасность устьев рек Республики
Татарстан с учётом их гидрологического режима.
This research should answer the question on how you can
take into account the natural and anthropogenic factors, which
influence on water objects and how they affect the
hydroecological safety of the mouths of the rivers of the Republic of Tatarstan to account of their hydrological regime.
Любой вид хозяйственной деятельности человека, проводимой в значительных масштабах в речных бассейнах,
долинах и руслах рек, означает собой вмешательство в
жизнь рек, которое может вызвать в их водном режиме существенные, а порой и коренные изменения.
В силу различий гидрологических характеристик водных
потоков (режим и водность) в зависимости от климатических и в целом ландшафтных условий, а также неравномерного размещения населения и промышленности, создающих
загрязнение, в ряде регионов России возникают особо напряжённые ситуации с водными ресурсами [1].
Гидроэкологическая безопасность рек включает в себя
оценку рисков возникновения экологически опасных ситуаций и определение путей снижения таковых. Гидроэкологическая безопасность не может рассматриваться отдельно от
82
экономических рычагов и финансового обеспечения использования водных ресурсов.
Данное исследование должно ответить на вопрос о том,
как можно учесть природные и антропогенные факторы,
воздействующие на водные объекты, и как они влияют на
гидроэкологическую безопасность устьев рек Республики
Татарстан с учётом их гидрологического режима.
У человека и у человечества сложились весьма сложные
отношения с водой. Человек в последние десятилетия стал
оказывать существенное влияние на гидросферу и водный
баланс планеты. Загрязнение природных вод обусловлено
многими причинами как природного, так и техногенного
характера. Источниками загрязнения поверхностных и подземных вод являются химические вещества, микроорганизмы или тепло. Наибольший вред наносят сточные воды
бытовой и производственной деятельности человека [2].
В современном обществе резко увеличилось водопотребление, количество стоков, значительно расширился состав загрязнителей и, наконец, запасы чистой воды для разбавления и самоочищения катастрофически истощаются.
Своеобразие и уникальность природы Республики Татарстан определяет большой спектр сочетающихся экологических условий формирования качества поверхностного стока. При отсутствии как гидробиологических, так и гидрохимических наблюдений на отдельных водных объектах степень их загрязнения, а следовательно, и экологическое состояние оценивается на основании косвенных данных, прежде всего исходя из объёма сбросов в водные объекты
сточных вод с учётом степени очистки.
Поверхностные воды как составная часть природной
среды тесно связаны с состоянием литогенной основы, климатом и напряжённостью антропогенных процессов. Их совокупность отвечает понятию «гидроэкологическая безопасность устьев рек» (ГЭБУР) [3].
В неосвоенных устьях рек нарушения ГЭБУР отсутствуют. О них можно говорить лишь при оценке планов расширения природопользования.
83
Для использования рассмотренного метода определения
надёжности ГЭБУР выбраны реки Свияга и Казанка. Эти
реки имеют относительно равный средний годовой расход
21 и 13 м3/с, соответственно. Однако реки Свияга и Казанка
находятся в разных геологических и экономических районах. Важными источниками загрязнения Свияги являются
загрязнители природного происхождения, так как река находится в Предволжье, где развиты легко размываемые глинистые мезозойские породы и практически отсутствуют
крупные промышленные объекты. Совсем другое дело река
Казанка, находящаяся в Правобережье реки Волга, где эрозионные процессы в бассейне реки идут не так активно, как
в бассейне р. Свияга, к тому же низовье Казанки имеется
ряд крупных промышленных предприятий, находящихся в
крупно населённом г. Казань.
Свияга – правый приток Волги (Куйбышевское водохранилище). Бассейн реки расположен на территориях Ульяновской области, Чувашии и Татарстана. Длина реки
377,4 км, площадь водосбора составляет 17,8 тыс. км2, в
пределах Республики Татарстан – 9,53 тыс.км2. Ширина реки – от 5 до 10 м в верхнем течении, до 40 м в нижнем. Глубина – 2…4 м. Средняя скорость течения реки – 0,1…1 м/с.
река Свияга принимает 70 притоков. Средний многолетний
меженный расход воды в устье реки составляет 13,7 м3/с.
Русло реки извилистое, в отдельных местах имеются острова. Река используется, в основном, для целей сельскохозяйственного производства и пищевой промышленности.
Река Казанка – левый приток р. Волга. Длина реки равна
142 км, площадь водосбора – 2,6 тыс.км2. Река Казанка принимает 31 приток. Средний многолетний меженный расход
воды в устье реки составляет 4,7 м3/с. Русло реки извилистое, шириной 2…2,5 м в верховьях и до 30…40 м в устье.
Используется комплексно в промышленности, сельхозводоснабжении, прудовом хозяйстве, рекреации и туризме.
Суммарное влияние речных факторов на ГЭБУР рек
Свияга и Казанка, соответственно, равно 0,39 и 0,18. Эрози84
онная работа р. Свияга оказывает существенное влияние на
гидроэкологическую дестабилизацию устья. Именно большое количество влекомых минеральных загрязнителей и
создают максимальную угрозу нарушения ГЭБУР. Для Казанки, существенно увеличившим речной фактор, является
промышленные сбросы и поверхностный сток с городских
территорий.
Роль приёмного водоёма в устьях Свияги и Казанки
практически идентичны, поскольку они впадают в один водоём. Некоторые различия вносят сгонно-нагонные процессы и в результате получаем следующие цифры – для Свияги
βр = 0,27, а для Казанки – βр = 0,44.
Общее влияние гидролого-морфологических процессов
на ГЭБУР в низовьях Свияги и Казанки характеризуют значения γ = 0,50 и 0,07, соответственно. Максимальное воздействие на дестабилизацию условий существования природно-хозяйственного комплекса они оказывают в устье
Свияги. Здесь главную опасность представляет возможность радикальной перестройки гидрографической сети,
обусловленная высокой интенсивностью аккумуляции наносов в русле реки
Также в устье Казанки имеется Кировская дамба, аварийная ситуация на которой может вызвать техногенную
катастрофу, то есть Тк = 0,1
Суммарное влияние всех факторов изменения ГЭБУР в
устьях Свияги и Казанки характеризует величина ПС, равная, соответственно, 1,16 и 1,01. Для Свияги вклад речных
факторов, влияния приёмного водоёма и гидрологоморфологических процессов в изменение ГЭБУР равен 34,
23 и 43%, для Казанки – 40, 44, 7 и 9%. В соответствии с величиной ПС оба устья является нарушенными.
Сравнительный анализ надёжности ГЭБУР показал, что
степень безопасности обеих рек практически одинаков. Это
свидетельствует о том, что фактор естественного загрязнения имеет большое влияние на качество природных вод.
85
Дальнейшее использование водных ресурсов должно основываться на результатах расчётов водохозяйственного
баланса по рекам и их отдельным участкам для более оперативного и правильного планирования использования водных ресурсов. Только планомерное использование капитальных вложений за счёт всех источников финансирования с учётом бассейнового планирования может привести
к улучшению состояния водных объектов. С учётом этой
ситуации необходимо планировать и осуществлять мероприятия для минимизации экономических и экологических
ущербов.
Библиографический список
1. Виноградов Ю.Б., Виноградова Т.А. Современные проблемы гидрологии. Учеб. пособие для студ. высш. учеб.
заведений. – М.: Издательский центр «Академия», 2008.
– 320 с.
2. Михайлов В.Н., Добровольский А.Д., Добролюбов С.А.
Гидрология. Учебник для вузов. Изд. 3-е, стер. – М.:
Высшая школа, 2008. – 463 с.
3. Алексеевский Н.И., Айбулатов Д.Н., Магрицкий Д.В.
Оценка гидроэкологической безопасности в устьях рек с
учётом гидрологических условий. //Метеорология и гидрология. 2003. № 4. – С. 91-101.
86
УДК 551.48
К СТРАТЕГИИ ПЛАНИРОВАНИЯ И
ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ
БАССЕЙНА РЕКИ СЫРДАРЬИ
А.К. Заурбек – д-р техн. наук, профессор;
М.А. Заурбеков – инженер-гидротехник;
Б. Зулпыхаров – ассистент;
К.Т. Нарбаева – докторант РhD;
Ш. Капар – докторант PhD; Д. Касымхан – магистрант
Казахский национальный аграрный университет,
г. Алматы, Казахстан
Водные ресурсы и качество воды р. Сырдарьи на территории Республики Казахстан характеризуются попусками
воды из сопредельных государств. Особенностью режима
водных ресурсов рек бассейна Аральского моря является
тот факт, что более 80% стока формируется на территории
Кыргызстана. Основные же массивы пригодных для орошения сельскохозяйственных земель сосредоточены в низовьях этих рек, в Казахстане, Таджикистане и Узбекистане.
Причем, верховья рек используется для гидроэнергетических целей, а низовья рек, соответственно, для орошаемого
земледелия. К тому же при фоновом качестве воды р. Сырдарьи, равной 0,3…0,5 г/л, минерализация воды в створе г.
Шардары составляет 1,7…1,9 г/л. Вследствие чего, естественные природные комплексы начали испытывать чрезмерные антропогенные нагрузки. В результате, водотоки и водоемы на значительной части бассейна р. Сырдарьи утратили способность к самоочищению. Русла рек превратились в
коллекторы сточных вод. Поэтому, государства, размещаемые в среднем и, в особенности, в нижнем течении рек, получают преимущественно дренажные воды.
Сопоставление водных ресурсов и потребности в воде
отраслей экономики в бассейне Аральского моря показывает, что водных ресурсов недостаточны для дальнейшего
развития отраслей экономики, рисунок.
87
Водные ресурсы, суммарный водозабор, водозабор и удельный
водозабор на орошение в бассейне Аральского моря
В перспективе водопотребление отраслей экономики
имеют тенденцию к возрастанию, а водные ресурсы наоборот имеют тенденцию к уменьшению. При установившейся
практике использования водных ресурсов возникающий дефицит водных ресурсов в водопотреблении перекладываются в первую очередь на природные комплексы и затем уже
на отрасль орошаемое земледелие. В противовес, в практике
планирования использования водных ресурсов, требования
природных комплексов наравне с потребностями отрасли
коммунально-бытового водоснабжения относятся к приоритетным водопотребителям*).
Таким образом, общий уровень истощения и загрязнения
водных ресурсов р. Сырдарьи на территории Казахстана по
сравнению с 1950 годами превысили более 60 раз. Соответственно, уровень заболеваемости населения на анализируемой территории составили почти 30 раз.
_____________
*)
Водный кодекс Республики Казахстан (с изменениями и дополнениями
по состоянию на 12.02.2009 г.).
88
Финляндия
Германия
Япония
США
28
26
33
18
15
12
14
12
2
4
2
4
Показатель устойчивости (Z)
Доля амортизации
(износа) природного капитала в
ВНП (D2/Y)
Страна
Доля валовых
сбережений в
ВНП
(S/Y)
Доля амортизации (износа) физического капитала в ВНП (D1/Y)
Цель статьи разработка принципов планирования использования водных ресурсов обеспечивающий устойчивое
развитие отраслей экономики и сохранения экологического
равновесия в бассейне реки.
В процессе планирования использования водных ресурсов, необходимо обеспечивать устойчивое развитие отраслей экономики и сохранение природных комплексов. В целом действуют одни и те же правила как на государственном уровне, так и для домашнего хозяйства. Если потребляется меньше, чем зарабатывается, то благосостояние растет. То есть, при обеспечении теста на слабое устойчивое
развитие, чистые сбережения всегда имеет положительный
знак и тем самым, потенциал физического капитала всегда
возрастает, табл. 1.
Таблица 1
Тест на проверку слабой устойчивости [4]
11
10
17
2
Выдача разрешений на спецводопользование – это венец
стратегии планирования использования и охраны водных
ресурсов бассейна реки. Например, при экологический устойчивом уровне водопользования в бассейне р. Сырдарьи,
приток в Аральское море составлял 14,0 км3 воды в год.
Тогда уровень воды в Аральском море в части бассейна р.
Сырдарьи сохранялся на отметке ординара, равной 53,0 м.
Современное же представление предполагает сохранение
89
уровня воды в Северном Аральском море (САМ) на отметке
равной 42,0 м (есть предположения по доведению отметки
уровня воды до 46,0 м).
В настоящее время Кыргызстан, Таджикистан и в особенности Узбекистан все более наращивают объемы водопотребления, а Казахстан довольствуются водными ресурсами, по принципу, что осталось. Удовлетворяется в основном и только сточными водами. Тем самым, давно уже не
выполняются и условия вододеления принятых еще в постсоветское время. В перспективе также, должны улучшаться
и качество приточной воды. То есть, за каждые 10 лет, качество приточной воды должен улучшаться на 0,4 г/л. Таким
образом, минерализация приточной воды должна за 20132050 гг. понижаться от 4,0 до 0,4 г/л. Необходимо отметить,
что на сегодня все еще в проблемах вододеления качество
воды не принимается в расчет.
Как поэтапно к 2020, 2030, 2040, 2050 гг. достичь экономики водосбережения в отраслях. Это возможно, если
будут решены проблемы вододеления. Для этого нужно
осуществлять кардинальные меры в целом по всему бассейну р. Сырдарьи.
1. Сокращение водопотребления отраслей экономики.
Состав и объемы мероприятий должны быть подобраны,
таким образом, чтобы выйти на предполагаемый приток
воды в устье реки (водоем). То есть, подойти к отметке
↓46,0 м.
2. Уменьшение уровня загрязнения водных ресурсов. В
качестве примера для подражания можно привести результаты, которые были достигнуты сопредельными государствами в бассейне реки Рейн [4].
При перспективном планировании необходимо еще
учесть, проблемы водообеспечения отраслей водопотребителей, которые будут вступать в строй? Как удовлетворить
их требования к режиму и к качеству воды?
Здесь, необходимо применять принцип действующий в
США [5…9]. Новые водопотребители включаются, только в
том случае, если кто-то достиг, экономию воды (улучшил
90
2010
2020
2030
2040
2050
Итого
объемы
экономии
воды
2,0
1,8
1,6
1,4
1,2
0,4
0,2
0,4
-
0,2
-
2,0
1,8
1,6
1,2
1,2
0,8
1,0
0,8
0,8
Примечание
Фактические (предполагаемые) уровни
водопотребления, км3
в т.ч. реализованный лимит
другим водопотребителям
Объемы экономии воды
при внедрении предполагаемых водосберегающих мероприятий, км3
всего
Директивные уров-ни
водопотребления, км3
Расчетный
период
качества воды) больше, чем это поставлено в планах развития отраслей экономики, для данного водопотребителя.
Результаты водосбережения по одному из крупных потребителей воды в Республике Казахстан в бассейне р.
Сырдарьи на перспективный периоды сведены в табл. 2.
Таблица 2
Динамика изменения объемов экономии воды в результате
проведения водосберегающих мероприятий на одном из
крупных потребителей воды в Республике Казахстан в
бассейне р. Сырдарьи на перспективный периоды
Вышеприведенные условия перехода на кардинальные
пути водосбережения и улучшения качества воды можно
применять как в целом для бассейна реки, так и для отдельных ее водохозяйственных участков. Чтобы решить, вышепоставленную проблему, необходимо в Республике Казахстан регулировать выдачу разрешений на специальное водопользование. Такое положение надо бы закрепить и в законодательном порядке.
91
Пути экономии водных ресурсов в отраслях экономии.
Коммунально-бытовое водоснабжение. Основные традиционные пути водосбережения в отрасли приведены [1, 11…
13]. К перечисленным, можно добавить:
Необходимо разделить, норму водопотребления в коммунально-бытовом водоснабжении: на хозяйственно-питьевое водоснабжение; на потребность в воде для ванн и душевых, а также и санузлов;
Тогда, норму водопотребления (если она равна 250 л/сут.
на одного человека) могли бы представить, как:
на питьевое водоснабжение и потребности для ванн и
душевых (150 л/ сут. на чел.);
для санузлов (100 л/ сут. на чел.). При этом, для санузлов, можно использовать очищенные сточные воды промышленных и других предприятий.
Необходимо платить за воду, как за природный ресурс.
Принципы определения платы за воду при различных схемах использования водных ресурсов бассейна реки рассмотрены в работе [12]. Таким образом, должна быть установлена, плата за воду как за природный ресурс для любого
бассейна реки. Тогда, предприятие поставляющие воду водопотребителю, в лице Водоканала не может свои нерасторопности и упущения в своем хозяйстве перекладывать на
плечи водопотребителей.
Для их содержания потребитель выделяет порядка 20%
от тарифа для покрытия услуг по водоподготовке (Ту.в.). И
для развития самого Водоканала выделяет порядка 10% от
тарифа за воду (Тр.в.). Тогда, плата водопотребителя за используемую воду (вдобавок к плате воды, как за природный ресурс [13] составит (Тводоп.)
Т водоп  Т п. р.  Т у.в.  Т р.в.  Т п. р.  0,2Т п. р. 
0,1Т п. р.  1,3  Т п. р. ,
где Тп.р. – плата за воду как за природный ресурс; Тп.р. –
плата за воду, как за компенсацию затрат поставщика по
водоподготовке; Тп.р. – плата за воду, как за развитие предприятия – поставщика воды (в данном случае Водоканала).
92
3. Внедрение механизации, автоматизации и телемеханизации в процессах управления водораспределением в городской сети и в том числе в процессах водоподготовки.
Промышленное водоснабжение. Применяются общепринятые мероприятия [12, 13]. Надо развивать технологию
3роизводства работ и технологию использования воды.
Пути экономии воды в отраслях сельхозводоснабжения,
обводнения пастбищ, рекреация и рыбное хозяйство подробно описаны [1, 11…13].
Орошение. Водосберегающие технологии: повышение
КПД оросительных систем (ОС); применение интенсивных
технологии орошения (закрытый грунт), в том числе капельного орошении и внутри него инъекционного полива;
улучшение эколого-мелиоративного состояния ОС; уменьшение расходов воды на единицу продукции; очистка и использование коллекторно-дренажных вод; перевод водоемких сельскохозяйственных культур на неводоемкие (например, рис на многолетние травы); пересмотр специализации хозяйств орошения и др. [1, 11…13].
В отрасли лиманного орошения, такие же мероприятия
как и в отрасли орошения.
Некоторые соображения по орошаемому земледелию.
Вся орошаемая площадь в РК было: 2,7 млн га. Из них, потенциально должны орошаться: овощебахчевые, технические культуры и плодово-виноградиновые плантации. Вообще необходимо внедрять принцип: что, на производство
определенного объема сельскохозяйственной продукции
должны быть государственный заказ.
Во-вторых, сколько воды можно выделить в каждом бассейне реки, для отраслей экономики? Затем, нужно установить, каким отраслям экономики и далее, каким сельскохозяйственным культурам надо выделять водные ресурсы. Таким образом, для каждой отрасли экономики нужно установить, свой лимит водопотребления.
93
Выводы
1. Проанализированы уровни использования водных
ресурсов бассейна р. Сырдарьи за ретроперспективный период.
2. Разработана стратегия по планированию использования водных ресурсов бассейна р. Сырдарьи на перспективный период, который включает:
водосберегающие мероприятия и инновационные технологии в отраслях экономики;
рекомендуемые показатели по снижению уровня водопотребления, позволяющие создать условия для устойчивого развития отраслей экономики и сохранения природных
комплексов.
Библиографический список
1. Заурбеков А.К. Научные основы рационального использования и охраны водных ресурсов бассейна реки. Автореф. дис….д-ра техн. нпук. – Тараз, 1998. – 311 с.
2. Найденко В.В., Губанов Л.Н, Катков Н.И. Природоохранная деятельность на предприятии. Учеб. пособие.
– Нижний Новгород, 2002. – 155 с.
3. Рудольф Карл-Ульрих, Томас Блок. Водный сектор в
Германии. Методы и опыт. – Берлин – Бонн – Виттен,
2001. – 151 с.
4. Кэмпбелл Р. Макконнелл, Брю С.Л. Экономикс. – М.:
Изд-во Республика, 1992. Т. 1. – С.269-270.
5. Оценка существующей системы инструментов экологической политики в Республике Казахстан. Результат 2.1.
Министерство охраны окружающей среды Республики
Казахстан. При поддержке Европейской Комиссии. Астана, 2008. – 680 с.
6. Сагадиев К.А. Реформы: аналитический взгляд (статьи,
записки, выступления, интервью). – Алматы: Ғылым,
1998. – 41 с.
94
7. Самуэльсон Пол Э., Нордхаус Вильям Д. Экономика.
Учеб. пособие. /Пер. с англ. Яз. -16-е изд. – М.: Издательский дом «Вильямс», 2000. – 688 с.
8. Торгаев М.. Экономическая ситуация в Казахстане и
перспективы развития (содержание доклада). – Алматы,
- 12 с.
9. Водные ресурсы России и их использование. /Под ред.
И.А. Шикломанова. – СПб.: ГГИ, 2008. – 600 с.
10. Юшманов О.Л., Шабанов В.В., Галямина И.Г. и др.
Комплексное использование и охрана водных ресурсов.
– М.: Агропромиздат, 1985. – 303 с.
11. Мелиорация и водное хозяйство. Водное хозяйство:
Справочник /И.И. Бородавченко, Ю.А. Килинский, И.А.
Шикломанов и др.; /под ред. И.И. Бородавченко. – М.:
Агропромиздат, 1988. Т. 5. – 399 с.
12. Зәуірбек Ә. К. Вода и устойчивость гидроэкосистем.
Уч. пособие. – Алматы, 2009. – 579 с.
13. Пособие по составлению раздела проекта (рабочего проекта) «Охрана окружающей природной среды» (к СНиП
1.02.01.-85). – М.: ЦНИИПроект, 1988. – 187 с.
УДК 551.49
ВОДОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ ДЛЯ
ЭФФЕКТИВНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПОДЗЕМНЫХ
ВОД В АПК
С.Д. Исаева – д-р техн. наук
Всероссийский научно-исследовательский институт
гидротехники и мелиорации им. А.Н. Костякова
Россельхозакадемии, Москва, Россия
В статье рассмотрены проблемы, существующие при
добыче и использовании подземных вод для сельскохозяйственного водоснабжения. Определены мероприятия по
использованию и охране подземных вод в рамках составле95
ния схем комплексного использования и охраны водных
объектов для повышения эффективности их использования.
The problems of extraction and use of artesian water for agricultural water supply are considered. The author considers the
measures for the use and protection of artesian waters which
should be taken in the schemes of integrated use and protection
of water objects to improve their efficiency.
Гарантированное обеспечение населения качественной
питьевой водой становится одной из приоритетных проблем
государственной политики, направленной на сохранение
здоровья и улучшение условий проживания россиян. В последние годы, в связи с принятием ряда Федеральных целевых программ большое внимание требуют вопросы, связанные с развитием водохозяйственного комплекса АПК и, в
частности, вопросы повышения эффективности использования подземных вод в комплексе с поверхностными [1, 2]. В
2011 г. из водных объектов было извлечено 71,7 км3 пресных природных вод, из которых в экономике страны и на
питьевое водоснабжение населения было использовано более 59,5 км3 [3]. В структуре водопотребления закономерно
преобладает использование поверхностных вод, которое составляет 61,6 км3 (порядка 80 %), подземных используется
только около 9,8 км3 (менее 13%). Повышение роли подземных вод при комплексном использовании водных ресурсов позволит решить существующие задачи водообеспечения в ряде регионов страны, связанные с дефицитом
поверхностных вод и их загрязнением, а также с истощением подземных вод.
Как известно, водные ресурсы по территории страны
распределены весьма неравномерно. По величине местных
водных ресурсов федеральные округа России различаются
во много раз. Так, обеспеченность поверхностными водными ресурсами в Центральном, Приволжском, Южном федеральных округах, где сосредоточено основное промышленное и значительная часть сельскохозяйственного произ96
водства в нашей стране, в 6…10 раз меньше, чем, например,
в Сибирском федеральном округе. В ряде субъектов Российской Федерации существует дефицит питьевой воды,
который испытывают жители г. Воронеж, Ставропольского
края, Астраханской и в Курганской областей и др. [4] . При
этом степень освоения запасов подземных вод остается низкой и, в среднем по стране, на 01.01.2011 составляет только
15 %, изменяясь от 2,9% в Северо-Восточном округе до 41,6
в Уральском. Более того, за период с 2000 по 2010 гг. в целом по России наблюдается снижение использования подземных вод на 22,1%. Сократилось потребление подземных
вод на хозяйственно-питьевые цели на 28%, на производственно-технические нужды – на 1,7% [4].
Несмотря на существующие нормативные требования,
питьевую воду централизованных систем хозяйственнопитьевого водоснабжения, не отвечающую санитарным правилам и нормативам по содержанию условно-патогенных и
патогенных микроорганизмов, потребляют более 19 млн
чел. По данным Государственного доклада о санитарноэпидемиологической ситуации в РФ в 2010 г., состояние
подземных и, особенно, поверхностных источников централизованного питьевого водоснабжения и качество воды в
местах водозабора, как и в предшествующие годы, продолжают оставаться неудовлетворительными. В целом по Российской Федерации не соответствовало санитарно-эпидемиологическим правилам и нормативам 16,4 % подземных и
36,8 % поверхностных источников питьевого водоснабжения [5].
Для решения задач, связанных с водопользованием, разрабатываются схемы комплексного использования и охраны
водных объектов (СКИОВО). Материалы схем комплексного использования водных объектов предназначены для
планирования и реализации водохозяйственных и водоохранных мероприятий в рамках федеральной адресной инвестиционной программы, федеральных, региональных, ведомственных целевых программ, а также для разработки
региональных и муниципальных программ (планов) водохо97
зяйственных и водоохранных мероприятий, регулирования
водопользования, определения объемов допустимого изъятия и сбросов вод и решения других задач.
В составе СКИОВО рассматриваются нужды всех отраслей экономики. Агропромышленный комплекс России
(АПК) является одним из крупнейших потребителей водных
ресурсов. При его функционировании водные ресурсы используются для хозяйственно-питьевого водоснабжения населения, предприятий пищевой и перерабатывающей промышленности, животноводческих и птицеводческих комплексов, орошения и обводнения земель и в других целях.
Несмотря на то, что особенностью водоснабжения АПК являются меньшие объемы водопотребления, решение проблем водообеспечения и в этом случае зависит от фактического состояния водных ресурсов и водохозяйственных систем.
Фактическая обеспеченность АПК водными ресурсами в
настоящее время много меньше потребностей комплекса.
По данным разработанной во ВНИиГиМ Стратегии развития водохозяйственного комплекса АПК, потребности АПК
в воде к 2020 г. составит 40 км3, и гарантированное обеспечение сельского населения и предприятий водой нормативного качества в требуемых объемах – одно из приоритетных
направлений развития водохозяйственного комплекса АПК.
Для решения этой задачи, важное значение имеет повышение эффективности использования водных ресурсов за счет
увеличения роли подземных вод.
По прогнозу [6] в 2020 г. для обеспечения потребностей
хозяйственно-питьевого водоснабжения сельского населения на 95…100 % (при норме 200 л/чел. с учетом поения
животных и др. нужд) потребуется 2,8 км3/год, из которых
2,4 км3/год может быть получено за счет подземных вод. В
настоящее время фактическая степень обеспеченности сельского населения подземными водами в целом по стране составляет около 84%.
Как показывает анализ, основными проблемами, затрудняющими повышение водобеспеченности АПК водой нор98
мативного качества в настоящее время являются: развитие
техногенного загрязнения подземных вод; эксплуатация водозаборов без утверждения запасов, что приводит к неучтенному водопотреблению, ущербу речному стоку, несоответствию рассчитанных и фактических водных балансов
водохозяйственных участков и бассейнов; несоблюдение
лицензионных соглашений недропользователями по ведению наблюдений в рамках мониторинга водных объектов;
недостаточность или отсутствие современных систем водоподготовки для доведения качества воды до нормативных
требований; неконтролируемое и, как правило, неэкономное
использование воды, использование воды питьевого качества в технических целях; неудовлетворительное техническое
состояние скважинного хозяйства, наличие бесхозяйных
скважин, что в большинстве случаев способствует смешению кондиционных и некондиционных вод смежных горизонтов, проникновению загрязнений в эксплуатируемый водоносный пласт с поверхности земли и из грунтовых вод и
пр. [7].
Для развития сельхозводоснабжения и исправления сложившейся ситуации, гарантированного обеспечения сельского населения и предприятий АПК водой нормативного
качества в требуемых объемах в перечень основных водохозяйственных мероприятий и мероприятий по охране водных
объектов, при разработке СКИОВО необходимо включить
следующие:
обеспечение постепенного перехода к эксплуатации водозаборов только на лицензионной основе и утвержденных
запасах подземных вод;
проведение работ по переутверждению запасов подземных вод на участках недр, для которых срок действия протоколов Государственной (Территориальной) комиссии по
запасам истек;
ревизия разведанных месторождений с учетом изменившихся требований к качеству воды, изменившихся земельных отношений;
99
проведение ревизии действующих водозаборов с целью
оценки устойчивости их функционирования и обеспечения
населения и объектов АПК водой нормативного качества,
выявления бесхозяйных скважин и разработки плана их ремонта или ликвидации; а также установления степени обеспеченности водозаборов санитарно-защитными зонами;
осуществление поиска и разведки новых месторождений
подземных вод для обеспечения водой первоочередных
объектов в соответствии с федеральными или областными
планами развития сельских территорий и объектов АПК;
внедрение установок водоподготовки для доведения качества воды до нормативных требований, внедрение в том
числе индивидуальных водоочистных устройств для доочистки питьевой воды и, прежде всего, в детских, образовательных учреждениях там, где вода не соответствует требованиям к питьевым водам;
организация систем управления водоотбором подземных вод в условиях их дефицита и взаимодействия водозаборных узлов;
разработка системы мер по рациональному использованию и экономии питьевой воды, разделение подачи воды на
питьевое и техническое водоснабжение;
развитие системы наблюдений при мониторинге водохозяйственных систем и водных объектов, в том числе за динамикой уровня подземных вод в процессе эксплуатации
водозаборных узлов, динамикой водоотбора и качеством
подземных вод, за состоянием водозаборных скважин;
контроль за соблюдением лицензионных соглашений по
ведению мониторинга подземных вод при водоотборе;
дальнейшее развитие правовой, нормативной и методической базы в сфере обеспечения населения доброкачественной питьевой водой за счет комплексного использования
поверхностных и подземных вод;
формирование нормативно правовой, научной и нормативно-методической основы инновационного развития водохозяйственного комплекса АПК, расширение применения
региональных постоянно действующих математических мо100
делей для оценки запасов, прогнозов динамики водных ресурсов и управления комплексным использованием поверхностных и подземных вод в пределах речных бассейнов, подбассейнов, водохозяйственных участков в составе
СКИОВО;
обеспечение высококвалифицированными трудовыми
ресурсами в научной и производственной сферах.
Учет необходимых мероприятий при разработке
СКИОВО и их пошаговая реализация позволят повысить
обеспеченность сельского населения и производственных
объектов агропромышленного комплекса водными ресурсами за счет развития системы сельскохозяйственного водоснабжения населения и предприятий АПК на базе подземных вод в комплексе с поверхностными.
Библиографический список
1. Концепция долгосрочного социально-экономического
развития Российской Федерации на период до 2020 г.
Утв.Правительством РФ 17.11.2008 г.№1662-р (в ред. от
08.08.2009). Информационный ресурс: http://www.
zakonprost.ru/content/base/part/593274/
2. Концепция устойчивого развития сельских территорий
Российской Федерации на период до 2020 года. Утв.
Правительством РФ 30 ноября 2010 г.№2136-р). Информационный ресурс: http://www.mcx.ru/documents/ document/
show/14914.77.htm
3. Государственный доклад о состоянии окружающей среды в 2011 г. Информационный ресурс: http://www.mnr.
gov.ru/regulatory/list.php?part=1392
4. Государственный доклад о состоянии и об охране водных ресурсов в 2009г. Информационный ресурс:
http://www.mnr.gov.ru/ regulatory/detail.php?
5. О санитарно-эпидемиологической обстановке в Российской Федерации в 2010 году: Государственный доклад.
– М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии
Роспотребнадзора, 2011. – 431 с.
101
6. Водная стратегия агропромышленного комплекса России на период до 2020 года. – М.: Изд-во ВНИИА, 2009.
– 72 с.
7. Повышение степени обеспеченности подземными водами сельского населения и объектов АПК. //Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление.
2012. № 5. – С. 78-88.
УДК 556.555
МЕЛКОДИСПЕРСНЫЕ ЧАСТИЦЫ ДОННЫХ
ОТЛОЖЕНИЙ И ИХ РОЛЬ В РЕЧНЫХ
ЭКОСИСТЕМАХ
Т.Н. Казмирук – канд. техн. наук
Институт водных проблем РАН, г. Москва, Россия
Донные отложения речных экосистем представлены
твердыми частицами различными по размерам, генезису и
составу. Рассматривается способность донных отложений
аккумулировать большую часть органических и неорганических веществ, мигрирующих с водным потоком. Показано
существование устойчивой зависимости между дисперсностью твердых частиц и концентрацией химических веществ
в их составе. Обсуждается роль мелкодисперсных фракций
в формировании качества воды, оценке осадконакопления,
анализе состояния среды обитания живых организмов и
биоразнообразия водных экосистем.
Bottom sediments of the river ecosystems by solid particles
of different sizes, genesis and composition are presented. The
ability of sediments to accumulate most of the organic and
inorganic substances that migrate to the water flow is
considered. The existence of a stable relationship between the
dispersion of solid particles and the concentration of chemical
substances in their composition is shown. The role of fine
102
fractions in the formation of the quality of water, sediment
assessment, analyzing the state of the environment of living
organisms and aquatic biodiversity is discussed.
Донные отложения речных экосистем представляют собой сложную гетерогенную физико-химическую систему,
образованную большим количеством взаимодействующих
тел, которые можно мысленно выделить из окружающей
среды. Формирование донных отложений происходит за
счет осаждения частиц взвешенного вещества, образовавшихся в результате переработки твердого материала берегов и ложа, а также поступившие в результате вымывания
из поверхностного слоя почв водосборного бассейна. Основу отложений составляет каркас – пористое тело, сложенное
твердыми частицами, различными по размерам, генезису и
составу [1]. Пустоты или, так называемое, поровое пространство между частицами твердой фазы, заполняет жидкая
фаза, являющаяся многокомпонентным водным раствором,
содержащим ионы, ионные комплексы и молекулы растворенных веществ. По определению В.И. Вернадского, донные отложения являются аналогом почв, то есть «подводной почвой», где гидросфера занимает место атмосферы [2].
Одним из определяющих физических свойств донных
отложений является линейный размер твердых частиц, выступающий в роли классификационного признака при делении совокупности частиц на классы или фракции. Важность и значимость данного свойства подтверждается уже
тем, что в классификациях не только донных отложений
речных экосистем, но и грунтов в почвоведении, донных
осадков в лимнологии и морской геологии, тип донных отложений находится в функциональной зависимости от его
композиционного состава. От композиционного состава
зависит плотность и влагоемкость донных отложений, определяющая их способность к водообмену, который, в свою
очередь, влияет на скорость химических реакций, процессы
физико-химического обмена и ряд биологических процессов в отложениях [3].
103
Донные отложения, интегрируя геохимические особенности всей водосборной площади, аккумулируют большую
часть органических и неорганических веществ, мигрирующих с водным потоком. Интенсивность накопления химических веществ в значительной мере определяется физическими, физико-химическими и химическими свойствами
осадков, гидродинамическими условиями в водоеме, а также геоморфологическими особенностями строения его дна.
Именно факторы и процессы, контролирующие распределение химических веществ в гетерогенной системе «вода –
твердое вещество» лежат в основе современного геохимического подхода по изучению и прогнозированию поведения загрязняющих веществ, попадающих в водные экосистемы. Геохимический подход, позволяющий ранжировать
твердое вещество с позиции оценки его качества, базируется на трех основополагающих концепциях: подвижности
химических элементов (the mobility concept); контроля емкости системы (the concept of capacity controlling properties)
и критериев качества донных отложений (the concept of
final storage quality) [4].
Установлено существование устойчивой положительной
корреляционной зависимости (r = 0,850,95) между дисперсностью твердых частиц и концентрацией большинства
химических веществ в их составе [3, 5]. Повышенная аккумуляция химических элементов мелкодисперсной составляющей происходит, в основном, за счет того, что с уменьшением линейного размера твердых частиц значительно
возрастает значение удельной площади их поверхности.
Так, из теоретических основ гранулометрии известно, что
удельная площадь поверхности частиц с величиной среднего диаметра d > 0,1 мм (песок), измеряется в квадратных
сантиметрах на грамм (см2/г), в то время как частиц с
d < 0,1 мм (илы) – от нескольких до десятков квадратных
метров на грамм (м2/г). Как правило, максимальные значения концентраций различных химических элементов относятся к мелкодисперсным фракциям органического проис104
хождения (илистые отложения). Следует отметить, что в
некоторых случаях крупные фракции твердого осадка (пески, галька) за счет объемной абсорбции в рыхлой, с развитой, как у губки поверхностью структуре гидрооксида железа Fe(OH)3 , которая тонким слоем может покрывать их
поверхность, также могут иметь повышенное содержание
химических веществ. Удельная концентрация гидрооксида
железа может изменяться в широких пределах и достигать
достаточно высоких значений: 0,3…,3,5% для донных отложений и 2…10% для взвесей [6].
Процентное содержание мелкодисперсных фракций является важной, а иногда и определяющей характеристикой в
оценке осадконакопления в водоемах, протекающего с различной скоростью, интенсивностью и направленностью, в
зависимости от исходного состава осадков, а также гидродинамических и физико-химических условий среды. Результаты действия контролирующих факторов в процессе
осадкообразования в той или иной мере отражаются в дифференциации мелкодисперсной составляющей донных отложений по площади водоема.
Мелкодисперсная составляющая донных отложений оказывает положительное влияние на формирование качества
воды в речных экосистемах, способствуя процессам самоочищения. Однако вывод химических веществ из водной
фазы свидетельствует лишь о временном самоочищении
водной массы, но не водного объекта как экологической
системы. Совместное протекание процессов физико-химической сорбции и механического поглощения мелкодисперсных частиц донными отложениям может послужить началом формирования в них техногенных геохимических ассоциаций. Для интерпретации данных исследований по накоплению химических веществ донными отложениями из
физических параметров всегда анализируется фракционный
состав осадков, который, в значительной степени, определяет все остальные процессы. Так, процентное содержание
мелкодисперсных фракций является определяющим параметром для выделения зон повышенного экологического
105
риска при зонировании водоемов по факторам влияния состояния и динамики донных отложений на водную среду
[6].
Содержание мелкодисперсных фракций в донных отложениях речных экосистем часто выступает как один из важных показателей для анализа состояния биоразнообразия в
водной среде и как фактор для оценки степени деградации
среды обитания живых организмов. Так, в результате проведения многочисленных полевых и лабораторных экспериментов, было показано, что высокое содержание взвешенных мелкодисперсных частиц в речных экосистемах с
гравелистым дном оказывает вредное воздействие на выживаемость в течение инкубационного периода эмбрионов форели, лосося и беспозвоночных. Более того, осаждение и
проникновение мелкодисперсных фракций в поровое пространство донных отложений является фактором, резко увеличивающим смертность личинок рыб. Как было установлено, в основном это связано с повышением биологического
и химического потребления кислорода в иловой воде и понижением уровня кислорода ниже значений, которые являются жизненно важными для донных организмов [7].
Библиографический список
1. Страхов Н.М. Основы теории литогенеза. – М.: Изд-во
АН СССР, 1962. Т.2. – 574 с.
2. Вернадский В.И. Химическое строение биосферы Земли
и ее окружения. – М.: Наука, 1965. – 374 с.
3. Паламарчук И.К. Грунты дна и их роль в речных водохранилищах. //Гидробиологический журнал, 1972. Т. 8.
№ 1. – С. 118-127.
4. Forstner, U. W. Non-linear release of metal from aquatic
system // Biogeodynamics of pollutants in soil and sediments / Eds. W. Salomons and W.M. Stigliani. Berlin:
Springer-Verlag, 1995. - P.247-307.
5. Soulsby, C., Youngson, A.F., Moir, H.J., Malcom, I.A. Fine
sediment influence on salmonid spawning habitat in a low106
land agricultural stream: a preliminary assessment // Sci.
Total Environ., 2001, V. 265.- P.295– 307.
6. Бреховских В.Ф., Казмирук Т.Н., Казмирук В.Д. Донные
отложения Иваньковского водохранилища: Состояние,
состав, свойства. – М.: Наука, 2006. – 176 с.
7. Waters, T.F. Sediment in Streams: Sources, Biological Effects and Control. Bethesda: American Fisheries Society,
1995.-327 p.
УДК 627.81
МЕТОДИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ, ВОЗНИКАЮЩИЕ
ПРИ РАЗРАБОТКЕ ПРАВИЛ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ВОДОХРАНИЛИЩ
О.Е. Кулешова – аспирант
ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет
природообустройства», г. Москва, Россия
Разработка Правил использования водохранилищ – одна
из первостепенных задач, стоящих в настоящее время перед
водным хозяйством России. Однако при разработке Правил
периодически возникают методические трудности. Отсутствие достоверной гидрометеорологической информации является одной из основных. В данной работе сделана попытка обобщить комплекс проблем, возникающих при разработке ПИВР, и предложить основные направления для их
решения: создание гидрометрических постов, контроль над
землепользованием на берегах, подготовка квалифицированных кадров.
The development of Rules of water storage reservoirs’ regulation is one of the most important issues in Russian Water
economy. However some methodical problems appear during
the development of Rules. The lack of reliable
hydrometeorogical information is one of them. In the research
an attempt is made to summarize the complex of problems and
107
to suggest the ways of solving them: organization of hydrological stations, control of land tenure, skilled workers development.
В соответствии с Водным Кодексом РФ использование
водохранилищ осуществляется в соответствии с правилами
использования водохранилищ, включающими в себя правила использования водных ресурсов водохранилищ и правила технической эксплуатации и благоустройства водохранилищ [1]. Правительством РФ утвержден перечень водохранилищ, в отношении которых разработка правил использования водохранилищ осуществляется для каждого
водохранилища1). Использование водохранилищ, не включенных в данный перечень, осуществляется в соответствии
с типовыми правилами использования водохранилищ3, 4).
Наличие достоверной гидрологической информации является одним из основных факторов, определяющих состоятельность Правил использования водных ресурсов водохранилища (далее – ПИВР). На основании этой информации
составляются водные балансы, проводятся водохозяйственные расчеты на современный уровень развития и перспективу, оцениваются возможности сооружений на пропуск
паводков и половодий как расчетной обеспеченности, так и
катастрофических. Для построения реалистичных гидрографов требуются ряды наблюдений длительностью не менее 30 лет. Однако для многих водохранилищ, созданных на
водотоках, такие наблюдения отсутствуют, соответственно,
_____________
1)
Распоряжение Правительства Российской Федерации от 14.02.2009 г.
№ 197-р «Об утверждении перечня водохранилищ, в отношении которых разработка правил использования водохранилищ осуществляется
для каждого водохранилища»;
2)
Постановление Правительства Российской Федерации от 22.04.2009 г.
№ 349 «Об утверждении Положения о разработке, согласовании и утверждении правил использования водохранилищ, в том числе типовых
правил использования водохранилищ»;
3)
Приказ Министерства природных ресурсов и экологии Российской
Федерации от 24.08.2010 г. № 330 «Об утверждении типовых правил
использования водохранилищ».
108
точность водохозяйственных расчетов значительно сокращается. Примером может послужить Нерюнгринское водохранилище в Якутии (схема водохранилища представлена
на рисунке).
Схема Нерюнгринского водохранилища
109
Водохранилище создано на р. Олонгоро в 1983 г. На момент строительства река была не изучена, и все расчеты
проводились на основании региональных зависимостей. К
настоящему моменту водохранилище эксплуатируется уже
30 лет, но наблюдения за поверхностным стоком попрежнему не ведутся, поэтому при составлении новых
ПИВР трудно рассчитывать на получение достоверных значений расчетных характеристик (см. таблиц).
Максимальные расходы р. Олонгоро,
определенные различными способами
Способ определения
По проекту (1983 г.)
Уточнение,
выполненное проектировщиком (2001 г.)
Согласно СП 33-1012003 при наличии
рек-аналогов
Максимальный расход
расчетной обеспеченности, м3/с
дождевые
половодья
паводкови
1%
0,1%
1%
0,1%
63,0
83,0
40,7
55,3
67,8
102,0
140,0
-
47,7
-
Стоит отметить, что Нерюнгринское водохранилище является источником промышленного водоснабжения для Нерюнгринской ГРЭС – главного энергетического источника
Южной Якутии, а гидротехнические сооружения водохранилища относятся ко II классу капитальности. Надежность
обоснования режима регулирования стока была бы значительно выше, если бы одновременно с вводом в эксплуатацию водохранилища был создан гидрологический пост на р.
Олонгоро вне зоны влияния водохранилища. Пример Нерюнгринского водохранилища говорит о том, что при соз110
дании водохранилищ на неизученных водотоках, необходимо обязательное устройство гидрометрических постов помимо регулярных наблюдений на самих водохранилищах.,
В будущем это поможет решить проблему недостатка гидрологической информации.
Проблема нецелевого использования акватории и берегов водохранилищ также создает дополнительные трудности при разработке Правил. В частности, на берегу Нерюнгринского водохранилища расположен городской пляж, активно развиваются водные виды спорта, однако, разрешительной документации на эксплуатацию береговой черты
нет. Таким образом, создается трудно преодолимое противоречие: с одной стороны, основываясь на документации
Ленского БВУ, а также официальных письмах Главы Муниципального образования водохранилище используется
только в промышленных целях, с другой – нельзя не учитывать интересы местного населения, привыкшего проводить
досуг на берегу Нерюнгринского водохранилища. Вопрос
требует объективного и компетентного рассмотрения. Необходимо выявить причины, по которым пляж функционирует без разрешительной документации, в кратчайшие сроки получить соответствующие документы либо принять меры по ликвидации рекреационной зоны.
Существенной проблемой при разработке и использовании ПИВР является «кадровый голод», отсутствие квалифицированных специалистов на ГТС. Отсутствие кадров
создает трудности как на этапе сбора исходной информации
для разработки ПИВР, так и может повлиять на эксплуатацию самого водохранилища. В частности, на том же Нерюнгринском водохранилище, осуществляющим в соответствии
с декларацией безопасности сезонное регулирование стока,
фактически никакого регулирования не проводится, затворы
постоянно расположены на отметке НПУ и водные ресурсы
расходуются крайне нецелесообразно. Этот вопрос также не
относится к сфере деятельности разработчика ПИВР, однако, тщательное описание требуемого штата работников на
111
ГТС в составе Правил технической эксплуатации и благоустройства водохранилища, составной части Правил использования водохранилища, позволит на официальном уровне
поднять проблему кадрового обеспечения гидротехнических сооружений.
В настоящей работе рассмотрены лишь отдельные проблемы, с которыми сталкивается разработчик при создании
Правил использования водохранилищ [2]. Помимо этого,
существуют также проблемы недостоверности исходной
информации, противоречия в технической и разрешительной документации и т.д. Но в силах разработчика акцентировать внимание на текущих проблемах, поскольку документ должен проходить согласование во множестве ведомств, и на возникшие проблемы будет обращено внимание чиновников.
Библиографический список
1. «Водный кодекс Российской Федерации» от 03.06.2006
г. № 74-ФЗ (ред. От 28.07.2012 г.);
2. Раткович Л.Д., Русакова П.А. Водохозяйственные аспекты правил управления водохранилищами комплексных
гидроузлов. /Материалы международной научно-практической конференции «Роль природообустройства в обеспечении устойчивого развития экосистем». – М.: ФГОУ
ВПО МГУП. 2006. – С. 157-165,
112
УДК 556.3
МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ГРУНТОВЫХ
ВОД В УСЛОВИЯХ ЕГО ОПЕРАТИВНЫХ
ИЗМЕНЕНИЙ
В.И. Кумачев – д-р техн. наук, профессор;
А.Н. Медведников – ассистент
УО «Белорусская государственная сельскохозяйственная
академия», г. Горки, Республика Беларусь
Рассматривается новая система оперативного измерения
УГВ при быстроизменяющемся УГВ, приведена методика
разработки новой системы, дается её обоснование.
The new system of operative measurement of level of gravitational water is considered at fast change of level of soil water,
the technique of working out of new system is resulted, its substantiation is given.
Основным требованием к датчику изменения уровня
гравитационной грунтовой воды (УГВ) является его способность отличать воду гравитационную от воды капиллярной. Важно, что это требование должно выполняться в условиях оперативных изменений УГВ. Трудность здесь состоит в том, что при быстрых изменениях УГВ поверхность
гравитационной воды не свободна, и также то, что может
быстро переходить из гравитационной в капиллярную и наоборот, что описано в1).
Указанное требование можно выполнить двумя путями.
Если возможно существование условия опережения поверхностью «ноль давления» (которой является граница
между гравитационной водой и капиллярной каймой) уровня свободной грунтовой воды, то в основу следует положить принцип распознания вида воды механическим разде______________
1
Кумачев В.И. Мониторинг грунтовых вод. – Минск: Изд-во ООО «Красико-Принт», 2003. – 88с.
113
лением воды в вертикальном направлении на гравитационную и капиллярную. Если это условие отсутствует, то в основу следует положить принцип распознания вида воды без
ее механического разделения – по положению поверхности
«ноль давления».
Механическое разделение воды на гравитационную и
капиллярную вызывает следующее требование – образование на границе между гравитационной и капиллярной водой
свободной поверхности гравитационной воды. Это требование обусловливает необходимость первичного – входного
элемента датчика, который бы решал первую часть задачи отделял воду гравитационную от капиллярной, делая поверхность гравитационной воды свободной. Таким элементом может являться полость в грунте, геометрические параметры которой или способы ее применения позволят отделять гравитационную воду от капиллярной и делать это при
разных отметках поверхности гравитационной воды. Вторая
часть основной задачи – измерение положения полученной
свободной поверхности требует наличия вторичного – выходного элемента датчика, который давал бы сигнал о положении свободной поверхности гравитационной воды.
Ввиду того, что первичный элемент известных датчиков –
скважина, обладая указанными в1) недостатками, отвечает
полученному выше требованию, что входной элемент датчика должен быть полостью, то поиск начнем, отправляясь
от существующей конструкции – скважины. Одним из недостатков в известных датчиках является влияние продольных и поперечных размеров скважины на правильность показаний. Поэтому, прежде всего, для улучшения показателя
динамичности скважины1) выполним геометрические преобразования цилиндрической полости скважины, сохраняя
ее полезную техническую функцию – «отделять воду гравитационную от капиллярной», но будем при этом стремиться,
чтобы статические и динамические свойства полученного
элемента приблизились к аналогичным свойствам самого
грунта.
114
Ввиду того, что длина скважины является в современном
применении скважины отрицательным параметром1), то
лишим ее этого параметра полностью, то есть приведем
скважину к геометрическому вырождению. Чтобы выполнить это, наметим ряд точек по высоте скважины через интервал, равный необходимой точности измерения, например, через 1 см. Затем, разрывая скважину на части, сожмем
скважину в вертикальном направлении к этим точкам до
высоты чуть больше удвоенной высоты отгиба мениска воды по краю скважины при ее смачивании для исключения
влияния капиллярных явлений.
Известно, что эта последняя величина для материалов,
применяемых в качестве труб для скважин, не превышает
2 мм. Тогда в результате указанного выше геометрического
преобразования получим вертикальный ряд цилиндрических полостей в грунте. С учетом наличия в каждом таком
цилиндре нижнего и верхнего менисков и необходимости
наличия зазора между их взаимно ближайшими точками
(для предотвращения смыкания их концов, могущему привести к вырождению полости) высоту одного цилиндра примем равной 5 мм (рис. 1).
Рис. 1. Элементарная цилиндрическая емкость для измерения
уровня грунтовых вод: 1 – стенка скважины; 2 – мениск
Приняв расстояние между цилиндрами равным 5 мм, получим, что указанные выше точки на вертикали можно расположить через интервал 10 мм. Полученная высота цилиндрических полостей практически не влияет на проводимость грунта к одной (любой) из них при различных начальных положениях поверхности гравитационной воды,
115
так как вертикальные размеры каждого такого цилиндра не
превышают 5 мм.
Если свойства грунта изменяются по глубине, то динамика наполнения верхнего цилиндра будет отличаться от
динамики других цилиндров за счет образования разных
депрессионных воронок и тем более по сравнению с самым
нижним цилиндром. Для сведения этой разности к нулю работу цилиндров определим в ключевом режиме: да – нет.
Отсюда вытекает, что в этом случае в каждом цилиндре необходимо фиксировать лишь появление в нем гравитационной воды. Для этого в элементарном цилиндре расположим
один вторичный элемент датчика – сигнализатор наличия
свободной поверхности воды. В результате получена система, в которой отрицательное влияние длины скважины на
точность слежения уровня гравитационной воды в скважине
за уровнем гравитационной воды в грунте сведено до возможного минимума. Расстояние по вертикали между соседними сигнализаторами при этом будет влиять не на точность указанного слежения, а на крупность градации шкалы
измерений.
Вторым отрицательным параметром скважины известных датчиков является ее значительный поперечный размер.
Для минимизации влияния этого параметра на показатель динамичности уменьшим поперечные размеры полученных выше цилиндров. Этот минимальный размер должен быть больше, чем максимальный размер цилиндров, так
как в противном случае он сам станет капилляром, и следовательно, не отделит воду гравитационную от капиллярной,
нарушив основной принцип – «механическое разделение
воды». Это граничное значение поперечного размера капилляра в грунте, как известно, не превышает 8 мм. Примем
диаметр цилиндра 10 мм. Таким образом, влияние поперечных размеров скважины сведено к предельно минимальному.
Указанные геометрические преобразования скважины,
следовательно, привели к созданию вертикальной гирлянды
116
микроемкостей. Такая система, как показано выше, теоретически позволяет получить максимально возможную для
принципа «Механическое разделение воды» аппроксимацию динамики и статики поверхности гравитационной воды
в грунте мелиорированного участка.
Из-за указанного выше ограничения точности отсчета
градацией шкалы увеличим эту точность. Точность отсчета
ограничивается вертикальным расстоянием между основаниями микроемкостей, которое зависит от минимально возможной высоты самих микроемкостей. Высота микроемкости как параметр ее объема влияет на глубину и поперечный размер депрессионной воронки около микроемкости.
Необходимо выполнить такое геометрическое преобразование гирлянды микроемкостей за счет уменьшения расстояния по вертикали между ними, чтобы не уменьшить минимально необходимой высоты самой микроемкости и исключить влияние образования воронки за счет высоты микроемкости и ее поперечных размеров. Такое геометрическое
преобразование возможно. Для этого следует, сближая две
соседние микроемкости по вертикали, смещать их одновременно в разные стороны в горизонтальном направлении.
Причем для достижения высокой точности датчика смещать
внешнюю микроемкость 2 (рис. 2) относительно микроемкости 1, образовавшей воронку 3, в горизонтальном направлении следует настолько, насколько требуется для полного
исключения взаимного влияния микроемкостей.
В вертикальном направлении низ микроемкости 2 следует сместить на любую требуемую точность отсчета выше
основания микроемкости 1. На мелиорированном участке
земель для обеспечения одинаковых по отношению к динамике объекта управления условий работы микроемкостей
их систему следует располагать по наклонной линии, лежащей в вертикальной плоскости, компланарной продольной
оси регулирующего канала мелиоративной сети (рис. 3)
117
Рис. 2. Взаимное расположение микроемкостей для достижения
максимальной точности измерения УГВ: а) – вид в разрезе;
б) – план; 1 , 2 – микроемкости; 3 – депрессионная воронка
Рис. 3. Расположение микроемкостей датчика УГВ на
мелиоративном объекте управления: 1 – микроемкости;
2 – вертикальная плоскость
В разработанной системе не учтено влияние наполнения
и опорожнения воздуха, так как емкости оказались герметичными. Это является препятствием работе системы. Для
устранения указанного препятствия необходимо обеспечить
сообщение каждой емкости с атмосферой. Осуществим это
устройством вертикальных каналов минимально возможного диаметра от каждой емкости до поверхности земли. В
118
Рис. 3. Расположение микроемкостей датчика УГВ на
мелиоративном объекте управления: 1 – микроемкости;
этом случае, сохранив минимально необходимые поперечные размеры емкостей, мы увеличим их длину и фактически
превратим опять в скважины, обладающие устраненным ранее недостатком – протяженной длиной. Чтобы исключить
этот недостаток, используем положительное от предыдущей
разработанной системы микроемкостей – ключевой режим
работы – сигнализировать лишь о появлении или исчезновении воды в емкости. Применив это положение к полученной системе микроскважин, будем фиксировать лишь появление воды на нижней границе скважины (реперный способ). Такой ключевой режим измерения исключает влияние
на динамичность процесса поперечных размеров каждой
скважины. Система реальных скважин даст такой же точный сигнал о положении уровня гравитационной грунтовой
воды, как это теоретически должна была дать вышеописанная система микроемкостей.
Таким образом, новый способ измерения УГВ представляет собой реперную фиксацию момента преобразования
поверхности «ноль давления» в свободную поверхность
гравитационной воды. В техническом отношении это осуществляется следующим образом. В данной точке местности устраивают систему микроскважин 1 (рис. 4) с обсадными трубами 2. Донья 3 труб не заглушивают, как принято, а делают водопроницаемыми и на них устраивают фифильтры. Донья располагают
внутри диапазона «а» изменения высотного положения
поверхности гравитационной воды в грунте через интервал требуемой точности
измерения «b». Наблюдательные скважины 1 указанной системы располагают в
плане так, чтобы каждая из
Рис. 4. Новая система
них была смещена горизонизмерения УГВ «Орган»
тально на расстояние «с» за
пределы соседней депреси119
\сионной воронки, образующейся вокруг наблюдательной
скважины при ее заполнении в процессе подъема поверхности гравитационной воды в грунте.
Обычную операцию измерения изменяющегося высотного положения воды в наблюдательной скважине исключают, а вводят операцию фиксации прибором 4 момента начала появления поверхности воды на поверхности фильтрующего дна скважины, отметка которого известна и постоянна. Последующую фиксацию указанного момента производят в той скважине, отметка дна которой является следующей по высоте. Способ позволяет исключить влияние
геометрических параметров наблюдательной скважины на
достоверность измерения уровня грунтовых вод в неустановившихся режимах подъема поверхности грунтовых вод.
УДК 556.18 : 502.06: 528.9
К ВОПРОСУ РАЗРАБОТКИ КОНЦЕПЦИИ СХЕМЫ
СОЛЕОТВОДЯЩИХ СЕТЕЙ БАССЕЙНА
РЕКИ АМУДАРЬИ
Б.Т. Курбанов – канд. физ.-мат. наук, ст. науч. сотрудник
Л.З. Шерфединов – д-р геол.-мин. наук, ст. науч. сотрудник
Национальный центр геодезии и картографии
Госкомземгеодезкадастра, г.Ташкент, Узбекистан
В статье анализируется актуальность и концептуальные
основы разработки солеотводящих сетей бассейна р. Амударьи на базе интегрированных ГИС-технологий. Предложены пути решения поставленных задач, необходимых для
достижения цели исследования.
The article examines the relevance and conceptual basis for
the development of networks soleotvodyaschih basin. Amu
based on integrated GIS. The ways of solving the tasks necessary to achieve the purpose of the study.
120
В Республике Узбекистан площадь орошаемых земель
составляет около 10%, давая более 90% сельскохозяйственной продукции. В последние годы острейшей проблемой
для Республики Узбекистан стала усиливающаяся из года в
год экологическая и демографическая нагрузка на землю.
При сохраняющемся высоком приросте населения площадь
орошаемых земель на душу населения неуклонно снижается
и составляет на сегодня 0,17 га. Вместе с тем потенциал вовлечения в сельхозоборот новых орошаемых земель, пригодных для ведения сельского хозяйства, близок к исчерпанию. Наряду с указанным, наблюдается постоянное снижение плодородия и возрастание загрязнения пахотных земель, снижение урожайности сельскохозяйственных культур. Одним из существенных факторов, ведущих к снижению урожайности, является вторичное засоление как следствие нерационального, недостаточно обоснованного с научной точки зрения использования водных ресурсов. Вопросы использования трансграничных водных ресурсов
приобретают особую актуальность для стран низовий, которым является Узбекистан, в связи с проводимой странами
верховья политикой по вопросу рационального использования водных ресурсов и строительства крупных энергетических объектов на трансграничных реках. По этим вопросам
Узбекистан придерживается последовательной и принципиальной позиции, которую он подтвердил на прошедшем в
Будапеште «круглом столе» «Трансграничные экологические проблемы Средней Азии», организованный Венгерским научно-исследовательским институтом по изучению
окружающей среды и управлению водными ресурсами
«VITUKI» при содействии Посольства Узбекистана в Венгрии (с резиденцией в Вене).
Эксперты отмечают, что Узбекистан, как и Венгрия,
подвержен риску засухи, наводнений, загрязнения водных
ресурсов со стороны стран верховья. Совместное использование водных ресурсов трансграничных рек как в Европе,
так и в Средней Азии, должно осуществляться на основе
общепризнанных норм международного права, в частности,
121
положений соответствующих конвенций ООН по трансграничным водным потокам, с учетом интересов всех государств региона. Вопрос рационального использования водных ресурсов является одной из наиболее актуальных проблем как на региональном, так и на глобальном уровнях,
учитывая состоявшуюся Конференцию ООН «Рио+20», на
которой основной темой стала водная проблематика.
При дефиците водных ресурсов, еще более обострившимся в новой геополитической обстановки в регионе, разработка схемы солеотводящих сетей и, в первую очередь,
его научно-технической основы, представляется актуальным, социально, экономически и экологически значимым
для национальных интересов Узбекистана. Создание солеотводящих сетей призвано способствовать рациональному
использованию водных ресурсов, устойчивому развитию
сельского хозяйства в Республике Узбекистан в условиях
дефицита водных ресурсов и ухудшения их качества.
Коллекторно-дренажные воды среднего и нижнего течения бассейна р. Амударьи не имеют единого стокоприемника и распластываются по всей площади бассейна. На этой
территории по данным анализа материалов космических
съемок сформировались и продолжают формироваться многочисленные локальные солеприемники. Они периодически
высыхают, образовывая солончаковые поверхности. Такие
образования в настоящее время занимают тысячи гектаров
пастбищ и земель лесного фонда. Солончаки сами по себе
не представляют интереса для кормопроизводства, в том
числе не приносят пользы и диким животным. Эти накопленные экологические ущербы продолжают наращиваться,
так как ежегодно с коллекторно-дренажными водами в местные солеприемники выносится до 10…15 млн т солей.
Это только в среднем течении. Примерно такой же вынос
солей наблюдается в нижнем течении. К тому же сброс коллекторно-дренажных вод в русло Акчадарьи приводит к
расширению болотно-луговых угодий на территории Казахстана. Таким образом, даже небольшая польза от отвода
коллекторно-дренажных вод уходит за пределы страны.
122
Формируемый в среднем и нижнем течении р. Амударьи
коллекторно-дренажный сток оценивается в кубокилометрах, который необходимо устранить из-за экологического
ущерба. Целесообразность начала устранения наметившегося пробела очевидна. Причина, по которой проблема утилизации коллекторно-дренаж-ных вод и устранения накопившихся экологических ущербов до сих пор не решается, заключается в отсутствии разработки научной концепции солеотведения в регионе и выявлении перспектив утилизации
коллекторно-дренажных вод. Из этого положения формируется первоочередная цель по всей проблематике – разработать концепцию схемы солеотводящих сетей бассейна космических съемок. Эта цель достигается по территории Узбекистана.
В процессе реализации проекта решены следующие задачи:
уточнены объемы солеотведения с правобережных регионов Узбекистана в среднем и нижнем течении р. Амударьи;
произведена оценка экологического ущерба от засоления
пастбищ и земель лесного фонда;
произведена оценка текущего экологического ущерба от
засоления речных вод в среднем и нижнем течении р. Амударьи;
разработана трехмерной модели местности на основе
цифровых топокарт и космических снимков на анализируемую территорию;
ведутся работы по рациональному проложению трасс
солеотведения с Каршинского, Самаркандского, Навоийского и Бухарского оазисов и оазисов правобережья Каракалпакстана на основе анализа трехмерных цифровых моделей местности и ГИС-технологий.
На рисунке представлен пример трёхмерной цифровой
модели местности на исследуемую территорию. Методически и практически поставленная цель и намеченные задачи
решаются традиционно на основе сбора и систематизации
накопленной информации и проведения полевых изыска123
ний. Применение трехмерных моделей и материалов ДЗЗ
высокого разрешения способствуют оптимальному проложению солеотводящих сетей [1…4].
Пример трехмерной модели местности на
Кашкадарьинскую и Сурхандарьинскую области
Анализ проводимых исследований показывает:
а) среднее течение Амударьи в среднем по водности год
поступает около 30 млн т соли. Из них через территорию
Узбекистана протекает около 20 млн т соли в год;
б) со среднего течения Амударьи и средних и малых рек
ее бассейна, а также Туркменистана в нижнем течении протекает около 20 млн т в год;
в) солевой сток в Аральское море из Амударьи не фиксируется.
Лица, принимающие управленческие решения, получат
инструмент, способствующий решению проблемы рационального солеотведения и устойчивого развития сельскохозяйственного сектора республики.
124
Библиографический список
1. Шерфетдинов Л.З., Курбанов Б.Т., Назарова Г.В. Систематизация экологических формаций Центральной Азии.
//Проблемы охраны водных ресурсов и окружающей
среды. – Ташкент: НИЦ МКВК, 2000. – С. 34-38.
2. Курбанов Б., Лесник Ю., Магдиев Х. К вопросу оценки
водообеспеченности территории Республики Узбекистан
//Табиий ва иктисодий географик районлаштириш долзарб муаммолари (илмий-амалий конференция материаллари. – Тошкент, 2004. – С. 203-205.
3. Курбанов Б.Т. Экологические проблемы Узбекистана и
роль ГИС-технологий в их решении. //Геодезия и картография. 2003. № 5. – С.40-47.
4. Курбанов Б.Т. Опыт использования материалов дистанционного зондирования Земли для сельскохозяйственного мониторинга. //Вестник НУУз, 2005. №1. – С. 103107.
УДК 556.18
ПРОБЛЕМЫ СОВМЕСТНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ОБЩИХ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ ЦЕНТРАЛЬНОЙ АЗИИ
Б.Т. Курбанов – канд. физ.-мат. наук, ст. науч. сотрудник
Л.З. Шерфединов – д-р геол.-мин. наук, ст. науч. сотрудник
Национальный центр геодезии и картографии
Госкомземгеодезкадастра, г. Ташкент, Узбекистан
В статье обозначены основные причины возрастающего
дефицита водных ресурсов Центральной Азии и возможные
пути их решения.
In the article outlines the key reasons for the increasing scarcity of water resources in Central Asia and their possible solutions.
125
В настоящее время на фоне необратимых глобальных
изменений климата проблемы охраны бассейнов рек и экосистем, рациональное использование воды, предотвращение
техногенных катастроф и смягчение последствий стихийных бедствий, а также укрепление институциональных основ сотрудничества приобретают особую актуальность. По
данным ЮНЕП, к 2025 г. водопользование в развивающихся странах повысится на 50% от сегодняшнего уровня, а в
развитых странах на 18%. Около 1,8 млрд чел. будут жить с
абсолютным недостатком воды. «Одним из наиболее значимых кризисов стала трагедия Арала, который за короткий
исторический промежуток из самых крупных внутриконтинентальных водоемов в мире превратился в Аралкум – огромную пустыню», – заявил Постоянный представитель
Республики Узбекистан в интерактивном диалоге высокого
уровня по-водному сотрудничеству, который прошел
22.03.2013 г. в Генеральной Ассамблее ООН.
Рациональное использование водных ресурсов в условиях возрастающего их дефицита делает необходимым тщательную проработку национальных водохозяйственных
программ с учетом квоты на воду. При разработке этих
программ, по-видимому, следует обратить внимание на следующие обстоятельства:
а) в центральной Азии наступает маловодная эпоха;
б) за последние десятилетия ХХ века, в бассейнах Амударьи и Сырдарьи изменилось целевое использование речного стока – основного источника водообеспечения всех
государств Центральной Азии. В условиях дефицита как
водных, так и энергетических ресурсов для государств, расположенных в верховьях рек, приоритетом стали гидроэнергоресурсы. Использование речного стока на выработку
электроэнергии коренным образом изменило внутригодовое
его распределение как по отношению к естественному, так
и ирригационному режиму. Энергетические попуски, в объёмах сопоставимые с половодьем, складываясь с маловодьем, увеличивают дефицит водных ресурсов, и без того оскудевший в последние десятилетия;
126
в) как следствие, низовые государства из-за энергетических попусков, контррегулирование которых не подготовлено, несут значительные экологические и экономические
ущербы.
Учёт в национальных программах перечисленных и
вновь выявленных обстоятельств сведется к эколого-экономической оптимизации параметров программируемой жизнедеятельности социумов, экологических ниш, растительного и животного населения и т.д. Внешние эффекты воздействия (экстерналии), носящие глобальный характер и
проявляющиеся на субконтиненте, обусловлены также парниковым эффектом, следствием которого является глобальное потепление климата. Последствия изменения климата
проявляется в уменьшении водности рек [1], что ведет к сокращению нормы стока.
Межрегиональные экстерналии, проявляющиеся на субконтиненте с глубокой древности и до настоящего времени,
обусловлены изъятием речных вод. Если в прошлом это было характерно для малых и средних рек, то сейчас ими охвачены большие реки. Свидетельство этому превращение
Амударьи в «реку со слепыми концами».
Временные экстерналии обусловлены уровнями развития производительных сил бассейновых государств и их
специализацией. Критерием мощности воздействия является состояние Аральского моря. Перед второй мировой войной и в первое десятилетие после неё на субконтиненте было освоено под орошение около 4 млн га сельхозугодий.
Средний речной сток в Арал составлял тогда 52 + 5 км3/год.
Послевоенное освоение новых водно-земельных ресурсов
завершилось (кроме Туркменистана) наращиванием площадей орошаемых сельхозугодий до 7 млн.га и практическим
прекращением стока Амударьи в Арал. Туркменистан после
достижения независимости довёл площадь орошения земель
до 1,7 млн га [1] и в XXI век субконтинент вошёл с примерно 8 млн га орошаемых сельхозугодий. В сравнении с богарным земледелием орошаемое значительно продуктивнее.
В Узбекистане площадь орошаемых земель, составляя 10%,
127
дает 90% урожая. Вместе с тем орошаемое земледелие, судя
по методам ее культивации – весьма ресурсозатратное, а
следовательно, – всё же экстенсивное. Азиатская «зеленая
революция» обошла субконтинент стороной и приобщение
к интенсивным технологиям земледелия, по-видимому,
возможно ожидать в перспективе.
Межсекториальные экстерналии обусловлены конкуренцией за ресурсы. Наиболее значимое – это противостояние
ирригации и гидроэнергетики [2]. Оно проявлялось в советское и сохраняется в постсоветское время. Если в советский
период гидроэнергетика функционировала при доминировании ирригации, то в постсоветское – верховые бассейновые государства предпочитают удовлетворять свои энергетические нужды [1, 2]. При отсутствии контррегулирующих
сооружений невегетационные энергетические попуски, превосходящие меженный сток, а только на него было запрограммированы существующие водохранилища, теряются
для ирригации.
Гидроэнергетика при доминировании в верховьях, основательно меняет внутригодовое распределение стока освоенных рек как относительно естественного, так и ирригационного режима [2]. Регулирование и контррегулирование
речного стока для удовлетворения требований на воду остаётся актуальной проблемой. Несмотря на то, что горизонт
планирования в складывающихся обстоятельствах на ближайшую и тем более отдалённую перспективу ограниченный.
Необходимость рационального использования и охраны
вод субконтинента понималась научно-техническим сообществом. По крайней мере, с последней четверти XIX века.
Первые предпроектные проработки по бассейнам рек или и
частям появились в первой половине прошлого столетия, а
законодательно форму руководящих документов они приобрели после второй мировой войны. Эти результаты и основные положения «схемных» проработок отражены в монографиях [3] и апробированных в установленном порядке
руководящих документах тех лет [1,4]. Целевая установка
128
этих документов сводилась к обеспечению приоритетного
развития хлопководства, то есть производству конкурентоспособного по тем временам и в настоящее время продукта
на мировых рынках хлопка. Не менее значим он и во внутреннем производстве и т.д. Существующее положение с вододелением, водопользованием и водопотреблением не соответствует интересам горных бассейновых государств [5,
6].
С 1992 г. бассейновые государства, расположенные в
поясе формирования речного стока и овладевшие тогда же
каскадами комплексных гидроузлов с водохранилищами,
де-факто, изменили существовавшее ирригационное их использование на энергетическое. От этого они стали получать свои выгоды в энергетике, а низовые государства –
пояса транзита и рассеивания стока – стали нести ущербы
от недополива сельхозугодий.
При этом затраты и ущербы от гидроэнергетики специалисты верховых государств относят на низовые – как будто
бы регулирование стока ведётся только в интересах ирригации [5]. А за неоказанные услуги требовали оплату и до поры до времени её получали [6]. Складывающая ситуация с
использованием и охраной трансграничных вод не приемлемы для бассейновых государств. Одним из выходов складывающейся ситуации и шагом к более рациональному использованию и потреблению водных ресурсов с учетом интересов всех центральноазиатских государств является квотирание. Исходя из логики приведенных суждений и ожиданий, получена первая приближенная версия квотирования
трансграничных вод [7]. Она, бесспорно, нуждается в переработке коллективом экспертов, чтобы объективно взвесить
все «за» и «против», прежде, чем выдвигаться на уровень
руководящего предпроектного документа.
Узбекистан постоянно выступает за необходимость более тесного сотрудничества и поиска согласия между государствами региона в области рационального использования
общих водных ресурсов. Вместе с тем Узбекистан выступает против попыток реализовать в Центральной Азии проек129
ты, которые были разработаны 30-40 лет назад, по возведению в верховьях этих рек масштабных гидросооружений
с гигантскими плотинами, особенно учитывая сейсмичность
зоны предстоящего строительства, негативное воздействие
их на хозяйственную деятельность низовых государств. Все
это может нанести непоправимый ущерб экологии в регионе и стать причиной опасных техногенных катастроф. Рациональнее перейти к строительству менее опасных, но более экономных малых ГЭС и улучшать условия водопользования путем развития водной дипломатии.
Библиографический список
1. Уточнение схемы комплексного использования и охраны водных ресурсов бассейна р. Сырдарьи: Корректирующая записка. – Ташкент: Средазгипроводхлопок,
1983. – 124 с.
2. Шерфединов Л.З., Пак Е.Л. Центральная Азия: ирригационно-энергетическое «противостояние». /В кн.: Водохранилища, чрезвычайные ситуации и проблемы устойчивости». – Ташкент: Национальный университет, 2004.
– С. 114-122.
3. Ирригация Узбекистана. – Ташкент: ФАН, 1979. Т. III.
– 359 с.
4. Уточнение схемы комплексного использования и охраны водных ресурсов бассейна реки Амударьи: Сводная
записка. – Ташкент: Средазгипроводхлопок, 1984. – 372
с.
5. Вода и устойчивое развитие Центральной Азии. – Бишкек: Элита, 2001. – 178с.
6. Усиление регионального сотрудничества по рациональному и эффективному использованию водных ресурсов
в Центральной Азии. – Нью-Йорк: ООН. 2003. – 125 с.
7. Курбанов Б.Т., Шерфединов Л.З., Лесник Т.Ю. Проблемы устойчивого водообеспечения центральноазиатских
государств в условиях возрастающего дефицита водных
ресурсов//Экологическое состояние природной среды и
130
научно-практические аспекты современных мелиоративных технологий. Сборник научных трудов. – М.Рязань, 2012, Вып. 5. – С. 403-409.
УДК 504.062
МОДЕЛИРОВАНИЕ ВОДОСБОРОВ
БАШКОРТОСТАНА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
ГИС-ТЕХНОЛОГИЙ
Д.Н. Кутлияров – канд. техн. наук, доцент;
А.Н. Кутлияров – канд. экон. наук, доцент
ФГБОУ ВПО «Башкирский государственный аграрный
университет», г. Уфа, Россия
В статье рассмотрены принципы моделирование водосборов Башкортостана с использованием ГИС-технологий.
На основе обобщения результатов многолетних исследований разработана информационная модель природной геосистемы на примере водосбора р. Таналык, обеспечивающая на единой основе интеграцию данных, а также оперативное и качественное представление информации для принятия решений при управлении природными компонентами
водосбора р. Таналык. Основная роль отведена модели местности – цифровому представлению пространственных
объектов водосбора. Для полного информационного обеспечения территории водосбора в работе проведена систематизация картографических, справочных и аналитических
данных.
In clause principles modelling reservoirs of Bashkortostan
with use of GIS-technologies are considered.
On the basis of generalization of results of long-term researches on an example of a reservoir of the river Tanalyk,
providing on a uniform basis integration of data, and also operative and qualitative representation of the information the infor131
mation model of natural geosystem is developed for decisionmaking at management of natural components of a reservoir of
the river Tanalyk. The basic role is allocated models of district.
To digital representation of spatial objects of a reservoir. For a
full supply with information of territory of a reservoir in work
ordering of cartographical, help and analytical data is lead.
В современном мире одной из важных тенденций развития информационных систем является резкое увеличение
объемов информации (атрибутивной и картографической) о
природных геосистемах, используемой в системах управления. Для работы с пространственными данными геосистем,
примером которых могут служить водосборы рек, можно
использовать геоинформационные системы (ГИС).
ГИС представляют собой аппаратно-программные комплексы, создаваемые для обработки и анализа, организованного хранения, поиска нужной информации о местности
и объектах на ней, с целью решения лицом, принимающим
решения, широкого набора информационно-справочных,
организационных и расчетных задач [2]. С помощью ГИС
лицо, принимающее решение, может оперативно получить
информацию о характеристиках и состоянии соответствующего ему объекта: наименование и площадь водосбора
реки, ширина водоохранной зоны, длина, ширина и средняя
глубина водохранилища, характеристики и назначение экологической инфраструктуры, наличие техногенных объектов, расположение дорог и т.д.
Сбор данных
о геосистеме
Ввод
данных
Моделирование природных геосистем
Организация и классификации
данных (КБД и АБД)
Визуализация
информации
Рис. 1 Функциональная структура ГИС
132
ГИС осуществляют комплексную обработку и соединяют в себе определенный порядок функций (рис. 1).
Водосборы имеют высокую степень взаимосвязи между
собой [1]. Например, прибрежная зона примыкает к реке,
река впадает в другую реку, водосбор одной реки примыкает к водосбору другой реки. Это говорит о том, что программа должна «понимать» взаимодействие объектов. Так,
разработчики системы «ИнГео» предлагают подход, который позволяет создавать концептуальные отношения между
объектами карты [2, 3].
Для повышения эффективности, оперативности управления при оптимизации угодий на водосборе и принятия решений по обустройству водосбора р. Таналык необходимым
является обобщение данных и имеющейся информационной
базы по всему водосбору. Поэтому в работе сформирована
многопользовательская база геоданных водосбора р. Таналык в среде «ИнГео». Главной особенностью геоинформационных данных является их послойное представление.
Так, модель водосбора включает следующие слои: водосборы I, II, III порядка, озера, реки, водохранилища и т.д.
ГИС «ИнГео» позволяет моделировать водосбор р. Таналык и связывать с картографическими объектами некоторую атрибутивно – семантическую информацию. К такой
информации относятся: наименование подобъектов водосбора, их морфометрические характеристики, качественные
и количественные характеристики и т.д.
Цифровая модель водосбора состоит из различных слоев, каждый из которых содержит разные виды информации:
области, точки, линии, тексты; все они и составляют карту.
Слой представляет собой множество однотипных пространственных объектов, имеющих одинаковый набор характеристик. Так, для слоя «Водохранилище» набор характеристик
может включать «Наименование водохранилища», «Площадь водохранилища», «Средняя глубина», «Объём», «Длина», «Отметки ФПУ, НПУ, УМО» и т.д. Но для каждого
конкретного объекта, представленного на карте, эти параметры будут иметь различные значения [2, 4].
133
134
Укрупненная модель данных водосбора (рис. 2) состоит
из следующих информационных слоев: общегеографические (административно-территориальное деление РБ, населенные пункты, автодороги, железные дороги и др.), водохозяйственные (водосборы рек, реки, водохранилища, ГТС,
озера и др.) и специальные (экологическая инфраструктура,
техногенные комплексы, почвы, ландшафты, зоны затопления при возникновении волны прорыва и др.).
Базы геоданных модели водосбора территориально изменчивы, разнородны по своей структуре и форматом хранения данных, в большинстве случаев не связаны друг с
другом каналами информационного обмена. Поэтому создание базы геоданных в среде «ИнГео», единой по своей
структуре, имеющей возможность обновления хранящийся
информации, является важной задачей при обустройстве
водосбора.
Функциональные особенности ГИС позволяют обрабатывать цифровую модель для получения ряда производных
морфометрических или иных данных (рис. 3, 4).
Рис. 3. Фрагмент пользовательского интерфейса ГИС с
изображением элементов водосбора р. Таналык
135
Целью создание модели водосбора является оперативное
обеспечение полной и достоверной пространственной информацией (справочной и аналитической), поддержка принятия стратегических и оперативных решений при экологической оценке состояния водосбора, обеспечение единых
подходов к проектированию ГИС различных уровней, а
также обработка единой технологии обмена информацией
на бассейновом и территориальном уровнях.
Рис. 4. Морфометрические характеристики водохранилищ
водосбора
Геоинформационная система предоставляет возможности по сбору, структурированию, поиску и комплексной обработке информации о водосборе р. Таналык, а также решает задачи по моделированию зон затопления при разрушении гидротехнических сооружений, обработке информации
в экстренных ситуациях (паводки, половодья и т.д.). ГИС
позволяет лицу, принимающему решение выбрать объект на
электронной карте и сразу же получить о нем все его характеристики. В нашем случае, при нажатии на любой объект
водосбора (реку, водохранилище, пруд, водосбор I порядка,
136
II порядка) выводится окно со всей информацией об этом
объекте.
Выводы. Разработана информационная модель водосбора на примере водосбора р. Таналык, обеспечивающая
на единой основе интеграцию данных, а также оперативное
и качественное представление информации для принятия
решений при управлении природными компонентами водосбора. Основная роль отведена модели местности – цифровому представлению пространственных объектов водосбора. Особенностью разработанной модели является комплексный подход, учитывающий иерархию и индивидуальную привязку подобъектов к конкретным географическим
условиям.
Библиографический список
1. Голованов А.И., Сухарев Ю.И., Шабанов В.В. Комплексное обустройство (мелиорация) водосборов.
//Материалы международной научно-практической конференции «Роль природообустройства в обеспечении
устойчивого функционирования и развития экосистем».
– М.: ФГОУ ВПО МГУП. 2006. – С. 26- 41.
2. Кутлияров Д.Н. Геоинформационные системы водохранилищ Республики Башкортостан. //Землеустройство,
кадастр и мониторинг земель. 2008. №8. – С. 89-91.
3. Кутлияров, Д.Н., Кутлияров А.Н. Моделирование природных геосистем с использованием ГИС-технологий.
//Землеустройство, кадастр и мониторинг земель. 2010.
№ 7. – С. 84-89.
4. Кутлияров Д.Н., Кутлияров А.Н. Комплексное обустройство водосбора р. Таналык. //Материалы Международной научно-практической конференции «Социальноэкономические и экологические проблемы сельского и
водного хозяйства». «Комплексное обустройство ландшафта» – М.: ФГБОУ ВПО МГУП, 2010. Ч. I. – С. 211221.
137
138
УДК 532.543:519.682
ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ
СТАТИСТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ РЯДОВ
А.В. Магомедова – д-р техн. наук, профессор;
А.С. Рагимова – канд. техн. наук;
Р.А. Мухудинов – аспирант
ФГБОУ ВПО «Дагестанский государственный технический
университет», г. Махачкала, Россия
В статье дается описание программного комплекса для
статистической обработки гидрологических рядов при достаточном объеме данных наблюдений. Программный комплекс создан в среде Microsoft Developer Studio на алгоритмическом языке Fortran PowerStation. Он обеспечивает расчет статистических характеристик гидрологических рядов,
эмпирических и аналитических кривых обеспеченности
максимальных, среднегодовых и минимальных расходов
воды.
This article describes the software system for statistical processing of series when sufficiency of given observation. The
software system was created into the programming environment
Microsoft Developer Studio on the algorithmical language
Fortran PowerStation. This provides computation the statistical
characteristics of hydrologic series, empirical and analytic
curves of security for maximum water discharge, average annual
and low-water discharge.
Большой объем работ по статистической обработке многолетних рядов гидрометрических наблюдений при проектировании речных гидротехнических сооружений, связанный с использованием многочисленных сложных формул и
специальных таблиц, требует значительных затрат времени
и труда при ручном счете [1…5]. Компьютерная же обработка гидрологических рядов еще не стала доступной для
138
многих проектных организаций и учебных заведений гидротехнического профиля.
В Дагестанском политехническом университете, начиная
с 1980-х годов, накоплен определенный опыт разработки
компьютерных программ на алгоритмическом языке Фортран по гидравлическому расчету гидротехнических и гидромелиоративных сооружений. С 2000 г. разработка компьютерных программ ведется на алгоритмическом языке
Fortran PowerStation 4.0 (стандарт языка Фортран-90) в
среде Microsoft Developer Studio [6]. Созданный пакет программ гидравлического расчета сооружений используется
студентами при курсовом и дипломном проектировании и
постоянно пополняется с их же участием [7]. Опыт разработки компьютерных программ на той же основе используется в последние годы в университете и в нефтегазовом деле для расчетов разработки нефтяных месторождений.
С целью статистической обработки на ЭВМ гидрологических рядов речного стока в последние годы на языке
Fortran PowerStation в среде Microsoft Developer Studio разработан программный комплекс Water_Frequency, предназначенный для расчета статистических параметров и ординат эмпирических и аналитических (биномиального и трехпараметрического гамма-распределения) кривых обеспеченности расходов воды.
Методика и алгоритмы статистической обработки гидрологических рядов соответствуют государственным и ведомственным стандартам [4, 5]. Расчетные формулы и методика определения статистических параметров и ординат
эмпирических и аналитических кривых обеспеченности
гидрологических величин приведены в работах*) [1…5].
Ординаты аналитических кривых обеспеченности для
трехпараметрического гамма-распределения и биномиаль______________
*)Магомедова А.В., Сулейманов И.А-Г., Якубов И.А. Методические
указания к выполнению курсовой работы по дисциплине «Гидрология»
с применением ЭВМ для студентов специальности «Гидротехническое
строительство». – Махачкала: ДГТУ, 2011.  48 с.
139
ного распределения находятся интерполяцией по массивамбезразмерных ординат указанных кривых, содержащихся в
модулях данных Gamma_distribution_data.f90 и Binomial_
distribution_data.f90, являющихся электронным аналогом
соответствующих таблиц нормативных документов [4, 5].
Рабочее окно Microsoft Developer Studio с
открытым проектом Water_Frequency
Программный комплекс Water_Frequency состоит из
файлов головной программы Water_Frequency.f90, управляющей алгоритмом расчета, и 12 подпрограмм c расширением .f90, обеспечивающих различные расчетные процедуры, файловый ввод и вывод данных:
Statistic_parameters – расчет статистических характеристик гидрологических рядов наблюдений и параметров аналитических кривых обеспеченности гидрологических характеристик речного стока;
Empiric_frequency – расчет эмпирической кривой обеспеченности гидрологической характеристики;
140
Gamma_frequency – расчет аналитической кривой обеспеченности для трехпараметрического гамма-распределения;
Binomial_frequency – расчет аналитической кривой обеспеченности для биномиального распределения;
Revers_sort – сортировка гидрологического ряда в порядке убывания значений гидрологической характеристики;
Lint_1_2 – линейная интерполяция для смешанных массивов данных;.
Frequency_Inp – ввод исходных данных;
Frequency_Out – вывод результатов расчета.
В программный комплекс также включены файлы модулей данных c расширением .f90:
DataType_Declaration – модуль объявления типов общих
переменных и динамически размещаемых массивов;
Gamma_distribution_data – массивы ординат кривых
трехпараметрического гамма-распределения с различными
статистическими параметрами;
Binomial_distribution_data – массивы ординат кривых
биномиального распределения с различными статистическими параметрами;
Coefficient_ab_data – коэффициенты для расчета статистических характеристик.
Программный комплекс позволяет вести одновременную
обработку многолетних гидрологических рядов максимальных, средних и минимальных годовых расходов воды.
Входные данные
Входные данные программного комплекса Water_Frequency внесены в текстовые файлы с расширением .txt, в
папке InputData на диске и в окне проекта:
General_data.txt – признаки счета и размеры массивов
гидрологических рядов;
Water_Qmax.txt, Water_Qmean.txt, Water_Qmin.txt – гидрологические ряды максимальных, средних и минимальных
годовых расходов воды;
Выходные данные
Выходные данные программного комплекса Water_Fre141
quency выводятся в текстовые файлы с расширением .txt,
расположенные в папке OutputData на диске и в окне
проекта:
Stat_parameters.txt – статистические характеристики гидрологического ряда и параметры аналитических кривых
обеспеченности максимальных, среднегодовых и минимальных годовых расходов воды;
Empiric_freq_Qmax.txt, Empiric_freq_Qmean.txt, Empiric_freq_Qmin.txt – ординаты эмпирических кривых обеспеченности максимальных, среднегодовых и минимальных
годовых расходов воды;
Gamma_freq_Qmax.txt, Gamma_freq_Qmean.txt, Gamma_
freq_Qmin.txt – ординаты теоретических кривых обеспеченности максимальных, среднегодовых и минимальных годовых расходов воды гамма-распределения;
Binom_freq_Qmax.txt, Binom_freq_Qmean.txt, Вinom_
freq_ Qmin.txt – координаты теоретических кривых обеспеченности максимальных, среднегодовых и минимальных
расходов воды биномиального распределения.
Библиографический список
1. Михалев М.А. Инженерная гидрология: учебное пособие. – СПб.: Изд-во ПУ, 2006. – 360 с.
2. Методические рекомендации по определению расчетных
гидрологических характеристик при наличии данных
гидрометрических наблюдений.  СПб: ГГИ, 2005.
 46 с.
3. Железняков Г.В., Неговская Т.А., Овчаров Е.Е. Гидрология, гидрометрия и регулирование стока. – М.: Колос,
1984. – 355 с.
4. Пособие по определению расчетных гидрологических
характеристик. – Л.: Гидрометеоизат, 1984. – 448 с.
5. СНиП 2.01.14-83. Определение расчетных гидрологических характеристик. – М.: Стройиздат, 1985. – 36 с.
6. Бартеньев О.В. Современный Фортран. – М.: ДИАЛОГМИФИ, 2000. – 448 с.
142
7. Магомедова А.В., Сулейманов И.А-Г., Ибрагимов А.И.,
Курбанова З.А., Гусейнова М.Р. Гидравлические расчеты на ЭВМ гидротехнических сооружений. Учеб. пособие. − Махачкала: ИПЦ ДГТУ, 2009. − 166 с.
УДК 556.3 : 627.133
ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ КРУПНЫХ РЕК
П.М. Мазуркин – д-р техн. наук, профессор
Поволжский государственный технологический
университет, г. Йошкар-Ола
Приведены методы ранжирования и рангового моделирования гидрологических параметров у множества крупных
рек Земли по примеру статистических данных.
Methods of rating and ranking modeling of hydrological parameters at a set of the large rivers of Earth by an example of
statistical data are given.
Введение. Устойчивое развитие [1] предполагает следование в рациональном использовании природных ресурсов
четким закономерностям и тенденциям. Применительно к
водным объектам такие закономерности могут быть получены методами статистической геоэкологии [2] и гидрологии [3].
В статье по данным [4, с. 127, табл. 6.1] показан метод
оценки пределов роста по значениям трех основных гидрологических параметров крупных рек мира: L – длина крупной реки, км; S – площадь водосборного бассейна реки,
т. км2; Q – среднегодовой сток воды, км3/год. При ряде
многолетних замеров можно находить динамику приближения параметров рек к пределам роста.
По одному «срезу» времени [4, с. 127, табл. 6.1] дается
приближенная оценка пределов водных ресурсов крупных
143
рек, причем ресурсы понимаются как научно оправданная
доля изъятия пресной воды от среднегодового стока.
Ранжирование параметров. Шаг группировки по рангам зависит от точности измерений гидрологических параметров рек. Шаг ранжирования по данным из первоисточника равен 5 км для длины, 5 км2 для площади и 0,1 км3 для
среднегодового стока речной воды. В этом случае одинаковый ранг получают одинаковые значения показателей (таблиц). Авторы учебника [4] строки таблицы расставили по
убыванию значений площади водосбора.
Параметры крупнейших рек Земли
Крупная
река мира
1
Амазонка
Конго
(Заир)
Миссисипи
Ла-Плата
Обь
Нил
Енисей
Лена
Нигер
Амур
Янцзы
Макензи
Ганг
Волга
Замбези
144
Длина
крупной
реки
L , ранг
км
rL
Площадь
Среднегобассейна довой сток
реки
воды
S , pанr
Q , ранг
т.км2 rS,
км3/г rQ
Сумма
рангов
r
2
6280
3
1
4
6915
5
0
6
6930
7
0
8
1(01)
4370
6
3820
1
1414
1
8(02)
5985
4700
3650
6670
3490
4400
4160
2820
5520
4240
3000
3350
2660
2
4
9
0
10
5
8
14
3
7
13
11
16
3220
3100
2990
2870
2580
2490
2090
1855
1800
1800
1730
1360
1330
2
3
4
5
6
7
8
9
10
10
11
12
13
580
725
395
73.1
610
532
270
355
995
350
1230
239
106
7
5
10
17
6
8
13
11
3
12
2
14
15
11(03)
12(04)
23(08)
22(07)
22(07)
20(06)
29(10)
34(11)
16(05)
29(10)
26(09)
37(14)
44(15)
1
Св. Лаврентия
Нельсон
Оранжевая
Ориноко
2
3
4
5
Продолжение табл.
6
7
8
3060
2600
12
17
1290
1070
14
15
439
86
9
16
35(12)
48(16)
1860
2740
18
15
1020
1000
16
17
15.3
914
18
4
52(17)
36(13)
Примечание: в скобках указаны места по рейтингу
Отношение каждого параметра к самому себе дает rL, rS,
rQ. Вектор типа «лучше  хуже» у трех гидрологических
параметров совпадает: с уменьшением значений параметров
L, S, Q происходит ухудшение гидрологических свойств
реки из-за изъятия водных ресурсов. Тогда ранги трех параметров суммируются в сумму рангов r, по которой расставляются рейтинговые места для каждой крупной реки.
Эту методику можно применить к любым рекам, в том
числе и к притокам. При этом количество учитываемых параметров не ограничивается.
Ранговые модели. В монарных отношениях каждый параметр системы крупных рек Земли принимается за независимую переменную. Тогда, в зависимости от своего ранга,
получаются следующие закономерности:
длины крупных рек мира (рис. 1)
0,82425
103, 6315
; (1)
L  6801,37 exp(0.098274rL
)  3,9873  10128rL
площади водосборного бассейна крупных рек Земли
(рис. 2)
0, 22547
S  6915,84 exp( 0,61547rS
)
(2)
 48586832rS
exp(22,94210rS
).
Конструкции уравнений (1) и (2) одинаковы, причем
ранговое распределение значений длины становится упрощенным случаем от формулы (2).
14, 01325
0, 27743
145
S = 95.74763338
r = 0.99841551
S = 172.57932813
r = 0.99374611
1
9.0
618
0
7.0
0
522
0
5.0
426
330
3
.00
1.0
234
0
0
9.0 0.0
137
3.5
0
0.5
514
0
7.5
395
0
632
Y Axis (units)
Y Axis (units)
715
0
6.5
750
.00
0
4.5
277
159
3.3
6.6
9.9
13.2
16.5
19.8
1.5
408
0
.50
0.0
3.1
6.2
9.3
12.5
15.6
18.7
X Axis (units)
X Axis (units)
Рис. 1. Ранговое распределение длины крупных рек
Земли
Рис. 2. Ранговое распределение площади водосбора крупных рек
Коэффициент корреляции равен 0,9997 (показан вверху
рис. 1 в правом верхнем углу), а максимальная относительная погрешность достигает 5,09%. При этом кризисная вторая составляющая формулы (1) показывает резкое усиление
антропогенного влияния с повышением ранга реки, начиная
от реки Оранжевая из таблицы. По формуле (2) площади
бассейнов рек кризисное влияние происходит плавне из-за
установления вдоль водотоков водоохранных зон и водозащитных полос.
Модель рангового распределения среднегодового стока
речной воды по сравнению с формулой (2) дается волновыми составляющими (рис. 3):
0, 019097
Q13  6930,00 exp( 1,01806rQ
)
 1071,50rQ
0, 26523
exp( 2,71625 10 7 rQ
)
3,86758
 A1 cos(rQ / p1  1,75949) ;
6
A1  3,71466 10 rQ
25, 79176
(3)
exp( 5,01974rQ
p1  0,018560  0,030927rQ
1, 04269
0, 98408
);
.
Причем первое волновое кризисное возмущение в виде
третьей составляющей формулы (3) имеет переменную амплитудно-частотную характеристику (АЧХ):
146
А – половина амплитуды колебательного возмущения
стока у множества крупных рек Земли как некой условной
популяции, км3/год;
 – половина периода колебательного возмущения среднегодового стока у всего множества крупных рек в зависимости от природных и антропогенных катастроф.
Параметр Q стока
речной воды столь информативен, что оказалось возможным получить дополнительно еще
пять волн возмущения
среди 19 крупных рек
Земли.
X Axis (units)
Вторая волна возмуРис.
3.
Ранговое
распределение
щения является вейвлетсреднегодового
стока
крупных рек
сигналом [3] и группирует ранги 9-17 по формуле (рис. 4)
(4)
Q4  A2 cos(rQ / p2  3,81018) ;
S = 53.49099919
r = 0.99986282
1.4
7
1.4
635
8
508
1.4
9
381
1.5
0
1.5
254
1
1.5
2
Y Axis (units)
762
127
3
1.5 0.0
A2  4,29035 10 7 rQ
13, 02303
3.3
6.6
9.9
exp( 1,52793rQ
13.2
16.5
19.8
0,88890
);
.
p2  5,21298  0,00030757rQ
По формуле (4) и рис. 4 река Амур имеет нейтральную
позицию среди рангов 9-17, при этом реки Макензи, Нигер,
Волга и Нил получили положительную оценку, а реки Св.
Лаврентия, Обь, Замбези и Нельсон - отрицательную.
В начале ранжированного ряда крупных рек образовалась группка (рис. 5) по формуле сигнала какой-то общности между ними
4, 71431
Q5  323,2495rQ
exp( 2,58617rQ )
.
(5)
cos(rQ / 1,27078  1,40310).
2, 99154
Здесь частота колебания постоянная, но амплитуда волнового возмущения значений у среднегодового стока воды
147
значима для многих средних и малых рек планеты, поэтому
формула (5) достоверна и для рек Конго, Ганг и Янцзы.
S = 21.54613978
r = 0.74417646
S = 12.13653807
r = 0.77211539
1
57.2
2
55.0
19.1
0.1
8
40.3
8
Y Axis (units)
Y Axis (units)
9
38.1
6
.86
-18
-37
-56
.88
.89
0.0
25.7
4
1
11.1
-3.5
3
.17
-18
3.3
6.6
9.9
13.2
16.5
19.8
-32
X Axis (units)
Рис. 4. Ранговое распределение
среднегодового стока крупных
рек по четвертой составляющей
модели
.81
0.0
3.3
6.6
9.9
13.2
16.5
19.8
X Axis (units)
Рис. 5. Ранговое распределение
среднегодового стока крупных
рек по пятой составляющей
модели
Следующая волна возмущения значений стока относится
к рангам 7-17, объединяя их в одну статистическую группу
или кластер (рис. 6) по статистической закономерности
вейвлет-сигнала вида
(6)
Q6  A4 cos(rQ / p4  3,02401) ;
A4  98655640,0rQ
110,1567
exp( 106,7447rQ
0,39807
);
p4  1,40000  0,031554rQ
.
Остатки после формулы (6) оказались достаточно высокими, поэтому получилась следующий четкий сигнал (рис.
7) по формуле вейвлет-функции:
Q7  A5 cos(rQ / p5  2,88809) ;
(7)
0.84241
A5  0,0026552rQ
5,14601
exp( 0,00012735rQ
4,98740
);
p5  22,83342  4,29850rQ
.
В конце ранжированного ряда крупных рек Земли видно
правильное расположение точек, полученных от остатков
(абсолютной погрешности статистической модели).
0.60753
148
S = 1.44649193
r = 0.77602007
5
4
19.4
3.8
4
2.3
0
0.7
6
9
.46
Y Axis (units)
Y Axis (units)
S = 2.39359383
r = 0.98456029
3
29.4
3
-0.5
-10
.51
-0.7
7
1
-2.3
.50
-20
-30
.37
.48
0.0
3.3
6.6
9.9
13.2
16.5
4
-3.8 0.0
19.8
3.3
6.6
9.9
13.2
16.5
19.8
X Axis (units)
X Axis (units)
Рис. 6. Ранговое распределение
среднегодового стока крупных
рек по шестой составляющей
модели
Рис. 7. Ранговое распределение
среднегодового стока крупных
рек по седьмой составляющей
модели
Поэтому восьмая составляющая (рис. 8) получает вид
Q8  A6 cos(rQ / p6  4,24219) ;
(8)
A6  8,93705 10 57 rQ
70,10242
exp( 4,08387rQ
p6  0,29685  0,015788rQ
0, 99426
);
1.32367
.
Residuals
S = 0.23670048
r = 0.98129451
Y Axis (units)
0.6
0.5
3
0.2
6
0.0
0
0
-0.0
3
-0.6
6
-1.3
0
-1.9
3
-2.5
6
-0.2
9
-3.1 0.0
6
3
-0.5 0.0
3.3
6.6
9.9
13.2
16.5
5.0
9.9
14.9
19.8
19.8
X Axis (units)
Рис. 8. Ранговое распределение
среднегодового стока крупных
рек по восьмой составляющей
модели
Рис. 9. Остатки после вычислений по модели (9) от факта по
таблице
Остатки после модели (8), показанные на рис. 9, сравнимы со среднегодовыми стоками малых рек.
149
При этом общая статистическая модель получает вид
шестичленного уравнения
(9)
Q  Q13  Q4  Q5  Q6  Q7  Q8 .
Модель (9) в виде сложной биотехнической закономерности имеет высокую адекватность и только водной точке
получает максимальную относительную погрешность всего
0,17% для реки Оранжевая.
Максимальная абсолютная погрешность -0.4394 км3/год
наблюдается для реки Амур (ранг 11 по стоку), что в
15,3 / 0,4394 = 34,82 раза меньше по сравнению с рекой
Оранжевая.
Из полученной статистической модели (9) рангового
распределения среднегодового стока речной воды видно,
что для дальнейшего анализа и установления пределов потребления пресноводных ресурсов необходимо составить
список по всем крупным, средним и малым главным рекам
Земли, то есть по рекам, впадающим в крупные озера, моря
и океаны.
Библиографический список
1. Мазуркин П.М. Закономерности устойчивого развития.
– Йшкар-Ола: МарГТУ, 2002. – 302с.
2. Мазуркин П.М. Геоэкология: Закономерности современного естествознания. – Йошкар-Ола: МарГТУ, 2006.
– 336 с.
3. Мазуркин П.М., Зверев В.И., Толстухин А.И. Статистическая гидрология Учеб. пос. – Йошкар-Ола: МарГТУ,
2002. – 274 с.
4. Михайлов В.Н., Добровольский А.Д. Общая гидрология.
Учеб. – М.: Высшая школа, 1991. – 368 с.
150
УДК 628.1 : 504.064.2
Обильные водные ресурсы – не
повод для того, чтобы беспечно
расходовать воду [1]
ПРОБЛЕМЫ РЕЧНЫХ СИСТЕМ
И ПОИСК ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ЗАГРЯЗНЕНИЯ
П.М. Мазуркин – д-р техн, наук, профессор
Поволжский государственный технологический
университет, г. Йошкар-Ола
Загрязнение – это то, что приводит в экосистеме или организме к компонентному и/или территориальному дисбалансу за короткий промежуток времени. Показано, что загрязнение – это не случайные флюктуации и возмущения, а
вполне закономерные во времени скоростные процессы.
Моделирование предполагает применение всего одной
исходной конструкции устойчивого обобщенного закона в
виде формулы y  a1 x a2 exp( a3 x a4 ) , включающего в себе
чаще всего действующие одновременно два общеизвестных
закона – показательного роста и экспоненциальной гибели.
Pollution is that brings in an ecosystem or an organism to a
component and/or territorial imbalance for a short period. It is
shown that pollution is not casual fluctuations and indignations,
and quite natural in time high-speed processes.
Modeling assumes application of only one initial design of
the steady generalized law in the form of a formula y  a1 x a2 exp( a3 x a4 ) , including in itself two well-known laws
most often existing at the same time – the indicative growth and
exponential death.
Введение. Главной проблемой, на наш взгляд, и это
видно из обзоров [1, 2], у экологов всего мира является броуновское движение мыслей в рамках парадигмы антропоцентризма. Конечно же, сдвиг в мышлении за последние
151
десятилетия произошел – наряду с риторической критикой
деяний человека экологи ратуют за природу, но только как
«природную среду» обитания популяций людей. И им представляется, что, уменьшив объемы загрязнения, или даже
управившись с приростом людского населения, можно затормозить явно заметное с середины XX века разрушение
биосферы Земли. А что будет после такого самоторможения, – никто не знает. Нам кажется, что В.И. Вернадский не
мог даже предполагать, что в своем зарождении человеческая ноосфера будет уничтожать свой дом.
Концепция кризисного состояния. Лаг запаздывания
процесса осознания о проблемах природы [2] составляет
порядка 10-12 тысяч лет, то есть с момента возникновения
на территории «полумесяца плодородия» земледелия, а затем и животноводства. Такой период осознания определился тем, что людей относительно было мало, с резким ростом
популяции можно было перекочевать от истощенной к новой почве, по ходу не задумываясь уничтожая многовековой растительный покров для новой пашни и истребляя
племена себе подобных.
Именно бескрайние просторы и несчетные природные
богатства развратили россиян, прежде всего чиновников
любых политических режимов. Парадигма покорения природы, принятая как государственная доктрина в 30-х годах
ХХ в., еще начала XXII в. будет аукаться проблемами, и мы
в их решении от Европы отстали, по крайней мере, на полвека.
Геотриадное измерение. Первичным является не человек, а место его обитания. Тогда нужно составить иерархическую систему «ландшафт – население – хозяйство». Из
принципов биоцентризма сразу же вытекает психологически мощное следствие, что население – это не только люди,
но и всё живое на месте обитания.
Потребление воды. Водные проблемы научно все еще
решаются на классификационном уровне. В лучшем случае
дело доходит до разработки табличных моделей. Несколько
152
примеров превращения табличной модели в комплекс устойчивых законов распределении в статье будет показаны.
Загрязнение. Чаще всего экологи-водники не задумываются над простыми словами, которые употребляются в научных книгах, статьях и докладах. А надо бы это делать постоянно, постепенно выработав вместо профессионального
жаргона стройную терминологию.
Из словаря [3, с.130-139] следует, что загрязнение – это
процессы привнесения или возникновения. Хозяйственная
деятельность людей возбуждает воду равнинных рек к цветению и другим биохимическим преобразованиям. Классификацию [3, с.131, рис. 38] мы дополнили пространственной характеристикой источника загрязнения: а) точечное; б)
распластанное (территория и/или акватория, поверхностное
на глубине); в) объемное или пространственное.
Производство и потребление, как правило, имеют точечный характер. Поэтому эту группу видов загрязнения вполне можно локализовать, а затем новыми технологиями вообще прекратить выход загрязнения из источника. При
этом, как это стало с отходами, виды загрязнения – это одновременно и разновидности продукции деятельности человека.
Вот уже более 900 лет в развитых странах виды продукции в виде отходов и загрязнений начинают всё ускореннее
по численности преобладать над полезными видами продукции и услуг. Когда полезность от достижений цивилизации намного будет меньше по сравнению с ущербом от отходов и загрязнений, тогда только произойдет осознанный
экономический поворот в технике и технологии. Принудительно нужен осознанный поворот в мышлении, что производство и потребление – это прерогатива не только людей, а
всего живого на планете Земля.
Гораздо сложнее с сельским хозяйством, дающим разное
загрязнение.
Загрязнение воды. Загрязнение воды – это по Н.Ф. Реймерсу [3, с.132] привнесение воду или образование (синтез,
размножение и т.п.) в ней физических, химических или
153
биологических агентов, неблагоприятно воздействующих на
среду жизни или наносящих урон материальным ценностям.
Но сама вода – это не косное, а живое вещество [4]. Поэтому всякие ПДК, ПДС и другие нормативы пределов загрязнения являются изобретениями людей, а не самой природы
воды. Поэтому в природоприближенном обустройстве территорий, выполняемом в Германии [5], учитываются не допустимые пределы загрязнения, а способность букашек, лягушек и другой водной живности плодотворно существовать в водной среде.
Когда заработал Байкальский ЦБК, перед многими делегациями директор зачерпывал кружкой и выпивал воду после очистных сооружений. Этот метод хорошо бы применить ко всем очистным сооружениям России. Но, что интересно, этот же директор по секрету сообщал, что вода, сбрасываемая после очистки в Байкал, для человека не вредна,
но губительна для омуля. Поэтому в будущем может оказаться, что люди-то научатся очищать канализационную воду так, что она будет чистой, а поселения будут пользоваться оборотной питьевой водой. Однако те информационные
загрязнения, которые Н.Ф. Реймерс исключил для воды, меняют структуру воды и превращают её из космического переносчика живого вещества в простую жидкость с формулой H 2 O , и вода может стать смертельной для человечества. Или же человек должен стать другим биологическим видом, чтобы пользоваться водами океана.
Но ведь многие загрязнения, например минеральными
веществами из горных пластов и холмов, даже полезны для
здоровья человека. Поэтому не все загрязнения воды вредны.
Отсюда следует, что загрязнение – это то, что приводит
в экосистеме или организме к компонентному и/или территориальному дисбалансу за короткий промежуток времени.
Динамика загрязнения. Загрязнения – это не случайные
флюктуации и возмущения, а вполне закономерные во времени скоростные процессы. Любой вид загрязнения, в том
154
числе не только как продукция человеческой деятельности,
а естественного типа, имеет свой жизненный цикл. По существу, процесс загрязнения происходит как уединенный
сигнал (солитон). Поэтому, вполне логично рассматривать и
естественные космические загрязнения. Распознавание этих
динамичных сигналов позволит экологически ответственно
управлять и водными объектами. Пока сам процесс управления водой и водными объектами является резкой флюктуацией неосознанных управляющих воздействий по последствиям.
Математическое моделирование. Создание математических моделей (уравнения, неравенства и ограничения) может выполняться двумя путями – дедуктивным (Лейбниц,
Ньютон) [6…8] и индуктивным (по Декарту) [9, 10].
Недостатки классической математики известны [9]. Вначале создается модель динамики в виде дифференциальных
уравнений, а затем ищутся способы численного их решения.
Трудности возникают при определении решений в виде
конечных алгебраических уравнений, ведь чаще всего они
явно нелинейные. Дедуктивное моделирование нашло применение для описания поведения однородных потоков вещества и энергии при потоках вполне определенной информации о них (гидродинамика, аэродинамика, электродинамика и др.).
Дедуктивный подход не работает на объектах исследования с неоднородными потоками вещества и энергии, о которых трудно получить регулярные потоки достоверной
информации.
Если в систему водотоков речной сети включить технические объекты водного хозяйства, то гидродинамика уже
не поможет. Тем более она не способна дать модели при
включении в речную систему, наряду с водотоками, технические объекты водного хозяйства, растительный покров,
рельеф, население, хозяйства и другие факторы геотриады.
В этом случае незаменим индуктивный подход, например, когда в программе World3 [11] дедуктивным образом
были включены более чем 3000 эмпирических индуктивных
155
моделей, полученных после обработки табличных моделей
экспериментальных данных.
Наша методология моделирования предполагает применение всего одной исходной конструкции устойчивого
обобщенного закона в виде алгебраической формулы [9, 10]
вида
(1)
y  a1 x a2 exp( a3 x a4 ) ,
включающего в себе чаще всего действующие одновременно два общеизвестных закона – показательного роста и экспоненциальной гибели [9…22].
Примеры. Табличные модели приняты из [1] и были получены закономерности. Безвозвратный расход воды Qn –
это диссипация вещества. Но вода на Земле не теряется, а
испаряется без пользы для человека, поэтому отношение
полного расхода Q , с вычетом потерь Qn на диссипацию
Q  Qn , к полному водопотреблению в виде выражения
есть коэффициент полезного действия
(Q  Qn ) / Q
  100(Q  Qn ) / Q (%) водного хозяйства.
Полное водопотребление Q (км3/год) в мире по данным
[1, табл. 1.2.3] с 1900 ( t  0 ) по 2000 гг. изменялся в динамике за 100 лет (рис. 1а) по формуле
Q  Q1  Q2  579,4336 exp(0,015887t 0,96685 ) 
 2,76609  10 17 t 26,31350 exp( 15,05262t 0,35048 ) .
(2)
Первая составляющая Q1 показывает естественную динамику, и она получается как частный случай закона экспоненциального роста из формулы (1) при условии a2  0 .
Вторая составляющая Q2 показывает стрессовое возбуждение человечества, то есть «водный стресс». Отношение
Q2 / Q1 показывает приспособляемость человечества к водному стрессу.
156
S = 0.63800334
r = 0.98672788
2.4
431
0
2
47.3
3.6
363
0
46.5
0
45.6
9
44.8
7
.80
295
4
227
6.0
Y Axis (units)
Y Axis (units)
S = 60.34427587
r = 0.99983102
0
0
7.2
159
918
.40
.60
239 0.0
5
44.0
43.2
18.3
36.7
55.0
а)
X Axis (units)
73.3
91.7
110.0
4
2
42.4 0.0
18.3
36.7
55.0
X Axis (units)
73.3
б)
91.7
110.0
Динамика водопользования (а) и полезного действия (б)
мирового водного хозяйства
Водный стресс в мире был максимальным 1708 км3/год в
2000 г., а относительно по коэффициенту приспособляемости максимум 0,833 был в 1990 г. Люди научатся к 2100 г.
управлять водным стрессом по расходу воды в
1708 / 133 = 12,8 раз, а по приспособляемости водного хозяйства в 0,833 / 0,016 = 52,1 раза. Однако полное водопотребление по прогнозу (2) в 2100 г. составит 8463 км3/год,
то есть увеличение за последующие 100 лет составит
8463 / 3973 = 2,13 раза. Общий сток всех рек мира равен
49400 км3/год, а объем воды в них 2120 км3 [1]. Тогда оборот речной воды равен 49400 / 2120 = 23,3 раза в год. При
этом по экстраполяции формулы (2) на 2100 г. будет выбираться 100  8463 / 49400 = 17,1 % стока рек.
Резервы экономии речной воды кроются в повышении
полезного использования систем водопользования и это
видно из модели для ретроспекции и прогноза (рис. а) вида
  1   2  42,8048 exp(0,00058941t 0,96397 ) 
(3)
 4,55267  10 91 t 62,20153 exp( 0,60926t 1,06115 ) .
С 1970 г. в мире произошел спад КПД водного хозяйства. Е если не переломит тенденцию первой составляющей
новым стрессовым возбуждением водных хозяйственников
на прыжок (научно-техническую революцию) в мировом
водном хозяйстве, то водопотребление только к 2085 г. достигнет уровня 1970 г. при КПД   45,91 %.
157
Выводы. Основным потребителем воды в мире является
сельское хозяйство с распластанными источниками загрязнения (доля сельского хозяйства в водопотреблении составлял 90,7 % в 1900 г. и 81,8 % в 2000 г.).
До 2100 г. полное водопотребление вырастет в 2,13 раза
и достигнет 8463 км3/год. Это составит всего 17,1 % от нынешнего годового стока всех рек мира.
Поэтому основным направлением дальнейшего развития
водного хозяйства становится повышение КПД водохозяйственных систем. Главными научно-техническим мерами
станут снижение безвозвратных потерь изъятой воды путем
революционных изменений в технике и технологии интенсификации сельского хозяйства, а также в увеличении относительной доли растительного покрова на сельских территориях.
Библиографический список
1. Данилов-Данильян В.И., Лосев К.С. Потребление воды:
экологический, экономический, социальный и политический аспекты. – М.: ИВП РАН, 2008.
2. Данилов-Данильян В.И., Лосев К.С., Рейф И.Е. Перед
главным вызовом цивилизации: Взгляд из России. – М.:
ИВП РАН, 2008.
3. Реймерс Н.Ф. Природопользование: Словарь-справочник. – М.: Мысль, 1990. – 637 с.
4. Эмото М. Тайная жизнь воды /пер. с англ. – Минск:
«Попурри», 2006. – 160 с.
5. Румянцев И.С., Чалов Р.С., Кромер Р., Нестманн Ф.
Природоприближенное восстановление и эксплуатация
водных объектов. Чалов Р.С., Кромер Р., Нестманн Ф.
– М.: МГУП, 2001. – 286 с.
6. Пряжинская В.Г. Математическое моделирование в водном хозяйстве. – М.: Наука. 1985. – 115 с.
7. Пряжинская В.Г., Рикун А.Д, Шнайдман В.М. Математическое моделирование в управлении водными ресурсами. – М.: Наука, 1988. – 247 с.
158
8. Пряжинская В.Г., Ярошевский Д.М., Левит-Гуревич Л.К.
Компьютерное моделирование в управлении водными
ресурсами. – М.: Физматлит, 2002. – 493 с.
9. Мазуркин П.М. Статистическое моделирование. Эвристико-математический подход. – Йошкар-Ола: МарГТУ,
2001. – 100 с.
10. Мазуркин П.М., Филонов А.С. Математическое моделирование. Идентификация однофакторных статистических закономерностей. Учеб. пособие. – Йошкар-Ола:
МарГТУ, 2006. – 292 с.
11. Мазуркин П.М. Закономерности устойчивого развития.
– Йошкар-Ола: МарГТУ, 2002. – 302 с.
12. Мазуркин П.М., Ильменев Г.Н., Салахутдинов Ф.Н. Закономерности кадастровой оценки сельскохозяйственных угодий (на примере Республики Марий Эл). – Йошкар-Ола: МарГТУ-ФГУП МарГипрозем, 2002. – 66 с.
13. Сабанцев Ю.Н., Мазуркин П.М. Статистическое моделирование лесоэкономических данных. – Йошкар-Ола:
МарГТУ, 2001. – 390 с.
14. Мазуркин П.М., Зверев В.И., Толстухин А.И. Статистическая гидрология. Учеб. пособие. – Йошкар-Ола: МарГТУ, 2002. – 274 с.
15. Мазуркин П.М., Щербакова Е.А. Закономерности загрязнения природы. – Йошкар-Ола: МарГТУ, 2002.– 62 с.
16. Мазуркин П.М. Статистическая экология. Учеб. пособие. – Йошкар-Ола: МарГТУ, 2004. – 308 с.
17. Мазуркин П.М. Геоэкология: Закономерности современного естествознания. – Йошкар-Ола: МарГТУ, 2006.
– 336 с.
18. Мазуркин П.М. Статистическая социология. Учеб. пособие. – Йошкар-Ола: МарГТУ, 2006. – 184 с.
19. Мазуркин П.М. Статистическая эконометрика. Учеб. пособие. – Йошкар-Ола: МарГТУ, 2006. – 376 с.
20. Мазуркин П.М. Лесоаграрная Россия и мировая динамика лесопользования. – Йошкар-Ола: МарГТУ, 2007.
– 334 с.
159
21. Мазуркин П.М. Лесная аренда и рациональное лесопользование. – Йошкар-Ола: МарГТУ, 2007. – 524 с.
22. Патент 2284472 РФ. Мазуркин П.М., Иванов А.А. Способ измерения речной сети по численности водотоков.
(РФ). Патент России №2005138176/28; 2006.01. Бюл. №
27.
УДК 004.94: 551.49 : 556.3
ПРИМЕНЕНИЕ СТАТИСТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ
ПРИ ИМИТАЦИОННОМ МОДЕЛИРОВАНИИ
РАБОТЫ ВОДОЗАБОРА ПОДЗЕМНЫХ ВОД
Д.А. Манукьян – д-р техн. наук, профессор;
П.М. Уманский – ст. преподаватель;
Н.П. Карпенко – д-р техн. наук, доцент
ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет
природообустройства», г. Москва, Россия
В работе предложен систематический подход для выбора параметров скважинной системы, учитывающий случайный характер водоотбора, случайные отказы и восстановления элементов системы, изменение гидрогеологических показателей и другие факторы. При решении задач анализа и
синтеза подземного водозабора автором показана целесообразность использования метода имитационного моделирования с учетом стохастического отбора воды потребителями, процесса управления, определения и уточнения расчётных гидрогеологических параметров и исследования процесса изменения их во времени.
A systematic approach is offered in work in order to choose
the well system parameters, taking into account the randomness
of water intake, stochastic failure and restoration of elements of
the system, the change of hydro-geological parameters and other
factors. When dealing with the analysis and synthesis of
160
groundwater intake, the author indicates the expediency of the
use of the Simulation technique considering stochastic water intake by the consumers, process control, calculation of hydrogeological design parameters and research of their variation in
time.
Имитационное моделирование используется для анализа
сложных систем в условиях неопределенности, чрезвычайно важным является подготовка входных данных для моделирования и анализа выходной информации. Имитация –
это всегда выборочный эксперимент. Так как только модель
содержит одну или несколько случайных величин, то необходимо применение статистических методов для подготовки и обработки информации.
Сложные системы состоят из компонентов, которые в
свою очередь могут быть стохастическими или детерминированными. Для прогнозирования поведения сложных систем только в редких случаях могут быть применены аналитические решения, чаще всего прибегают к численным методам: примерами могут служить метод линейного программирования и метод Ньютона для приближенного отыскания корней уравнения, а также метод Монте-Карло [4].
Моделирование по методу Монте-Карло определяется
как процедура, в которой используются случайные числа, то
есть случайные величины U (0, 1). Такая процедура предназначена для решения стохастических и детерминированных
задач, в которых течение времени не имеет особой роли [3].
Основополагающим базисом метода Монте-Карло является понятие о генерировании случайных чисел. Метод
Монте-Карло может быть использован в трёх основных областях:
1. Решение детерминированных задач с применением
случайных чисел может быть осуществлено в том случае,
если детерминированная задача может быть формально записана как некоторый случайный процесс.
2. Выборочные распределения, которые иначе называются моделями выборок. Целью является определение не161
которых параметров распределения случайной величины,
которая является выходной переменной – функцией одной
или нескольких входных случайных величин, имеющих известные распределения. Для того чтобы оценить распределение выходной переменной, производится выборка из значений входных переменных и вычисляется выходная переменная.
3. Численные эксперименты на моделях, имеющих вероятностные входные параметры. При этом используются
последовательности случайных чисел, которые могут быть
интерпретированы в любой закон распределения случайной
величины в зависимости от ее происхождения. Обычно
природные характеристики обладают нормальным законом
распределения вероятностей [4].
Одним из наиболее распространенных методов статистической обработки данных является теория планирования
экспериментов, которая позволяет получить достоверную
картину о поверхности отклика модели путем проведения
ограниченного количества экспериментов с моделью. Кроме того, данная процедура позволяет находить глобальный
максимум (минимум) поверхности целевой функции. Отыскание области экстремума методами планирования эксперимента – шаговая процедура, включающая факторный эксперимент, его статистический анализ и метод «крутого восхождения».
Процедуры, заключенные в рамках шага повторяются до
тех пор, пока не будет достигнута область, близкая к экстремуму. Процедура планирования эксперимента в данном
случае позволяет сократить число опытов, так как входящий
в нее дробный эксперимент является основным инструментом метода «крутого восхождения». При выборе входных
факторов для таких экспериментов является их взаимонезависимость и отсутствие корреляционной связи между факторами, управляемость факторов.
Следует иметь в виду, что большое число факторов ведет к увеличению количества экспериментов и неоправданно большим затратам времени экспериментирования. Наи162
более простым комбинаторным планом является латинский
квадрат, исходя из того, что комбинаторные планы дисперсионного анализа дают возможность охватить все факторное пространство и определить эффективное направление
дальнейших исследований [4].
Любую природно-техническую систему можно разделить на конечное число подсистем, каждую из которых, в
свою очередь, можно расчленить на более мелкие части.
Подсистемы, не подлежащие дальнейшему делению, являются элементами системы. Сложная система, по определению Н.П. Бусленко, представляет собой «совокупность объектов (элементов, подсистем), предназначенную для выполнения некоторого определенного вида работ или решения
достаточно четко очерченного класса задач» [1].
Рассмотрим основные отличительные признаки сложных
систем применительно к системе «водозаборные скважины потребитель».
1. Наличие большого количества взаимно связанных и
взаимодействующих между собой элементов. Скважинный
водозабор состоит из большого количества взаимодействующих между собой технических элементов: погружных
насосов, трубопроводов, задвижек и др. При поломке нескольких насосов может нарушиться режим водоподачи потребителю.
2. Сложность функций, выполняемых системой и направленных на достижение заданной цели функционирования. Система предназначена для подачи воды различным
потребителям, поливки улиц, пожаротушения и др. Снижение или прекращение водоподачи может нанести ущерб потребителям.
3. Возможность разделения системы на подсистемы,
задачи функционирования которых подчинены цели функционирования всей системы.
Систему «подземные воды – водозаборные скважины –
потребитель» можно разделить на подсистемы и элементы.
Подсистемами являются скважины, резервуарные ёмкости,
163
потребители, элементами – их составные части: погружные
насосы, электродвигатели, трубопроводы, задвижки и др.
4. Наличие управления (часто имеющего иерархическую структуру) – автоматизированное или ручное управление насосами в зависимости от водопотребления и числа
работающих насосов, используя задвижки, включение и выключение основных насосов, резервные насосы и другими
способами.
5. Наличие взаимодействия с внешней средой и функционирование в условиях воздействия случайных факторов.
Функционирование системы «подземные воды – водозаборные скважины – потребитель» в основном зависит от
случайного фактора водопотребления (требуемого расхода
воды) и случайных потоков: отказов и восстановления элементов скважинной системы и её характеристик.
Таким образом, систему «подземные воды – водозаборные скважины – потребитель» можно определить как сложную систему, которая характеризуется стохастичностью —
случайным нерегулируемым процессом водопотребления,
природными факторами, изменением гидрогеологических
характеристик водоносного горизонта, аварийными ситуациями и износом оборудования.
При исследовании системы предполагаются известными
следующие исходные данные:
принципиальная схема водозабора;
каталоги рабочих характеристик насосов;
гидрогеологические характеристики водоносного горизонта и прогноз их изменения во времени;
надежность элементов погружных насосов: средняя наработка на отказ, параметр потока отказов за определённый
интервал времени и интенсивность восстановления;
ступенчатый график математических ожиданий водопотребления.
Целью расчёта является определение наиболее экономной схемы скважинной системы с оптимальным количеством скважин и объёмом резервуара. В качестве экономического критерия параметров системы примем интегральные
164
дисконтированные затраты на строительство и эксплуатацию системы за расчетный срок службы системы.
Исследования будем проводить методом имитационного
моделирования – одним из видов математического моделирования, при котором алгоритм воспроизводит процесс
функционирования системы во времени. При этом имитируются составляющие его элементарные явления с сохранением их логической структуры, последовательности во времени и всей необходимой информации о состоянии системы. Имитируя с помощью ЭВМ поведение составных частей сложного объекта, в условиях, близким к реальным, с
учетом различных факторов, влияющих на его функционирование, можно определить необходимые характеристики
объекта.
Метод имитационного моделирования является единственным методом исследования сложных процессов при заборе подземных вод, позволяющий получать данные, которые можно использовать на практике [2].
При проектировании сложной системы метод имитационного моделирования позволяет решить следующие задачи: согласования работы водозаборных скважин, трубопроводной системы и регулирующих ёмкостей; определение
времени переполнения и опорожнения резервуаров; определение относительного времени работы и простоя отдельных
скважин; оценка нарушений нормального режима водоподачи из-за недопустимых понижений и выходом характеристик насосов за пределы рабочей зоны; определение оптимальных размеров резервных ёмкостей; оценка различных
вариантов структуры водозабора подземных вод и схем
управления [2].
Рассмотрим следующий сценарий имитации скважинной
водозаборной системы: вода откачивается из водоносного
горизонта системой линейно расположенных скважин, в которых находятся погружные насосы с заданными Q-H характеристиками (рисунок).
165
Схема имитации водозабора подземных вод
Подача воды в насосах регулируются с помощью задвижек. Скважины работают с дебитом Qcкв, учитывающим
среднесуточное водопотребление объекта водоснабжения
Qпот. В случае угрозы опустошения резервуара в систему
включаются резервные скважины, которые применяются,
если основных скважин недостаточно. Вода от скважин поступает по трубопроводу в резервуар, находящийся вне зоны водозабора, из которого с помощью насосов второго
подъема она поступает потребителю. Отбор воды из резервуара определяется суммированием узловых расходов водопотребителей, изменение которых моделируется с применением случайных чисел. Заданные отметки дна и высота
резервуара условно считаются уровнями опустошения и переполнения.
Отслеживаемые уровни воды в резервуаре:
Hрез – текущий уровень воды в баке; Hпот – уровень, при
котором включаются потребители после заполнения резервуара при его опустошении; Hбак – уровень, при превышении которого выключаются насосы при переполнении ре166
зервуара; Hвкл – уровень, при котором снова включаются
насосы после понижения при переполнении резервуара;
Hрез1 – уровень включения резервных скважин во избежание
нехватки воды в резервуаре; Hрез2 – уровень отключения резервных скважин во избежание переполнения резервуара.
Гидрогеологические условия и параметры скважин являются заданными.
В результате расчета скважинной системы определяем
суммарную подачу в резервуар Qскв., которая может быть не
равна требуемой Qтр.. Если Qскв. < Qтр., то в резервуар поступает недостаточный объём воды: это связано с недостаточным числом скважин или неправильным подбором насосов. В этом случае требуется корректировка исходных данных. В случае Qскв > Qтр. получаем избыточную подачу воды в резервуар, которую можно уменьшить, используя задвижки на напорных трубопроводах на участке скважины –
резервуар.
На расчётной схеме задвижки моделируются участками
с нулевой длиной, потери напора определяются по формуле
v2
(1)
hi   i ,
2g
где vi – скорость течения воды в трубопроводе; ξi – коэффициенты сопротивления, обеспечивающие требуемую подачу водозабора подземных вод в зависимости от степени
закрытия каждой задвижки.
В случае учета кольматажа скважин, величина  должна
корректироваться по времени. Далее имитация водозабора
происходит по следующему алгоритму.
В каждый час текущих суток разыгрывается случайный
вектор узловых расходов Qi и определяется сумма его компонентов
m
Qпот =
Q
i 1
i
,
(2)
где m — число узлов сети.
167
Затем, для этого часа производится расчёт подземного
водозабора и определяется суммарная подача в резервуар
Qскв (л/c). Если в начале часа уровень воды в резервуаре был
Нt, то к его концу в соответствии с принятой схемой системы подачи и распределения воды он станет
Нt+1 = Нt + (Qскв - Qпот) /3,6.
(3)
В случае схем с напорно-регулирующими емкостями необходимо моделировать совместную работу водозабора
подземных вод и системы подачи и распределения воды.
При работе системы, в зависимости от нового значения
уровня воды в резервуаре, возможны следующие ситуации
(см. рисунок):
1. Переполнение резервуара. Это событие происходит
при Нt+1 > Нбак, где Нбак – высота бака резервуара. При этом
погружные насосы не будут работать до тех пор, пока уровень воды в резервуаре не достигнет отметки Hвкл.
2. Опустошение резервуара. Возникает при Нt+1 < 0.
При этом водоподача потребителям прекращается и происходит заполнение резервуара до уровня воды Нпот за счёт
основных и резервных скважин при полностью открытых
задвижках. После достижения этого уровня потребители
опять включаются.
3. Включение резервных скважин. Происходит в случае
Нt+1 < Нрез1. Задвижки открыты.
4. Выключение резервных скважин (если они включены). Это событие соответствует условию Нt+1 > Нрез2. После
этого работают только основные скважины, задвижки отрегулированы на заданную подачу. Затем новое значение
уровня становится текущим, и расчёт повторяется до окончания имитации.
В процессе расчёта моделируется случайный процесс
водоотбора, определяются понижения в скважинах и уровни
воды в резервуаре, время работы скважин с понижением,
больше допустимого, сработка запасов подземных вод. Находится текущий дефицит объёма резервуара для каждого
осушения и общий (максимальный) дефицит за период имитации, время понижения в скважинах, больше максималь168
ного, время работы и отключения каждой скважины и выхода подач погружных насосов за пределы рабочих зон характеристик.
Результаты имитационного моделирования водозабора
подземных вод могут использоваться для прогнозирования
и корректировки принятых решений.
При имитационном моделировании для исследования
сложных систем применяется метод статистических испытаний (метод Монте-Карло) [1]. Суть этого метода заключается в следующем: периодически в ходе моделируемого
процесса наступает момент, когда его дальнейшее развитие
зависит от того, появилось на данном этапе случайное событие или не появилось [5]. При этом производится «розыгрыш» – моделирование события с помощью некоторых
процедур, дающих случайный результат. В итоге имеем одну «реализацию» этого события.
Например, для системы «подземные воды – водозаборные скважины – потребитель», основными моментами,
влияющими на её дальнейшую работу, являются:
поломка одного или несколько насосов, отключение
электроэнергии;
уменьшение дебита из-за кольматажа скважин, изменения мощности водоносного горизонта при истощении запасов подземных вод, радиусов влияния скважин; изменение
статического уровня, зависящего от климатических условий
и др.;
увеличение или снижение водопотребления, влияющего
на режимы эксплуатации водозабора;
превышение допустимой величины понижения уровня.
С этими событиями связаны случайные величины требуемых подач, наработок между отказами и др.
Библиографический список
1. Бусленко Н. П. Моделирование сложных систем. – М.:
Главная редакция физ.-мат. литературы издательства
«Наука», 1978. – 399 с.
169
2. Карамбиров С. Н. Математическое моделирование систем подачи и распределения воды в условиях многорежимности и неопределенности. Монография. – М.:
МГУП, 2004. – 197 c.
3. Кельтон В., Лоу А. Имитационное моделирование.
Классика CS. 3-е изд. – СПб.: Питер; Киев: Издательская
группа BHV, 2004. – 847 с.
4. Клейнен Н. Стат стические методы в имитационном моделировании. – М.: Статистика, 1978. Вып. 1. – 221 с.
5. Потапов В. Д., Яризов А. Д. Имитационное моделирование производственных процессов в горной промышленности: Учеб. пособие для студентов вузов. – М.: Высшая
школа, 1981. – 191 с.
6. Уманский П.М. Имитационное моделирование работы
водозабора подземных вод. // Роль природообустройства
сельских территорий в обеспечении устойчивого развития АПК: материалы Международной научно-практической конференции. – М.: ФГОУ ВПО МГУП, 2007.
Ч. I. – С. 281-87.
UDC 519:87:681.8
CREATION OF THE DECISION SUPPORT SYSTEM
FOR MONITORING OF WATER OBJECTS IN THE
BASIN OF TRANSBOUNDARY RIVERS
Sobir T. Navruzov
Doctor Technical Science, Professor
Technological university of Tajikistan, Dushanbe, Tajikistan
The article is devoted to the problem of using of the GIS
technologies for monitoring of water objects in the basin of
transboundary rivers. First of all we are consider the possibilities
of GIS. In the second we are study of decision support system
based on their classification and basic characteristics. In the
third we are consider creation of a decision support system for
170
monitoring the status of water objects in the basin of
transboundary rivers.
В работе анализируются проблемы использования географической информационной системы для мониторинга
водных объектов в бассейне трансграничных рек. В начале
рассматриваются возможности ГИС-технологий. Во-вторых, в изучение системы поддержки принятия решений с
учетом их классификации и основных характеристик. В-третьих, в создание системы поддержки принятия решений для
мониторинга состояния водных объектов в бассейне трансграничных рек.
Development of the computer technology stimulates the possibility of their use in all aspects of public life, especially in order to speed up and improve the quality of decision making. In
this regard, GIS technology is widely used in many sectors of
the economy, particularly for visualization and spatial analysis
of various information-based analysis that contribute to decision
makers in making evidence-based decisions on various issues.
The article is devoted to this problem, the purpose of which
is as follows. First of all we are consider the possibilities of GIS
[1]. In the second we are study of decision support system based
on their classification and basic characteristics. In the third we
are consider creation of a decision support system for monitoring the status of water objects in the basin of transboundary rivers.
The last decade the issue of water resources of the rivers, and
the monitoring of water objects, when the river basin is
transboundary became the topic of scientific and political discussions at various levels.
In addition, each party participating in the discussion can
bring numerous arguments in favor of his rightness. However,
the discussion and debate on these issues is ongoing and will
continue as long as couldn’t finds a complex mechanism that
takes into account the basic aspects of the problem, thus offering
a mutually acceptable compromise in the interests of each party.
171
The development such of a mechanism is quite possible only on
the basis of the scientific approach, which synthesizes a review
and analysis of the diverse issues of the problem.
One of the possible mechanism is to create a decision support system based on GIS technology, which allows decisionmakers fully analyze the transboundary river basin based on environmental requirements, and offer solutions to emerging compromise between states located in the basin of transboundary
rivers.
For the establishing system for monitoring the transboundary
rivers of water objects we should pay attention to:
There are many water objects in the transboundary river basin and almost impossible to cover all of their monitoring system. She is not required. Enough to cover the most significant
water objects, which have a significant effect on water use in
transboundary river basins.
The use of GIS technology to monitor the status of water objects in the basin of transboundary rivers should be conducted
on the basis of the developed models for planning and management of water objects, to analyze the different situations of the
dynamics changes of objects and visualization them to decisionmakers in the spatial form for later informed decision making.
Geoinformation decision support system for monitoring the status of water objects located on rivers should be the basis for
making compromise decisions on emerging controversies between states located in the transboundary basin.
The system should be open and accessible to all specialists
as well as those dealing with the same problems. It should be
available online in the Internet for use.
Conceptual scheme of GIS decision support system should
be based on the latest achievements in the field of GIS technology, mathematical modeling and the theory of decision making
(Fig. 1).
The reliability of the input data should be based on the use of
data from different sources: the existing national and regional
databases, satellite data, direct measurements and other possible
sources of data.
172
Issues of using of water resources in transboundary rivers in
Central Asia is exacerbated by the conflicts of the countries located in the transboundary basins. Upstream countries are interested in the use of water resources in the production of hydroelectric power at the same time downstream countries are interested in the use of water resources for irrigation. Obviously, the
modes of use of water resources for hydropower and irrigation
are not the same and for finding a compromise solutions it is
necessary to develop new water allocation mechanisms that are
based on new information technologies with the appropriate
mathematical software.
The main objects of undertaking management of rivers are
seasonal and long-term reservoir management located in rivers
Syrdarya and Amudarya. An important step in improving the
management of the basin is the design and implementation of
geographic information system with the appropriate database.
The database should contain full information on the availability
and use of water resources for the long-term period, the actual
data of the daily outflow and the water levels in all hydraulic
structures and volume of water in reservoirs and other data related to energy potential cascade of hydropower.
Geoinformation Decision Support System
GIS
Interface
XII
1400
1992
XI
1200 X
1200
IX
1000
VIII
1991
NS
NSTT
1991
1992
1991
1993
1993
WCT
WCT
WCA
WCA
WAF
WAF
Рез ульт аты
PFA
PFA
Ca
ll
Cana
na
Fie
Fieldld
Блок р асч етной
инф ормаци и
для
модел и зоны
планиров ания
WRS
WRS
Ca nal
Структ урный блок
DBMS
IV
400
III
200
II
I
II
II
200
III
III
IV
IV
400
V
600
V
VI
VII
VI
800
VIII
VII
IXVIII
1000
X IX XI
1200
XXII
1991
0
I
Блок ввод а
инф ормации
из мод ели
зоны
планир ования
XI
Instrumental System
La
Lake
ke
База д анных
WTD
WTD
WTR
WTR
Indu
sstry
Indu
try
Блок
ф ормирования
целевой
ф ункции
WGZ
WGZ
Gra
Graund
und
Wa
Wate
terr
Блок гидр оэн ерг етики
Блок р асч етной
инф ормаци и
для
пользов ателя
Dra in
WDL
WDL
La ke
Блок
водносолевог о
балан са
WDT
WDT
Dra
Drain
in
Расчетны е бл оки
Блок р асч ета ущербов
Ар ал у и Арнасаю
WIR
WIR
Gra und
Wa te r
1400
XII
WCR
WCR
WDR
WDR
WGR
WGR
Блок вв ода
инф ормаци и из
базы д анных
I
0
0
WCL
WCL
Supply
600 V
200
Fie ld
Suppl
yy
Suppl
WRI
WRI
П о ль з о в а т ел ь
Информация
VI
600
400
WFA
WFA
WTS
WTS
VRS
VRS
Модель Б ассейна Рек и
VII
800
800
PAF
PAF
NTS
NTS
Модель Зоны Плани ров ания
1000
Управ лени
е
Блоки выб ора
целевой ф унк ции,
огранич ений и
начальных
усло вий
Indus try
WGT
WGT
WDA
WDA
WIL
WIL
Filtra
Filtration
tion
Fie
Fieldld
Filtra tion
Fie ld
Mathematical Models
Fig.1: Conceptual scheme of the Decision Support System
Management system of water resources for river basins of
Central Asia is an integrated database system and geographic
173
information, in which the spatial data (point, line and polygon)
can be stored, viewed, analyzed and retrieved for analysis outside the database and displayed in the form of reports, maps and
etc. Geoinformation system provides archive of information that
can be used for analysis and planning, and also serves as a tool
for monitoring the status of water objects.
Any volume of information can be stored according to their
needs, there is information on the availability and use of water
resources and the system has a structure such that it can be continuously developed in depth on the topics to meet changing
needs.
Coverage is organized in such a way that they represent a variety of topics and the types of elements that is characteristic.
Covering of the points, lines and polygons should always be
kept separate. This means that the water objects (Fig. 2) like rivers, canals and etc. can be stored as a line and lakes, reservoirs
and etc. as polygons.
A conceptual scheme (Fig. 1), the interaction of the main
components of a decision support system (DSS) is proposed.
DBMS is based on the methodology of the database (DB). Efficient use of the various departments of arrays of information
made possible only with the active inclusion in the processing
technology of computers and the creation of special software.
The system interface allows the user to work interactively
with the database to find suitable solutions to the problems with
the use of mathematical models [2].
Mathematical models of water management of
transboundary basins, as a natural object, surface water which is
mainly regulated by accumulating reservoirs are considering.
Using mathematical models and computer technology ensures
improvement of regulations for management of reservoirs uniform approach to their drawing-specific water objects located in
both national and transboundary basins [3, 4].
Within the framework of the conceptual scheme are developed a computer tool designed for monitoring the status of water
objects and for the simulating different scenarios of water decision between states of the transboundary river basin. Finding
174
compromise solutions are based on the demands of water users
is based on the national interests of states, which located in the
transboundary river basin.
The basis of a computer system are mathematical models of
the management of reservoirs with the balanced needs of irrigation and hydroelectric power [4, 5].
Development scenario of water use is an important component for decision making the assessment of the water balance in
transboundary rivers in Central Asia. Interests of the formation
zone are concentrated on the energy use of water resources,
while the countries of the zone consumer use of water resources
to meet the demands of irrigated agriculture. In these circumstances we have a conflict of interest [6].
Toktogul
Syrdarya
Charvak
Kazakhstan
ilku
m
Kyr gyzstan
Par ken
t
ik Uzbekistan
Kalle s
ca n
al
Чардаринское
Ch
h
irc
d
yr
S
Uzbekistan
LNK
yn
Kis
Uzbekistan
Kayrakkum
Na
r
Aral sea
Andijan
Karadarya
ar
K
UG
Ta
jik
is
ta
n
Arnasay reservoir
ya
lik
Dust
BFK
Fig. 2: Water objects in the Syrdarya basin
In this regard, the main task is to find suitable ways of cooperation on the use of water resource of the basin that help ease
tensions in the region. For this, in principle, the computerized
geographic information system /Navruzov, 2010/ is proposed,
which can be carried out computer simulations of possible scenarios of water use, in the process of the users of the system can
analyze the status of water objects in the spatial form for later
informed decision-making, as well as be able to simulate different situations of use water, their distribution between water users and to determine the balance of the water in selected section
of the transboundary river basin.
175
The proposed GIS decision support system provides decision
makers a single, coherent instrument for monitoring the conditions of water objects, as well as a tool to evaluate the use of water resources in transboundary basins. It uses the MS Office
package for Windows XP and GIS based software Arc Info /
Arc View in conjunction with MS Access.
ReferenceS
1. Arc View GIS. User Guide. – M.: Publishing House of the
date. 2000. – 368 p.
2. Navruzov S.T. A problem of the distribution of water
among water users // Reports of the Academy of Sciences of
the Republic of Tajikistan, vol. 50, № 8, 2007. – Р. 74- 82.
3. Navruzov S.T. On the development of a strategy for the optimal use of the upstream water resources of the Amudarya
basin in the national interest of the Tajik Republic. NATO
Science for Peace and Security Series-C: Environmental Security. Threats to Global Water Security, Edited by J Anthony A. Jones. 2009. – Р. 389-393.
4. Navruzov S.T. Mathematical models for the management of
water resources of transboundary rivers. Tajik National University, Series of Science, 2010. № 3 (59). – Р. 64-72.
5. Navruzov S.T. About the development of GIS management
of transboundary water resources /IX-th International Conference «Actual problems of modern technology». – Lipetsk,
2012. – Р. 24-35.
6. Usmanov Z.D., Navruzov S.T. Allocation scenario in modeling transboundary river basin. – Reports of the Republic of
Tajikistan, 2008. Vol. 51. № 7. – Р. 496-500.
0011210
176
УДК 551.54:575.3
ГИДРОЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ДЛЯ
ВЫЯВЛЕНИЯ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ГЕНЕЗИСА И
ФОРМИРОВАНИЯ РЕЧНЫХ ВОД БАССЕЙНА
РЕКИ АМУДАРЬИ
А.Б. Насрулин – канд. геогр. наук;
Э.И. Чембарисов – д-р геогр. наук, профессор;
Т.Ю. Лесник – канд. геогр. наук
«Научно-исследовательский институт ирригации и водных
проблем при Ташкентском институте ирригации и
мелиорации», г. Ташкент, Узбекистан
Статья о результатах исследований по гидроэкологическому мониторингу бассейна р. Амударья, они помогут более точно оценить гидроэкологическую ситуацию, основные технические характеристики, открыть и оценивать
влияние качества вод на экологическую и социоэкономическую ситуацию региона, что для водоохранных в водопользовательских организациях поможет планировать и
предсказывать экологическую ситуацию в экономическом
комплексе бассейна Аральского моря.
Article about results of creation the hydroecological monitoring of the basin river Amudarya. The results of researches
allow more really to estimate a hydroecological situation, the
basic features of a technique are opened and to estimate influence of quality of water on an ecological and socio economic
situation of region, that water security and water to economic
organizations will help to plan and to predict ecological conditions in water an economic complex of the Aral basin.
Современное развитие экономики, демографическая ситуация в Узбекистане и выявленные тенденции изменения
климата, приводят к мнению, что в ближайшем будущем
следует ожидать обострения проблем водообеспеченности в
стране. В этих условиях для обоснования и разработки на177
циональной стратегии развития водного сектора важной задачей является исследование генезиса, формирования режима поверхностных вод республики и их влияния на загрязнение и засоление агроландшафтов в историческом разрезе.
Цель проведенных исследований по развитию гидроэкологического мониторинга заключалась в выявлении анализа
динамики стока и качества поверхностных вод бассейна р.
Амударьи, а также установлении закономерностей легкорастворимых солей и загрязняющих веществ по длине реки
и во времени.
В ходе исследований по блокам были решены следующие задачи:
выявили основные закономерности гидрохимической
ситуации;
установили источники ухудшения качества воды;
выполнили сопряженный анализ современного гидроэкологического состояния республики;
разработали методы картографирования гидрохимической ситуации в условиях дестабилизации природной среды;
разработали систему рекомендаций и практических мероприятий, направленных на улучшение гидроэкологической ситуации республики [1, 2].
За основу гидроэкологического мониторинга принят
комплексный бассейновый метод географогалохимического анализа природно-мелиоративной обстановки, где учтено как влияние естественных факторов, так и антропогенные факторы [3…5].
Расчет величины индекса загрязненности (ИЗВ) производится по следующей формуле
с / пдк
ИЗВ 
,
п
где с – среднее содержание ингредиента; n – количество
ингредиентов, берущихся для расчета, имеющих наибольшее значение превышения.
178
ИЗВ позволяет определить тенденцию качества воды за
несколько лет, поскольку она определяет оценку загрязнения комплексно. Если на одном и том же участке водного
объекта у части ингредиентов концентрация снижается, а у
других показателей содержание возрастает, комплексно без
ИЗВ оценить качество воды затруднительно. Упрощенная
оценка по показателю ИЗВ позволяет провести сравнение
качества воды в разных створах р. Амударьи независимо от
присутствия различных загрязняющих веществ.
Особенность сельского хозяйства Узбекистана заключается в том, что значительная часть посевных площадей
занята под орошаемыми территориями, которые обслуживаются мощной государственной ирригационной системой.
Современная ирригационная система характеризуется наличием густой сети каналов различного порядка. Ввиду того,
что большинство каналов в нашей республике пролегают
в земляном русле, возникают определенные трудности
обеспечения надежной работы их в эксплуатационный период. Густая сеть каналов требует систематического гидроэкологического мониторинга, поскольку от загрязненности
воды зависит и урожай, и здоровье населения.
При создании системы гидроэкологического мониторинга, учитывались три главных фактора: коллекторно-дренажные стоки, сточные воды промышленности и коммунально-бытовые стоки. Использование математико-картографического моделирования и компьютерного банка данных сильно упрощает процесс исследования, позволяет перейти к ГИС-технологиям с учетом зарубежного опыта.
Первый этап исследований – «Гидроэкологический мониторинг речного бассейна» фиксирует изменение химического состава рек бассейна Аральского моря, учитывая также влияние двух важных факторов (антропогенного и физико-географического).
Второй этап – «Прогнозирование» состоит из разных
моделей:
детерминированные модели, где упор на вскрытие причинной обусловленности исследуемых явлений. Это – ана179
логия с подобными случаями, широкое использование системного анализа;
стохастические модели – это конкретно простые математические модели, использование статистических методов, в
нашем случае корреляционный и регрессионный анализ, где
с помощью уравнения регрессии можно дать прогноз. Дополнительно используется тренд-анализ по всем изучаемым
створам, где определяют удобную формулу, имитируют
различные ситуации изменения прироста содержания при
различных нагрузках, добавляя дополнительные средние
концентрации;
синтезированная комплексная модель, это картографирование гидроэкологической ситуации изучаемого бассейна. Здесь суммируются все результаты, полученные по другим моделям. Сами прогнозируемые вещества делятся на
отдельные группы, чтобы перейти к регулированию их содержания, при обязательном учете эколого-экономической
оценки водоохранных мероприятий.
Пример анализа одного из створов р. Амударьи
180
Согласно плану научно-исследовательских работ был
собран банк данных фондовых и литературных данных по
гидрологии рек Узбекистана, материалы по расходам воды
за разные периоды лет, а также сбору среднемесячных данных (осадки, температуры воздуха) по различным климатическим характеристикам по метеостанциям, расположенным в зоне формирования стока. Для всех бассейнов рассматриваемых рек, а также их частей будет рассчитана величина изменения данного показателя за различные периоды лет, начиная с 1950-1955 гг., включая отдельные данные
1910-1915 гг. (рисунок). При этом согласно составленным
картам «пластики рельефа» будут выявлены ареалы распространения вод с различным типом качества (хорошая, удовлетворительная, плохая и опасная), а также с преобладанием различных легкорастворимых ионов и микроэлементов.
Выявление закономерностей миграции легкорастворимых
солей и загрязняющих веществ в поверхностных водах
крупных речных бассейнов с учетом влияния орошаемого
земледелия, промышленности и других антропогенных факторов за последние 60 лет (с 1950) путем вычисления уравнений связей, составления различных математических моделей и т.д.
В настоящее время многие страны мира и целые регионы сталкиваются с необходимостью обеспечения управления ресурсами пресной воды. Ограниченность водных ресурсов, их качество и политика устойчивого использования
являются объектами все возрастающей озабоченности. Узбекистан является основным потребителем водных ресурсов
бассейна Аральского моря. В условиях современного дефицита водных ресурсов оценка их состояния на среднесрочную и долгосрочную перспективу представляет большой
интерес, особенно в связи с ожидаемыми климатическими
изменениями.
Выводы
1. Чтобы предотвратить засоление агроландшафтов необходимо глубоко и всесторонне изучить состав и строение
181
агроландшафтов, включая гидрогеологические условия территории, происхождения солей в почве и грунте, законы их
передвижения и изменения в солевом режиме и балансе,
возникающие под влиянием орошения. Изучение всей совокупности факторов, определяющих миграцию солей и засоление почв, всего многовекового практического по борьбе с
засолением земель опыта и достижений мелиоративной
науки позволяет разработать научно-обоснованные системы
гидротехнических и агротехнических мероприятий по борьбе с засолением на орошаемых землях низовий Амударьи и
дать прогноз изменений в водно-солевом режиме и балансе,
могущих возникнуть при орошении орошаемых земель,
чтобы предотвратить их засоление.
2. В статье предпочтение отдается гидроэкологическому
мониторингу, поскольку он позволяет исследовать комплексно, с учетом многих компонентов. Главной задачей
гидроэкологического мониторинга, это получение и анализ
изменений геохимических, биологических, геофизических
параметров окружающей среды связанные с водными ресурсами, как основы для принятия решений по ее защите от
негативных, главным образом антропогенных воздействий.
Библиографический список
1. Nasrulin A. «Hydroecological monitoring of the Aral Sea
Basin in the purpose of Ecological safety» / was published in
January, 2000 in the journal «Water resource”, Russia, Moscow, Number 1, 2000; 109-113 (in Russian and English).
2. Насрулин А, Чембарисов Э, Лесник Т. Опыт использования методики гидроэкологического мониторинга качества вод рек Узбекистана с использованием ГИСтехнологий. //Экологический вестник. 2007. № 8. – С.
21-23.
3. Nasrulin, H. Lieth. Elaboration of Systems Hydroecological
Monitoring of Aral Sea Basin. // M. Matthies, H. Malchow
& J. Kriz (eds.) Integrative Systems Approaches to Natural
182
and Social Dynamics. Springer-Verlag Berlin. appr. August
2001. – Р. 249-261
4. Насрулин А.Б. Опыт использования ГИС-технологий
для оптимизации водопользования. /Современные проблемы развития рыночной экономики /Материалы региональной научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава, специалистов и научных работников. – Ростов-на-Дону: РГЭУ, 2011. – С.
273-277.
5. Чембарисов Э.И., Насрулин А.Б., Лесник Т.Ю. Методика гидроэкологического мониторинга оценки качества
поверхностных вод. //Проблемы освоения пустынь.
2005. № 1. – С. 32-36.
УДК 004.518 : 631.6 : 556
ПРИНЦИПЫ СОЗДАНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ
БД ГИС И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ
Г.Е. Омарова – канд. с.-х. наук, доцент, доктор PhD,
М.Н. Сенников – д-р техн. наук, профессор
Таразский государственный университет им. М.Х. Дулати,
г. Тараз, Казахстан
Многофакторный мониторинг атрибутивных данных полевых исследований за почвенно-мелиоративными, гидрогеологическими, гидрохимическими, водохозяйственными,
сельскохозяйственными и агроклиматическими условиями
дали возможность последующего составления и получения
тематических карт для проведения комплексного анализа и
получения прогнозных показателей с применением ГИСтехнологий.
В настоящее время наиболее эффективным является
всестороннее решение проблемы рационального использования воды в орошаемом земледелии. В техническом плане
183
экономное использование воды достигается повсеместным
введением водосберегающих технологий, при комплексной
реконструкций оросительных систем. В работе осуществляется всестороннее исследование вопросов оценки экономической эффективности водных ресурсов Казахстана на
основе внедрения водосберегающих технологий и экономико-математического моделирования, отвечающее приоритетам развития РК [1, 2].
Углубление экономических реформ и обострение экологических проблем в сельском хозяйстве требуют качественно – нового и научного обоснования экономической
эффективности создания экологически устойчивых агроландшафтов, ориентированных на производство высококачественной продукции в объемах, соответствующих биоклиматическому потенциалу региона и обеспечивающих
продовольственную безопасность страны и воспроизводство возобновляемых природных ресурсов. Решение этой
проблемы возможно за счет широкого развития комплексных мелиораций, включающих агротехнические, водохозяйственные, гидротехнические мелиорации и других с использованием адаптивных систем земледелия. Существенная роль в системе комплексных мелиораций отводится
гидротехническим мелиорациям. Водные ресурсы имеют
исключительно важное хозяйственное значение. Они считаются неисчерпаемыми, но в своем размещении они испытывают прямое и косвенное воздействие других компонентов природного комплекса, вследствие этого они отличаются большой изменчивостью и неравномерностью распределения. Оценка водных ресурсов дана в водном кадастре –
систематизированном своде сведений о водных ресурсах
страны. В нем обобщены материалы гидрологических наблюдений и исследований, собраны данные для научных и
хозяйственных организаций. При оценке водных ресурсов
важно учесть, как они распределены на территории страны
и по сезонам года. Существенная особенность водных ресурсов Казахстана, затрудняющая их использование, заключается в крайне неравномерном распределении их по терри184
тории страны. С водными ресурсами и особенностями их
использования связано месторасположение в системе экономических отношений. Для решения основной задачи используются сельскохозяйственные производственные ресурсы – земельные, водные, трудовые, материальные, финансовые и другие. Повышение эффективности хозяйств на
орошаемых землях предусматривает оптимальное использование все комплексы ресурсов и выработку определенных
управленческих решений по проведению эффективных мероприятий. Задача оптимизации размеров агроформирований формируется следующим образом: при заданных технологиях сельскохозяйственного производства и структуре
посевов сельскохозяйственных культур, ограничениях по
всем природно-производственным ресурсам, при удовлетворении требований сельскохозяйственных культур к воде
и земле, определить оптимальные размеры агроформирований с учетом их особенностей [3…5].
Мониторинг орошаемых земель представляет систему
наблюдений за поверхностными, подземными, дренажными
водами и почвами для своевременного выявления и оценки
происходящих изменений и принятия управленческих решений по разработке мероприятий, направленных на рациональное использование водных и земельных ресурсов. В
процессе мониторинга проводится сбор определенного объема полевых наблюдений за почвенно-мелиоративными,
гидрогеологическими, гидрохимическими, водохозяйственными, сельскохозяйственными агроклиматическими условиями с последующим составлением картографических материалов, таблиц и диаграмм, по которым осуществляется
анализ. Систематизация и мониторинг такого большого
объема данных возможен на базе информационных систем с
использованием современных программных продуктов и
компьютерных технологий. Современные информационные
технологии в значительной степени облегчают этот процесс
за счет быстрого доступа к большим объемам информации
и аналитической обработки [6].
185
В базе данных географических информационных систем
(БД ГИС) информация хранится в виде атрибутивных данных соответствующих информационных форм, каждая выступает в качестве определенного свойства объекта. Для
определения текущей ситуации на предприятии целесообразно собрать и проанализировать необходимую совокупность данных, позволяющих оценить степень влияния отдельных показателей на итоговое значение чистой и реинвестированной прибыли.
Основными конструктивными элементами информационных моделей являются сущности, связи между ними и их
свойства – атрибуты, которые вводятся в «Базу данных»
ГИС для дальнейшей обработки. Для ведения государственного водного кадастра и мониторинга водных объектов
разрабатывается ИС водораспределения. База данных позволит упорядочить документы разрешений на специальное
водопользование, актов проверок и предписаний, отчетности, документа для просмотра и корректировки.
Большинство моделей водохозяйственных систем (ВХС)
до настоящего времени разрабатываются для принятия проектных решений и планирования развития систем. Предлагаемая методика позволяет в системе водного хозяйства с
целью принятия рациональных управленческих решений и с
учетом ожидаемого прогнозного года водности, возможных
воздействий на окружающую среду при разработке схем
комплексного использования имеющийся потенциал водных ресурсов.
ГИС-технология хорошо удовлетворяет потребности и
активно используется уже длительное время, но в первую
очередь в системах сбора данных о состоянии сетевых
объектов в поле, где рассматривались не только сети сами
по себе, но их взаимодействие с окружающей средой. C
появлением объектно-реляционных моделей данных в ГИС
намечается быстрый прогресс в моделировании динамических сетей и они будут хорошо интегрироваться с корпоративными базами данных. В дальнейшей перспективе от
применения объектно-реляционной модели можно ожидать
186
прогресса в таких наболевших вопросах, как взаимо-увязка
длинных и коротких транзакций и автоматическая схематизация сетевых моделей. Применение ГИС-технологий
сможет ускорить процесс обработки информации практически во всех отраслях народного хозяйства, связанных с
использованием географических данных [7].
Система
ввода
информации
Тематическая
(атрибутивная)
база данны х
за
барафиГ
ческая
база
данных
Система
визуализации
Система
управления
базами
данных
и обработки
Система
Ввода
информ а ции
-
инфор
мации
Схемы обязательных компонентов ГИС
Вышеперечисленные программные материалы ведущих
фирм используются при решении многих вопросов, связанных с выбором и обоснованием ресурсосберегающих технологий орошения, которые позволяют получить материалы
с учетом природных, климатических, ландшафтных и почвенно-мелиоративных данных и получить районированные
тематические карты исследуемого региона как для кратко- и
долгосрочного периода прогнозирования (таблица).
На основе вышеприведенного можно сделать следующие выводы:
1. Создание БД ГИС позволяет произвести сбор, хранение и обработку большего количества природно-климатических и хозяйственных показателей региона исследования.
2. На основе послойного наложения тематических слоев
получена возможность создания тематических карт, где
можно районировать по климатическим и почвенно-мелиоративным показателям исследуемого региона.
187
188
3. На основе многофакторного анализа можно выбрать
ресурсосберегающие способы, техники и технологии орошения.
Библиографический список
1. Рекомендации по системе ведения сельского хозяйства
(южные, юго-восточные области Казахстана). – АлмаАта: Кайнар, 1978.
2. Розов Л.П. Мелиоративное почвоведение. – М.: Сельхозгиз, 1956. – 291 с.
3. Справочник гидротехника. – Алма-Ата: Кайнар, 1966.
– 312 с.
4. Алексеев В.И. Технический прогресс орошения в предгорных районах Казахстана /Под ред. В.А. Шумакова.
– Алма-Ата: Кайнар, 1973. 88с.
5. Горюнов Н.С. Орошение сельскохозяйственных культур
и мелиорация засоленных почв. – Алма-Ата: Кайнар,
1970. – 151 с.
6. Айдаров И.П., Голованов А.И., Мамаев М.Г. Оросительные мелиорации. – М.: Колос. 1982.
7. Журнал комитета водных ресурсов. – Астана, 2009,
2010, 2011.
УДК 556.5:551.4
ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ НА
ПРИРОДНЫЕ ОБЪЕКТЫ ТВЕРСКОЙ ОБЛАСТИ
МЕТОДОМ НАТУРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
В.Е. Путырский
Институт водных проблем Российской академии наук,
г. Москва, Россия
Рассматриваются социально-экологические вопросы развития Тверской области РФ с учётом водного фактора. Анализируются процессы распространения ряда поллютантов в
природных водах. Описываются методологические подходы
189
к индикации гидрохимических трассеров в открытых и закрытых водотоках при оценке антропогенного воздействия
на примере свалки отходов г. Конаково.
Social-and-ecological questions of development of the Tver
region of the Russian Federation taking into account a water factor are considered. Processes of distribution of a number of
pollyutant in natural waters are analyzed. Methodological approaches to indication of hydrochemical tracers in the opened
and closed waterways are described at an assessment of
anthropogenous influence on the example of a dump of waste
Konakovo.
Анализ проблемы
При разработке международных программ по охране окружающей среды следует учитывать огромное планетарноэкологическое значение России.
По размерам территории РФ – самое большое государство мира – 17,1 млн км2, что составляет восьмую часть суши Земли. Россия может рассматриваться как глобальный
природный ресурс всего человечества. Российские леса
(45% территории страны), водонасыщенные земли и болота
(22% территории) регенерируют атмосферный кислород и
выступают геохимическими барьерами для загрязняющих
веществ. Крупнейший на Земле массив практически неосвоенных «диких» таёжных земель (почти 2/3 территории) играет важную роль во влагообороте: служит крупнейшим накопителем свободной пресной воды и её поставщиком в
Мировой океан.
Очевидно, что российская территория является экологическим «донором» для многих зарубежных экосистем. Однако сдерживающим фактором является несовершенство
природно-технологических комплексов мелиорации продуктов антропогенной деятельности. Это приводит к тотальному загрязнению поверхностных и многих подземных
источников водоснабжения. Максимальный уровень загрязнения наблюдается в районах наибольшего промышленного
190
и сельскохозяйственного развития /Данилов-Данильян,
Хранович, 2010; Коронкевич и др., 2004/, рис.1.
Рис. 1. Степень загрязненности поверхностных вод
на территории России
Качество жизни населения в любой части мира напрямую связано с решением проблемы утилизации отходов.
Стремительный рост численности населения, расширение
хозяйственной инфраструктуры, развитие процессов урбанизации приводят к ежегодному увеличению объёма производственных и бытовых отходов. Так в городах США ежегодно образуется около 180 млн т отходов, в Японии коммунальные отходы превышают 70 млн т. В России общее
количество отходов оценивается в 80 млн т и под свалками
занято около 3 млн га, что сравнимо с территорией Бельгии.
Под влиянием большого социально-политического значения указанной проблемы общественные движения «зелёных» во многих странах мира преобразовались в парламентские партии. На нужды оздоровления окружающей
природной среды в развитых странах тратятся значительные
финансовые средства, например, в США порядка
191
10 млрд долл. в год. В России одна Москва, только за вывоз мусора, ежегодно платит около 70 млн долл. Решение
задачи безотходного производства и вторичного использования сырья относится к приоритетному направлению современных научных исследований.
В промышленности наибольшая часть отходов образуется на предприятиях угольной, чёрной и цветной металлургии, строительных материалов, а также на тепловых
электростанциях. Создание безотходных производственных
систем является практикой, характерной для наиболее экологически чистых стран мира с высоким уровнем жизни и
хозяйственно-бытовым сознанием населения. Под безотходной понимается некоторая идеальная модель производства, которая сегодня пока не может быть реализована в
полном объёме, но постепенно приближается к идеальной.
Безотходное производство представляет собой совокупность организационно-технических мероприятий, технологических процессов, оборудования, материалов, обеспечивающих максимальное и комплексное использование сырья
и позволяющих свести к минимуму отрицательное воздействие отходов на окружающую среду. При этом продукты
переработки отходов производства и потребления считаются вторичным сырьём.
В США около 30 лет назад была предложена новая технология захоронения бытовых отходов на основе создания
громадных биореакторов, в которых дно и стенки изолированы от окружающего грунта, а верхний герметичный слой
предотвращает эмиссию биогаза (смесь метана и СО2). Биогаз выводится наружу с помощью системы перфорированных труб и используется как топливо. За счёт рециркуляции фильтрата в толще свалки повышается влажность и ускоряется деградация отходов. В ряде европейских стран уже
приняты законы о предотвращении загрязнения органическими отходами окружающей среды. После соответствующей сортировки и переработки органические вещества используют как сырьё для получения удобрений и дополнительной энергии /Вавилин и др., 2003/. В России безотход192
ные технологии пока не нашли широкого применения: утилизация отходов в природной среде является едва ли не
единственным применяемым на практике способом.
Усиление антропогенного воздействия приводит к увеличению экологической нагрузки на водные объекты. За последние несколько десятилетий она возросла примерно в 2
раза. По оценкам экспертов, суммарная масса загрязняющих
веществ (ЗВ) гидросферы составляет 1010 т в год /Global
Environment, 1999; Долгоносов, 2003/. В этой связи сохранение качества пресных вод относится к глобальным проблемам человечества в ХХI веке.
Проведённое в середине 1990-х годов в бассейне Волги
обследование показало, что более, чем в половине городов
питьевая вода по содержанию индикаторного соединения
(хлороформа) не соответствует гигиеническим требованиям
/Эльпинер, 1999/. Наихудшее положение сложилось в Вологодской, Владимирской, Тверской, Нижегородской, Саратовской областях и Башкирии.
Экологическое состояние утилизации отходов в
Тверской области
Одним из наиболее острых вопросов обращения с отходами в Тверской области считается проблема захоронения
твёрдых бытовых отходов (ТБО). Свалки являются объектами муниципальной собственности. А строительство, реконструкция и приведение их в соответствие с современными нормами и правилами дорогостоящая операция, как
правило, непосильная муниципальным бюджетам. Так,
только первоначальная стоимость строительства современного предприятия по сортировке, первичной переработке,
хранению и захоронению отходов оценивается примерно в
7 млн долл. /Рипинский, 2006/.
Помимо финансовых трудностей другая причина сложного решения проблемы утилизации отходов относится к
недостаткам Закона РФ «Об отходах производства и потребления» от 24 июня 1998 г. № 89. В частности, отмечается малое число правовых норм прямого действия; разночтения в терминологии с Базельской конвенцией; отсутст193
вие разграничения в регулировании обращения с отходами
по отношению к здоровью человека и охране окружающей
среды; несоответствие современным требованиям по регулированию обращения с отходами, требующими специальных действий (медицинские отходы, отходы производства
химических удобрений, утилизации нефтепродуктов, отработанных горючесмазочных материалов и автомобилей, отходы электроники и бытовой техники, ртутьсодержащие
отходы). Отсутствуют также правовые нормы экономического стимулирования в сфере обращения с отходами, в
реализации принципа ответственности производителя отхода – обеспечить его экологически безопасную утилизацию
/Женихов и др., 2006/.
Несмотря на регистрируемую положительную тенденцию снижения содержания в грунте тяжёлых металлов
(свинца, кадмия, ртути и др.) и отсутствие пестицидов, в
области отмечается рост уровня микробного загрязнения
почвы, в том числе на территории населённых пунктов.
Причинами роста уровня микробного загрязнения почвы
является неудовлетворительное решение проблем утилизации, обезвреживания, хранения и захоронения бытовых и
промышленных отходов.
Тверская область обладает рядом характерных особенностей, рис. 2. Она является одним из дотационных экономических регионов России. В то же время – считается относительно экологически чистой природной территорией Центрального административного округа РФ с высоким рекреационным потенциалом. Видимо, поэтому, а также из-за выгодности географического расположения вблизи двух столиц, развитие области планируется с помощью создания
индустрии междунароного туризма. Кроме того, водные ресурсы Тверской области имеют федеральное значение,
снабжая водой центральную Россию. Однако из 99 рекреационных зон области практически ни одна не имеет санитарно-эпидемиологического заключения /Васильев, 2006/.
Загрязнение почвогрунтов приводит к загрязнению водных
194
объектов: рек, озёр, водохранилищ, являющихся источниками питьевого водоснабжения населения.
Рис. 2. Тверская область в Центральном административном
округе РФ
Рис. 3. Иваньковское водохранилище из космоса
195
Методы постановка задачи
В Тверской области на Волге в 1937 г. образовано Иваньковское водохранилище, которое служит одним из главных источников водоснабжения г. Москвы (рис. 3).
Ясно, что в зоне водохранилища необходимо проведение
исследований формирования качества вод. Большое значение при этом имеют происходящие в водоёме процессы
превращения органического вещества, поступающего извне
(аллохтонное вещество) и непосредственно в нём образующегося (автохтонное вещество). Для Иваньковского водохранилища соотношение названных источников органического вещества определяется, соответственно, как 1:0,6. Отсюда следует, что на водохранилище значительно влияет
водосбор, в хозяйственном отношении довольно освоенный.
Площадь водосбора более, чем в 120 раз превышает площадь водохранилища. Всё перечисленное определяет большое значение аллохтонного органического вещества, поступающего в основной массе с речным стоком. Систематические наблюдения указывают на деструкцию органического вещества в ряде акваторий водоёма за счёт антропогенных потоков, например, в районах ГРЭС и рыбозавода
г. Конаково, а также в районе Иваньковской ГЭС.
Хозяйственно-бытовые отходы на водосборе водохранилища создают дополнительную антропогенную нагрузку.
Исходя из важности исследования процессов размещения
отходов, нами предпринята попытка диагностической оценки влияния утилизации ТБО на примере свалки г. Конаково
Тверской области, где ИВП РАН организован научный полигон.
В данном случае под диагнозом утилизации понимается
научное описание возможных негативных последствий захоронения продуктов производства и потребления. А сама
оценка проводится с помощью методов натурного моделирования – путём инструментальных наблюдений в отдельных точках с последующим пространственным осреднением и анализом. При этом ставилась задача: определить, какие изменения и, в какой степени происходят в природных
196
водах, почвогрунтах, воздухе; каков радиус их влияния и
какие меры следует предпринять для сокращения отрицательных последствий организации здесь складирования отходов. Другой задачей научного полигона является отработка методики индикации гидрохимических трассеров,
характеризующих негативные последствия распространения
поллютантов от объектов захоронения хозяйственно-бытовых отходов.
Исследование, результат, рекомендации
Свалка расположена на возвышенном участке между деревнями Белавино и Шумново в 11 км от районного центра
г. Конаково. В городе постоянно проживает 46 тыс. жителей. В летний период численность населения в районе значительно увеличивается за счёт дачников и туристов отдыхающих в окрестностях Иваньковского водохранилища, получившего в народе название «Московского моря».
Свалка эксплуатировалась с 1978 по 1998 гг., затем её
территория в 0.11 км2 была частично рекультивирована, уплотнена, окопана дренажными траншеями глубиной 0.5…
0.8 м, а работы по утилизации приостановлены. С середины
2000 г. сюда вновь стали свозить строительный мусор,
промышленные и бытовые отходы.
Геологическое строение территории, на которой располагается свалочное тело, представляет собой водно-ледниковые отложения – пески и супеси, залегающие на моренных суглинках. Уровень грунтовых вод здесь колеблется от
0.3 до 3.0 м.
Физико-географическое положение района исследований с дренирующими его водотоками демонстрируется на
рис. 4.
Во время проведения экспедиции было исследовано
влияние свалки на грунтовые воды и почвогрунты /Ахметьева, Лапина, Путырский, 2006/. Для этого по двум лучам
от свалки (с азимутом 2550 и 3300) пробурены 9 скважин
глубиной до 3 м, вскрывшие водоносные горизонты. Расстояние между скважинами задавалось равным 100 м. Схема экспериментальных исследований приводится на рис. 5.
197
Рис. 4. Район исследований в окрестности свалки
г. Конаково
Рис. 5. План расположения точек опробования грунтовых вод в
окрестности свалки г. Конаково
198
Из пород зоны аэрации, включая каждую скважину, отобраны образцы (керны) на определение влажности, механического состава пород и содержания в них основных химических элементов: хлора, сульфатов, нитратов, фосфатов,
калия. Из скважин отобраны пробы грунтовой воды для определения в ней содержания хлора, сульфатов, нитратов,
аммония, калия, кальция, магния, железа и тяжёлых металлов. В воде определялись также pH, перманганатная окисляемость (ПО), цветность и др. По лучам скважин проводилось нивелирование высот земной поверхности для характеристики рельефа местности, а также построены геологические разрезы.
Анализ химического состава грунтовых вод и данные
мониторинга показал, что наиболее устойчивыми поллютантами являются хлор и сульфат-ионы. Даже на расстоянии 500 м от территории свалки по лучу с азимутом 2550
вода в близлежащем карьере содержит повышенные концентрации хлора (45,6…60,0 мг/л) и сульфат-иона (13,0…
97,0 мг/л) зимой и летом. Примечательно, что карьер от
свалки отделён асфальтированным шоссе.
По другому лучу скважин с азимутом 3300 повышенное
содержание хлора и сульфатов фиксируется на расстоянии
до 300 м, но в меньшем количестве (хлора 10, сульфатов 14
мг/л). Результаты измерений хлора и сульфатов приведены
в табл. 1.
Таблица 1
Концентрации хлора и сульфатов по двум лучам
измерений от свалки, мг/л
2550
500 м
хлор
60
3300
300 м
сульфаты
97
хлор
10
сульфаты
14
Пробы на содержание в грунтовых водах тяжёлых металлов обрабатывались на масс-спектрометре ICP-MS
199
7500а. В результате в воде обнаружены марганец, железо,
барий и натрий на расстояниях до 50 м от свалки. Концентрации тяжёлых металлов здесь превышают ПДК для питьевых вод от 2 до 10 раз. Однако на расстоянии в 100 м превышения ПДК уже в основном не наблюдается. Исключение составила проба марганца в скважине № 107, расположенной в 300 м от свалки, его содержание составило
0,74 мг/л (при ПДК в 0,5 мг/л). Концентрации тяжёлых металлов относительно ПДК приведены в табл. 2.
Таблица 2
Тяжёлые металлы на расстоянии до 300 м от свалки
Марганец, железо, барий, натрий
Концентрации  ПДК в 2…10 раз
В целом, превышения ПДК в районе свалки регистрируется на расстоянии до 500 м. На больших расстояниях её
непосредственное влияние на окружающую среду не определяется, так как становится сравнимым по величине с другими техногенными источниками, например аэрозольными
выпадениями с Конаковской ГРЭС. Тем не менее, вблизи
свалки наблюдается стабильный поток загрязнённых грунтовых вод, который направлен в сторону водохранилища.
За счёт геоморфологических особенностей территории и
фильтрационных свойств грунтов эти стоки могут распространяться на значительные расстояния.
Для теоретической оценки распространения загрязнённых фильтрационных потоков воспользуемся гипотезами
натурного моделирования. Рассчитаем время «добегания»
консервативных примесей до уреза водохранилища с помощью метода линейной экстраполяции.
Мы располагаем сведениями о фильтрационных свойствах почвогрунтов Тверской области, схожих по гидрогеологическим характеристикам с Конаковским районом. Соответствующие данные были получены во время полевых
изысканий на трассе строительства газопровода «Торжок200
Минск-Ивацевичи». Для улучшения экологических условий
на трассе газопровода рассчитывались параметры инженерной дренажной сети и, в частности, коэффициенты фильтрации почвогрунтов /Шутов, Капотов, 2005/.
Из анализа экспериментальных данных следует, что в
зависимости от характера местности (лес, поле) средняя величина коэффициента фильтрации в слое грунта от 0 до
50 см равняется приблизительно 2 м/сут. Несложные вычисления приводят к выводу, что загрязнённые почвенные
воды из района свалки достигают уреза береговой линии
водохранилища в течение 10 лет.
Что касается влияния поверхностного стока, то он представляет не меньшую, а большую опасность загрязнения по
сравнению с подземным. Весеннее снеготаяние, а также
ливневые дождевые потоки обычно устремляют загрязнённые стоки в открытые водотоки (ручьи, ложбины), где они
стремительно продвигаются по уклону местности.
Как показали измерения, вода в защитных дренажных
траншеях вокруг свалки сильно минерализована (до 7 г/л),
содержит много хлора и сульфатов. Во время переполнения
траншей загрязнённые воды неизбежно попадают в поверхностные водотоки. Далее они распространяются вниз по
течению к посёлку с характерным названием Речицы, и потом достигают уреза Иваньковского водохранилища.
Таким путём, загрязнения частично могут попадать в водохранилище и местные питьевые водозаборы через разветвлённую гидрологическую систему. Это видно на примере р. Донховки и вод, поступающих из нисходящего родника в основании правого её борта.
За родником ведутся режимные наблюдения /Кудряшова, 2009/. Родник имеет значительные колебания дебита
(0.001…0.275 л/с) и температуру от 1.9 до 140С, что говорит о его грунтовом питании. Грунтовые воды залегают на
глубине 0.5…0.7 м и приурочены к аллювиальным пескам,
табл. 3.
201
Таблица 3
Концентрация ингредиентов (мг/л) в роднике,
впадающем в р. Донховку (приток Волги)
сульфаты
хлориды
натрий
калий
383
78
120
71,8
общая
жесткость
11
Максимальные величины концентрации основных (ЗВ)
наблюдаются в роднике во время половодий или осенних
паводков. Приведём некоторые из определяемых показателей: содержание сульфатов – 383 мг/л, хлоридов – 78 мг/л,
натрия – 120 мг/л, калия – 71.8 мг/л. Значение общей жёсткости воды также высокое: 10…11 мг.-экв./л. Исключение
составляют лишь нитраты (0.029 мгN/л), что объясняется
сокращением деятельности крупных сельскохозяйственных
предприятий и прекращением внесения в почву удобрений в
последние 20-25 лет.
Свалка, безусловно, влияет и на загрязнение воздушного
бассейна. Работая в течение дня в её окрестностях, двое сотрудников экспедиции получили отравление удушливыми
газами, исходящими от постоянно тлеющего мусора. Состав
ядовитых газов и их адвекцию в приземном слое атмосферы
планируется изучить впоследствии.
Основным мероприятием по сокращению отрицательного воздействия свалки на природные воды (поверхностные
и грунтовые) очевидно являются лесонасаждения. Лесная
растительность для своего питания и роста использует соединения азота, фосфора, калия, сульфаты, различные микроэлементы. Лесонасаждения служат надёжным барьером
для ветра, дующего со стороны свалки на город Конаково и
на водоохранную зону, где расположены базы отдыха и
многочисленные садоводческие товарищества, частично
предотвращают аэрозольные выпадения токсических веществ на зеркало Иваньковского водохранилища. Не следует забывать об осуществлении плановых рекультивацион202
ных мероприятий и усилении инженерной защиты хранения
отходов. Необходим также гидрогеохимический мониторинг окружающей среды.
На основе проведённого анализа изменения качества вод
под воздействием отходов производства и потребления,
включающего многолетние наблюдения на научном полигоне свалки г. Конаково, ниже выделим ряд социальноэкологических аспектов.
Известно, что во многих развитых странах утилизация
отходов строго дифференцирована по видам: существуют
свалки пищевых отходов, металлолома, строительного мусора, стекла и т.д. Такое разделение позволяет эффективно
утилизировать отходы. Свалки располагаются с учётом «розы ветров», то есть так, чтобы ветер со свалок не дул бы на
населённые пункты. Учитываются геоморфологические
особенности района утилизации отходов – их размещают не
на высотах и не на почвах с большой пористостью (пески,
супеси), как это сделано в г. Конаково. Сжигание мусора на
свалках либо не проводится (для этого имеются мусоросжигательные заводы), либо осуществляется в определённые
дни и часы, о которых заранее информируется население. А
в воскресные и праздничные дни свалки вообще не поджигаются.
У нас в стране существуют единые общегородские свалки без всякой дифференциации отходов, а из более мелких
населённых пунктов мусор зачастую вообще не вывозится.
Тверская область является тому характерным примером.
Обладая колоссальными рекреационными ресурсами, область нуждается в международных инвестициях для сохранения своей первозданной природы и туристической привлекательности. Ради справедливости, не будем также забывать о «мусорном коллапсе» на территориях массового
туризма Италии, Индии, Мексики, Бразилии, Украины и
других стран, а также популярных альпинистских маршрутах, например, на Гималаях, и, в частности, на г. Эверест.
В Тверской области наиболее загрязнена почва в Бежецком, Вышневолоцком, Калининском, Кимрском, Нелидов203
ском, Оленинском, Осташковском и Ржевском районах. Наблюдения показали, что каждая пятая проба почвы в местах
производства сельскохозяйственной продукции (22%), каждая вторая (58,2%) в зоне влияния промышленных предприятий и транспортных магистралей, каждая третья (28,5%) в
населённых пунктах, каждая четвёртая (25%) на территории
детских учреждений не отвечали гигиеническим нормативам.
Ухудшение состояния здоровья населения, выраженное
в процессах депопуляции, делает актуальной идентификацию экологических факторов, оказывающих сильное повреждающее воздействие. Для исправления сложившейся
ситуации недостаточно хорошо налаженной медицинской
службы. По данным Всемирной организации здравоохранения здоровье человека только на 8…12% зависит от развития здравоохранения, а в остальном является функцией социально-экономических условий (52…55%), состояния окружающей среды (20…25%), генетического фонда (12…
20%) /Брянцев и др., 2005/.
Государственный контроль над сбором, транспортировкой и захоронением отходов осуществляется Ростехнадзором только в организациях федерального уровня экологического контроля. Все другие мероприятия, связанные с отходами, статьёй 7 Закона РФ «Об охране окружающей среды» в редакции Федерального закона от 22.08. 2004 г. № 22
возложены на органы местного самоуправления.
Нерациональная социально-экономическая политика органов управления территориальными комплексами Тверской области может привести не только к хозяйственной, но
и экологической дестабилизации. Из проведённого анализа
простых средних базисных индексов виден рост числа
умерших на 1000 человек населения, падение производства
промышленной и сельскохозяйственной продукции, сокращение посевных площадей и валового сбора зерновых
/Тапилин, 2005/.
Очевидно, что сегодня назрела задача создания главами
городов и районов специальных подразделений муници204
пального геоэкологического мониторинга и контроля. Но
проблема требует соответствующего финансирования.
Обнадёживающим обстоятельством является выступление премьер-министра РФ Д.А. Медведева 26 января
2012 г. В своём ежегодном Послании Федеральному собранию, в качестве Президента РФ, он выдвинул ряд инициатив, подготовленных Правительством. В частности, предлагается передать из федерального центра на места многие
властные полномочия. Провести децентрализацию управления хозяйством. Перейти к формированию государственных
финансовых потоков с приоритетным наполнением местных бюджетов. За децентрализацию хозяйства России выступили также ведущие эксперты Всемирного экономического форума, состоявшегося в швейцарском Давосе в январе 2013 г., где встречались представители властных структур, бизнесмены, общественные деятели, журналисты ведущих СМИ.
В случае выполнения предложенных инициатив руководства РФ, направленных на развитие финансово-хозяйственной самостоятельности муниципальных образований,
будет возможно решение многих задач в социально-экологической сфере: по охране объектов природной среды,
улучшению качества жизни населения, развитию рекреации и туризма.
Библиографический список
1. Данилов-Данильян В.И., Хранович И.Л. Управление
водными ресурсами. Согласование стратегий водопользования. //Научный мир, 2010. – 230 с.
2. Коронкевич Н.И., Зайцева И.С., Черногаева Г.М. Формы, механизмы и показатели антропогенной нагрузки на
водные ресурсы. /Антропогенные воздействия на водные ресурсы России и сопредельных государств в конце
ХХ столетия. – М.: Наука, 2003. – С. 7-21.
3. Вавилин В.А., Локшина Л.Я., Ножевникова А.Н., Калюжный С.В. //Природа. 2003. № 5. – С. 54-60.
205
4. Global Environment. Outlook 2000. UNEP/Earthscan Publ.
Ltd. – London, 1999.
5. Долгоносов Б.М. Проблемы обеспечения качества воды
в природно-технологическом комплексе водоснабжения
//Инженерная экология. 2003. № 5. – С. 2-14.
6. Эльпинер Л.И. Качество природных вод и состояние
здоровья населения в бассейне Волги. //Водные ресурсы.
1999. Т. 26. № 1. – С. 60-70.
7. Рипинский И.И. Обращение с отходами производства и
потребления на территории Тверской области и города
Твери. – Тверь:ТГТУ, 2006.№ 13. – С. 6-8.
8. Женихов Ю.Н., Иванов В.Н., Новиков А.В. Нормативноправовое обеспечение деятельности по обращению с
опасными отходами. – Тверь: ТГТУ, № 13, 2006. – С. 915.
9. Васильев П.В. Санитарно-эпидемиологические аспекты
образования и утилизации промышленных и коммунально-бытовых отходов. – Тверь: ТГТУ, № 13, 2006. – С.
17-20.
10. Ахметьева Н.П., Лапина Е.Е., Путырский В.Е. Изучение
влияния свалки г. Конаково на качество природных вод.
Промышленные и коммунально-бытовые отходы в
Тверской области: экологические и технологические аспекты.– Тверь: ТГТУ, № 13, 2006. – С. 23-27.
11. Шутов В.А., Капотов А.А. Идентификация факторов
гидрологического режима и гидрологические изыскания
на трассах газопроводов на северо-западе европейской
России. Геоэкология и рациональное природопользование. //Материалы науч. конф. – Тверь: ТГУ, 2005. – С.
43-47.
12. Кудряшова В.В. Особенности химического состава грунтовых вод в зависимости от геологического строения
урбанизированной территории, на примере города Конаково //Третья международная научная конференция молодых учёных и талантливых студентов. Сб. тр.: «Водные ресурсы, экология и гидрологическая безопасность». – М., 2009. – С. 102-104.
206
13. Брянцев В.И., Туровцев В.Д., Калинина О.В. Медикоэкологическое картографирование Тверской области.
/Материалы науч. конф. «Геоэкология и рациональ-ное
природопользование». – Тверь: ТГУ, 2005. – С. 100-102.
14. Тапилин А.М. О динамике функционирования системы
жизнеобеспечения Тверской области. Материалы науч.
конф. «Геоэкология и рациональное природопользование». – Тверь: ТГУ, 2005. – С. 67-70.
15. Putyrskiy V.Y.Russian Academy of Sciences Institute of
Water Problems, Moscow, Russian Federation; Leading Researcher.
16. Corresponding author, address: Putyrskiy V.Y., RAS Institute of Water Problems, Russia, Moscow, 119333, ul.
Gubkina, 3.
УДК 551.49
НЕКОТОРЫЕ ПРОБЛЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
ВОДНЫХ РЕСУРСОВ РЕК БАССЕЙНА
АРАЛЬСКОГО МОРЯ
Х.Д. Раимов – соискатель,
Казахстанско-немецкий университет, Алмата, Казахстан
В статье рассматривается некоторые проблемы водных
ресурсов возникшие в результате повышения средней температуры планеты и неправильно построенных водотоков.
Предложено, возможные варианты решения выявленных
проблем, водных ресурсов рек бассейна Аральского моря.
In article is considered modern condition water resource rivers Amudarii and Sirdarii, which are put together the basin of
the Aral sea. The Revealled trend of the growing water use and
water quirement in region and reduction ice stock the basin the
Aral sea.
207
Вода не только самая распространенная, но самая важная в природе жидкость. Достаточно констатировать факт о
том, что в воде зародилась жизнь. Проблема воды становится важнейшей в планомерном и совместном использовании,
охраны источников. Вода частица чрезвычайно сложной
системы единого биологического комплекса. Жизнь человека, животных и растений все больше зависит от жизни морей и океанов, рек и озёр. Не зря говорят: «нет воды – нет
жизни». Поэтому, мертвый океан, мертвые моря, реки и
озера – эта мертвая планета. Вода объединяет судьбу многих народов и стран [1]. Это относится к странам, находящихся на территории Центральной Азии (ЦА) через которую протекают реки бассейна Аральского моря – Амударья
и Сырдарья.
Эти основные реки бассейна Аральского моря Амударья
и Сырдарья простираются от гор Памира и Тянь-Шаня,
имеющие максимальные высокие вершины Hмакс = 7500 м,
до Аральского моря. Амударья имеет общую протяженность LA = 2743 км и общую площадь бассейна ΩА = 300000
км2. Сирдарья в свою очередь, имеет протяженность
LC = 2790 км и общую площадь бассейна ΩС = 200000 км2.
На территории ЦА находятся: Казахстан, Узбекистан,
Туркменистан, Таджикистан, Кыргызстан. Поскольку некоторые основные притоки Амударьи (реки Кундуз, Мургаб,
Тежен, Пяндж) берут свое начало на территории Афганистана и это государство намеревается интенсивно развивать
сельское хозяйство и промышленность, его можно подключить к вышеприведенным странам ЦА, имеющие еденную
водную систему.
Глобальное потепление способствовало, усиленному
таянию ледников. Это способствует увеличению объема и
уровня воды горных озер, расположенных в русле притоков
рек бассейна Аральского моря. К ним относятся озёра Петрова и Сариес. В результате скопления большой массы воды
увеличивается величина силе гидродинамического давления, действующая на плотину озёр. За последнее 10 лет
только в озере Петрова объём воды увеличился на 150%.
208
Это водохранилище было рассчитано на использование в
горной промышленности. Сегодня возникла проблема
уменьшения излишнего объёма воды, который представляет
потенциальную опасность для региона.
А естественная плотина высотой 500 м Сариеского водохранилища на Памире образовалась в результате землетрясения в 1913 г. В настоящее время тоже возникла проблем
уменьшения уровня воды, которая достигла своей максимальной отметки. Это обстоятельство представляет потенциальную опасность для всех населенных пунктов, расположенных на нижнем бьефе этих озер. И, в первую очередь,
будет нанесен невосстанавливаемый ущерб для Республики
Таджикистан, которая без этого считается одной из самых
бедных стран в мире. Следует отметить, на бассейне притоков р. Амударьи находятся очень многие населенные пункты этой республики.
Узбекистан, Казахстан и Туркменистан водой пользуются в основном в ирригации. Как, нам известно, вегетационный период в этом жарком регионе начинается в апреле и
заканчивается в сентябре. Следует отметить, в течение 100
лет вода в ЦА используется в ирригационном направлении.
Для нужд ирригации в Узбекистане построено 180 тыс. км
сети каналов, 140 тыс. км коллекторно-дренажней сети,
209
около 160 тыс. сооружений, из которых свыше 800 крупных, 1588 насосных станций годовой мощностью 8,2 млрд,
.кВт, 55 водохранилищ общей емкостью 19,8 млрд м3 и более 4100 скважин.
В зимний период, страна вырабатывая большое количество электроэнергии для своих нужд, осуществляет большой водосброс, поскольку в это время отсутствует необходимость использования её для нужд ирригации, она переправляется на определенные водохранилищ. За счёт этого
несоответствия периодов использования водных ресурсов,
возникла проблема увеличения объема воды в Хайдар куле.
Эта проблема тоже требует своего разумного решения.
Кроме вышеперечисленных проблем, существуют некоторые нюансы по планомерному и рациональному – интегрированному использованию водных ресурсов бассейна.
Современное состояние водотоков, которое осуществляет
водозабор из рек бассейна Аральского моря. В качестве
примера можно привести Каракумский канал с бесплотинным водозабором из Амударьи. Канал имеет общую протяженность 1400 км и проходит через песок с большой фильтрацией. Основная часть русла небетонированная. Каракумский канал потеряет половину объема воды, которую забирает из Амударьи. Если учитывать водоток с водозабором
из рек бассейна Аральского моря, можно представить, какая
потеря воды по длине рек бассейна Аральского моря. В
среднем до 40…50% общего объема стока затрачивается
только на фильтрации [2]. Эти проблемы требуют качественного решения, которое возможно при совместном усилии всех людей, проживающих на территории ЦА. Для этого необходимо следующее:
1. Чтобы замедлить процесс интенсивного таяния вечных ледников необходимо организовать Национальные
Эко-Парки в горных районах, откуда берут свое начало
притоки рек бассейна Аральского моря. Это существенно
понижает среднюю температуру в этих местностях, что
способствует продлению срока уменьшения объема ледников. Можно принять опыт американцев, где в честь рожде210
ния ребенка на территории Национального Парка сажают
одну ёлку, эффект при 80 % положительного результата,
для региона будет составлять 48416440 деревьев в год. Эффект будет ощутимый, который существенно замедляет
процесс таяния ледниковых запасов.
Стран ЦА
Казахстан
Узбекистан
Туркменистан
Таджикистан
Кыргызстан
Всего в год
Количество население
15522370
28128600
4997500
6627200
5587443
Динамика роста,
%
0,4
0,94
1,14
1,84
1,42
Количество
сажаемых
деревьев в год
6248948
26440684
5697150
12194600
7439169
58020551х80%
= 46416440
2. Необходимо увеличить количество персонала водохозяйственного комплекса всех стран ЦА, специалистами высокого уровня и повышать квалификацию этой отрасли. Для
этого требуется повышение престижности учебных заведений водохозяйственной системы, чтобы к ним поступали
более подготовленные молодые люди и должны получать
соответствующее образование. По окончании этих заведений молодые специалисты должны четко представлять свою
будущую место работы с достаточно нормальной заработной платой. Не секрет, на сегодняшний день средняя зарплата молодого специалиста водохозяйственной отрасли
около 120000 сум (Ассоциация водопользователей Ташкентской области). Молодой специалист по окончании
учебного заведения, из-за малой перспективности по специальности сразу переквалифицируется на другую более высокооплачиваемую профессию. Поэтому, имеется очень
большая проблема с кадрами. По данным управления статистики этой отрасли, всего около 30 % сотрудников водохозяйственного комплекса работает по специальности. Для
этого необходимо пересмотреть штатное расписание всех
211
организаций водохозяйственного комплекса, с разработкой
специальных программ, предусматривающих повышение
квалификации сотрудников этой отрасли;
3. Специалисты этой отрасли всех стран должны договориться экономить и бережно относиться к воде.
4. Необходимо разработать методы переброски воды в
нижний бьеф горных озёр. Например, путем строительства
сифонных водосбросов из современных легких и прочных
материалов;
5. Определение современного состояния искусственных
водотоков-каналов, путем составления усовершенствованной линейной схемы рек бассейна Аральского моря;
6. Составить план реконструкции каналов с целью повышения коэффициента фильтрации от 0,35…0,50 до
0,95…0,98. В зарубежной практике используются специальные покрытия для облицовки каналов, изготовленные из
вторсырья. Они уменьшают фильтрацию до минимума. Например, в Техасе коэффициент полезного действия многих
оросительных каналов составляет 96… 98%, в нашем регионе 35…50%.;
Конечно, это достаточно сложная задача, но если учитывать факт о том, что без воды невозможно существование
человечества, животных и растений, и развитие прогресса,
мы просто обязаны разумно решить её.
Библиографический список
1. Микулов А. Самая удивительная на свете жидкость.
– М.: Советская Россия, 1978. – С.191.
2. Базаров Д.Р. ва бошқ. Очиқ ўзанлар гидравликаси.
РАХМН. – Ташкент, 2002. – 202 с.
3. Национальный отчет Республики Узбекистан. Раздел
Министерство сельского и водного хозяйства. – Ташкент: МСХиВХ, 2006.
212
УДК 556.18
МОНИТОРИНГ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ В
СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ
С.А. Сидорова – канд. техн. наук
Всероссийский государственный научно-исследовательский
институт гидротехники и мелиорации им. А.Н. Костякова
Россельхозакадемии, г. Москва, Россия
В данной статье рассмотрены проблемы состояния водных ресурсов в связи с хозяйственной деятельностью. Проанализированы характерные особенности антропогенного
воздействия на водные объекты и его последствия. Выявлена и обоснована необходимость организации мониторинга
водных объектов поверхностного стока (реки) с применением информационных технологий и компьютерных программ. Представлен пример компьютерного моделирования
распространения пассивных загрязнений в створе реки. На
основе проведенного исследования автором предлагается
создавать информационно-экспертную систему мониторинга водных объектов, отражающую динамику состояния водных ресурсов.
This paper considers the problem of water resources due to
human activities. Analyzed the characteristics of human impacts
on water bodies and its implications. Identified and justified the
need for monitoring of water bodies runoff (rivers) with the use
of information technologies and computer programs. An example of a computer simulation of passive contaminants in the
alignment of the river. Based on the research the author suggests
to create the information and expertise system of monitoring of
water bodies, reflecting the dynamics of water resources.
В большинстве регионов РФ в настоящее время отмечается значительное антропогенное воздействие на водные
ресурсы. Общий объем сбросов в поверхностные водоемы
достигает 48096 млн м3, из них загрязненных сточных вод
213
15966 млн м3 (2011 г.)1). В результате происходит загрязнение поверхностных вод нефтепродуктами, льяльными водами, аммонийным и нитритным азотом, фенолом, соединениями меди, железа, цинка, марганца и кадмия. Радиоактивное загрязнение поверхностных вод на территории России происходит за счет смыва осадками с загрязненной поверхности почвы техногенного радионуклида – стронция
90
Sr, который способен растворяться в воде почти на 95%,
что способствует его миграции на большие расстояния по
гидрографической сети (р. Кама, р. Вишера). В результате
мелиоративных, сельскохозяйственных мероприятий, промышленной деятельности происходит также изменение стоковых параметров водных объектов, отмечаются факты количественного истощения водных ресурсов. Так, забор воды
на орошение в вегетационный период в год 95%-ой обеспеченности может привести к изменению стока от 5 до 15%
(р. Элегест), на реках Красноярского края процент изменения стока может достигать от 10 до 25% (р. Аскиз, р. Табат,
р. Бея). Выработка решений по использованию водных ресурсов должна основываться на результатах мониторинга за
водными объектами, который включает комплексную оценку состояния водных ресурсов, динамику формирования и
загрязнения стока, прогноз последствий антропогенного
воздействия. На основе сбора, анализа и обобщения фактических данных о водных объектах по территориям их водосборных бассейнов необходимо создавать динамическую
(предусматривающую текущие изменения состояния) информационно-экспертную систему (ИЭКС) мониторинга
водных объектов. Разработка информационных технологий
на современном уровне, компьютерных программ с использованием численных методов, позволит вести наблюдение
за водосборами, отдельно выделенным его элементам (водотоки, притоки, малые реки и т.д.) по целевым показателям; проигрывать различные сценарии использования и за_____________
1)
Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2011 году». – М., 2013.
214
грязнения водных объектов в процессе хозяйственной деятельности или ее развития. Это, в свою очередь, даст возможность планировать развитие (ограничение) водохозяйственной деятельности, определять вид хозяйствования,
снижать антропогенную нагрузку на водные объекты. Следование решению, принятому по анализу данных информационно-экспертной системы, позволит бережно использовать и экономно расходовать водные ресурсы, определять
экономически выгодное направление развития регионов в
бассейнах рек. Наполнение данными информационно-экспертной системы в режиме on-line может осуществляться с
привлечением системы спутниковой связи GLONASS.
Наряду с возрастающей потребностью в водных ресурсах, и возникающем дефиците при растущем изъятии, немаловажным негативным фактором, влияющим на состояние
водных объектов, остается проблема сброса сточных вод,
неочищенных до установленных нормативов. В перечень
основных источников, загрязняющих водные объекты, входят сточные воды предприятий АПК, рассредоточенный
(диффузный) сток с сельскохозяйственных площадей, загрязненной поверхности почвы, как следствие – трансграничные межхозяйственные отношения. Сокращение антропогенного воздействия на водные объекты с их водосборными территориями, охрана и предотвращение деградации,
в первую очередь, малых рек, поскольку они составляют
около 50% всего речного стока, позволит восстановить водные экосистемы, повысить качество воды. Поскольку водные бассейны являются сложными динамическими системами, речной бассейн можно рассматривать как парагенетическую систему, где отмечается взаимодействие взаимозависимых элементов. Таким образом, объем неочищенных
и ненормативно очищенных сточных вод, сбрасываемых в
водные объекты, катастрофически увеличивается, распространяясь по всему водосборному бассейну. Так, вода р.
Дон в большинстве створов характеризуется как загрязненная и очень загрязненная. Существенное негативное влияние на качество воды в р. Дон оказывает р. Северский До215
нец, с характеристикой загрязнения – «очень загрязненная»
(класс 3-«б») и «грязная» (класс 4-«а») на территории Ростовской области. Притоки р. Северский Донец загрязнены
сульфатами (р. Оскол, р. Нежеголь), концентрация которых
достигает уровня высокого загрязнения (ВЗ) в результате
сброса сточных вод предприятиями ЖКХ, металлургического комбината и др. на территории Белгородской области. В результате неочищенных сбросов также происходит
температурное, химическое и бактериологическое загрязнение водных объектов (р. Северная Двина), снижение показателей водности – обмеление, пересыхание и негативные изменения русловых процессов – заиление, зарастание,
изменение формы русл, что приводит к ухудшению экологического состояния водосборов в целом.
При мониторинге и составлении прогнозов антропогенного воздействия на водные объекты необходимо формирование комплексной оценки водосборного бассейна, формирование баз данных, включающих в себя характеристики
водных объектов бассейна; данные об ограничениях и разрешениях водопользования, позволяющих накапливать объем информационных ресурсов, необходимых для разработки стратегии и планирования экономического развития территории, региона.
Применение методов математической обработки фактических данных наблюдений, результатов дистанционного
зондирования, систем картирования, использование программирования и компьютерного моделирования, даст возможность получить многофакторную картину влияния хозяйственной деятельности на состояние водных объектов.
Применение программирования и компьютерного моделирования позволит не только получить реальную картину состояния водного объекта по загрязненности водных ресурсов от фактических показателей примесей сбросов, но и
даст возможность проводить сценарные исследования по
загрязнению водного объекта при развитии АПК, прогнозировать развитие экологической ситуации. Представлен
один из примеров расчета программной модели распреде216
ления химически пассивных примесей при попадании в
водный объект от источника2). Компьютерная модель позволяет проводить наблюдения интенсивности загрязнения
в выбранных створах расчетной области водного объекта в
интервале времени сброса; следить за протяженностью
распространения загрязнения по руслу; ставить сценарии
распределения твердых осадков. Расчет выполнен с применением численных методов и решением полных трехмерных уравнений Новье-Стокса для вязкой несжимаемой
жидкости со свободной поверхностью. Модель турбулентности – динамика больших вихрей (LES). Исходная геометрия участка реки представлена фактической натурной геометрией р. Большая Тигма, которая является притоком р.
Тверца (Тверская область), впадающей в реку Волга (рис.).
Создание и организация системы мониторинга водных
объектов состоит из решения многих трудоемких, но очень
важных, задач, требует привлечения специалистов в широком научном диапазоне и финансирования в значительном
объеме на фоне очевидной целесообразности проведения и
выполнения их исследований. Экономическая эффективность от проводимого мониторинга водных объектов, по
меньшей мере, выразится в объемах сохраненных и восстановленных водных ресурсов; сэкономленных, в результате
лицензирования водопользования на базе детального гидрологического обоснования; уровне рентабельности и доходности вновь создаваемых предприятий АПК.
___________________
2)
Разработать рекомендации по восстановлению, комплексному использованию и охране ресурсов водных объектов АПК». Отчет НИР ГНУ
ВНИИГиМ РАСХН. – М., 2008.
217
УДК 556.3
ОЦЕНКА ИЗМЕНЕНИЯ ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ
ХАРАКТЕРИСТИК БАССЕЙНА ВЕРХНЕЙ ВОЛГИ
ПРИ СОВРЕМЕННОМ КЛИМАТЕ
М.А. Смирнова – аспирант
ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет
природообустройства», г. Москва, Россия
Проводится оценка изменения гидрологических характеристик бассейна Верхней Волги при современном климате с целью анализа гидрологической информации для определения рациональных режимов работы каскада водохранилищ Верхней Волги.
Оценка режима работы сложных каскадов водохранилищ комплексного назначения в режиме реального времени
является одной из главных и сложных задач сегодняшнего
времени. Методика выбора и обоснование рациональных
режимов работы каскадов гидроузлов разработана достаточно хорошо, но, в связи с возрастающим влиянием человека на водные ресурсы, а также с изменением климата и
связанных с ним эколого-экономических условий, необходимо дальнейшее усовершенствование методик, описывающих функционирование каскада водохранилищ.
При определении рациональных режимов работы Верхневолжской водохозяйственной системы на первом этапе
возникает задача ретроспективного анализа гидрологической информации. Особенно важна оценка возможного изменения естественного увлажнения территории речного
бассейна и, как следствие, изменение речного стока в ближайшем будущем, что применительно к формированию
групп маловодных лет.
Причиной появления стока маловодных лет является такое соотношение ресурсов тепла и влаги, когда минимальные атмосферные осадки сочетаются с максимальными значениями радиационного баланса [2].
218
Первоначально были рассмотрены особенности многолетней динамики естественной увлажненности бассейна
Верхней Волги. Для анализа многолетних изменений водности Верхней Волги на основе архивов данных по осадкам
для административных областей России были получены
значения осадков за гидрологический год (с ноября предшествующего по октябрь текущего года) для частных водосборов Верхневолжского каскада водохранилища 1891/1892 –
1999/2000 гг. (n = 109 лет).
Средние по бассейну осадки подсчитывались с учетом
доли площади той или иной области в общей площади бассейна (частного водосбора), то есть как средневзвешенные
величины осадков
P f  P f  P3 f3  P4 f 4  P5 f5
Р 1 1 2 2
,
F
где Р1, Р2, Р3, Р4, Р5 – величина атмосферных осадков, соответственно, Иваньковского, Угличского, Рыбинского,
Горьковского и Чебоксарского водохранилищ, мм/год; f1, f2,
f3, f4, f5 – соответственно, площади Иваньковского, Угличского, Рыбинского, Горьковского и Чебоксарского водохранилищ, км2; F– площадь водосбора Верхней Волги, км2.
В практике гидрологических исследований и расчетов
характеристики годового стока разделяют по трем группам
водности: многоводная, средняя по водности и маловодная.
Многоводные годы характеризуются величиной стока обеспеченностью менее 25%, средние по водности годы охватывают центральную часть кривой обеспеченности в диапазоне от 25 до 75% и маловодные годы занимают нижнюю
часть кривой с величинами стока обеспеченностью больше
75%.Соответственно, в качестве критерия выделения маловодных лет выбран годовой сток 75%-й обеспеченности, то
есть маловодными считаются годы, обеспеченность стока
которых равна или превышает критическую.
При характеристике естественной увлажненности бассейна (по осадкам) представляется целесообразным не оставлять без внимания и осадки в интервале обеспеченности
219
от 50 до 75%. Известно, что среднемноголетняя величина
(норма) определяется с погрешностью σp, которая зависит
от стандарта (σ) и числа лет наблюдений. В качестве приближенной оценки наибольшей ошибки определения среднего (нормы) можно принять ее значение, равное 2σp. В таком случае среднемноголетние осадки за период наблюдений будут равны Рср ± 2σр. Таким образом, к маловодным по
осадкам будут относиться годы с величиной осадков менее
Рср - 2σр. Для бассейна Верхней Волги при σ = 83,8 мм/год и
n = 109 лет погрешность определения нормы годовых осадков равна 8 мм/год, а 2σр = ±16 мм/год. Итак, к маловодным
по условиям естественной увлажненности будем относить
годы с величиной осадков Рср - 2σр = 676,4 – 16 = 660,4 мм.
По эмпирической кривой обеспеченности годовых осадков
к маловодным относятся годы с обеспеченностью более
55%.
Динамика аномалий годовых атмосферных осадков в
бассейне Верхней Волги за период 1891/92 -1999/00 гг. приведена на рис. 1, а эмпирическая кривая обеспеченности
этих осадков – рис. 2.
300
P, мм/год
950
900
200
850
800
100
мм/год
750
700
0
650
-100
600
550
-200
500
450
-300
1891 1899 1907 1915 1923 1931 1939 1947 1955 1963 1971 1979 1987 1995
Рис. 1. Динамика аномалий
\годовых атмосферных осадков
в бассейне Верхней Волги
за 1891/1892-1999/2000 гг.
220
0
20
40
60
80
100
Обеспеченность, %
Рис. 2 Эмпирическая кривая
обеспеченности годовых атмосферных осадков в бассейне
Верхней Волги за 1891/18921999/2000 гг.
Маловодными по осадкам из 109 лет являются 50лет
(46%), а экстремальными по условиям естественной увлажненности (Р ≥ 90%) являются 11 лет (1900/01, 1919/20,
1938/39, 1950/51, 1962/63, 1963/64, 1966/67, 1968/69,
1971/72, 1974/75, 1995/96 гг.).
Также можно увидеть, что помимо отдельных маловодных лет выделяются их группировки, включающие от двух
до пяти лет. Можно выделить следующие группы таких лет:
1) двухлетки – 1891/92-1892/93, 1899/00-1900/01,
1919/20-1929/21, 1970/71-1971/72, 1973/74-1974/75, 1980/811981/82 гг.;
2) трехлетки – 1908/09-1910/11, 1941/42-1943/44,
1958/59-1960/61, 1962/63-1964/65, 1993/94-1995/96 гг.;
3) четырехлетки – 1994/95-1997/98 гг.;
4) пятилетка – 1935/36-1939/40 гг.
Наряду с атмосферными осадками был осуществлен
анализ закономерностей динамики годового стока Верхней
Волги за 91-летний период. До 1935 г. условия изменения
стока Верхней Волги определялись природными факторами,
то есть характером увлажнения территории, изменением
влагозапасов в почвогрунтах, режимом испарения. Но уже с
1935 г. на изменение водности Верхней Волги значительное
влияние начала оказывать хозяйственная деятельность человека. В долинах рек Волги и Камы в 30-70-х годах прошлого столетия был создан Волжско-Камский каскад водохранилищ, который осуществляет сезонное регулирование
речного стока, в результате чего стремительно выросли заборы воды из рек на хозяйственные нужды. В конечном
итоге режим стока рек Волги и Камы был нарушен, гидрологические наблюдения на этих водных объектах не в полной мере стали отражать условия развития природных процессов.
Для оценки многолетней изменчивости водности Верхней Волги была построена сокращенная интегральная кривая за период 1914/15-2004/05 гг. (рис. 3). Анализ этой кривой показывает, что в хронологическом изменении стока
Верхней Волги отмечается последовательное чередование
221
периодов различной водности. Так, в период от начала наблюдений до 1951 г. в волжском бассейне наблюдалось затяжное маловодье. Начиная с1952 по 1958 гг. наступила фаза повышенной водности.1959-1976 гг. – вновь наступила
фаза маловодья, 1977-2004 гг. – многоводная фаза.
В таблице 1 даны статистические параметры
годового стока Верхней
Волги, вычисленные по
различным периодам наблюдений, а в табл. 2 –
годовой сток маловодных лет различной обеспеченности.
Внутри выделенных
периодов режим водности Верхней Волги также
не устойчив. Он харакРис. 3. Сокращенная суммарная
теризуется чередованием
кривая Верхней Волги в створе
группировок лет с пониг. Чебоксары за период 1914/15женным, средним и по2004/05 гг.
вышенным стоком. Рассмотрение полной и частной автокорреляционных функций
годового стока Верхней Волги свидетельствует о наличииотносительно высокой связи стока смежных лет (r[1]=0,4),
поэтому наиболее часто встречаются группировки, состоящие из двух и трех лет. Внутри этих группировок, как правило, и находятся годы с исключительно низкой и с очень
высокой водностью. Самыми маловодными за имеющийся
период наблюдений были годы 1921, 1939 и 1975 с величиной стока 84, 99,2 и 99,1 мм, соответственно. В свою очередь, наиболее многоводными в этот период были зафиксированы 1978, 1990 и 1994 годы. Величина стока за данные
годы составляла 240,3, 239,9 и 251,3 мм, соответственно.
Намного реже в ходе водности Верхней Волги встречаются
222
Коэффициент
автокорреляции (r[1])
158,5
160,0
188,9
168,2
Коэффици-ент
асимметрии
(Сs)
38
25
28
91
Коэффи-циент
вариации (Cv)
1914-1951
1952-1976
1977-2004
1914-2004
Средний годовой сток, мм
Период наблюдений
Число лет наблюде-ний (n)
затяжные группировки с повышенным и пониженным стоком, охватывающие 5 лет и более.
Таблица 1
Статистические параметры годовогостока
Верхней Волги в различные периоды наблюдений
0,22
0,21
0,18
0,22
0,44
0,43
0,36
0,43
0,48
0,14
0,15
0,38
Характеристики
стока
Среднемноголетний
сток, мм
Таблица 2
Годовой сток Верхней Волги в маловодные годы
различной обеспеченности, мм
Годовой
сток, мм
168,2
Обеспеченность года, %
75
80
142,4
139
85
90
95
99
130,6 115,6 107,3 84
Характеристика изменчивости n-летнего слоя стока
Верхней Волги представлена в табл. 3.
223
Таблица 3
Статистические параметры осредненного по скользящим
n-леткам стока Верхней Волги
Число Средний
лет в сток за nn-летлетку,
ке
мм
1
168,2
2
168,2
3
168,2
5
168,2
7
168,2
10
168,2
30
168,2
Коэффициент вариации
0,22
0,18
0,16
0,14
0,13
0,11
0,05
Коэффици- Коэффициент асимент автометрии
корреляции
0,43
0,36
0,32
0,28
0,25
0,22
0,11
0,38
0,67
0,83
0,91
0,93
0,96
0,98
В таблице 4 приведен годовой сток Верхней Волги для
маловодных n-леток (P ≥ 75%).
Таблица 4
Средний годовой сток Верхней Волги для
маловодных n-леток, мм
Число лет в
n-летке
2
3
5
7
10
30
Сток обеспеченностью Р, %
75
149
147,7
149,3
152,7
151,8
157,6
80
141
144,9
146,9
147,6
148,1
156,9
85
134
138,5
144,5
144,9
145
156,3
90
127,6
133,9
137,1
139,2
142,2
155,6
99
106,7
105,3
116,8
127,6
132,5
154,1
Основываясь на вышеизложенном, можно сделать вывод, что при решении задач рационального использования
водных ресурсов в бассейне Верхней Волги нужно учитывать возможность наступления не только отдельных исклю224
чительно маловодных лет, но и серий лет с низким стоком.
Применение методики определения среднемноголетней величины (нормы) с погрешностью σp, которая зависит от
стандарта (σ) и числа лет наблюдений (n), дает расширение
диапазона определения маловодных и многоводных лет в
стороны ±2σр.
Библиографический список
1. Кислов А.В., Торопов П.А. Моделирование климатических условий Восточно-Европейской равнины и вариации стока р. Волги в эпоху позднеплейстоценого похолодания. //Вестник МГУ. Сер. 5, география. 2006 № 2.
– С. 13-17.
2. Исмайылов Г.Х., Федоров В.М. Межгодовая изменчивость и взаимосвязь элементов водного баланса бассейна р. Волги. //Водные ресурсы. Т. 35. № 3. – С. 1-18.
3. Практикум по инженерной гидрологии и регулированию
стока. Е.Е. Овчаров, Н.Н. Захаровская, В.В. Ильинич и
др.; /под ред. Овчарова Е.Е. – М.: 2008. – 222 с.
УДК 556.51
ГИДРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ
СМЕШАННЫХ ТИПОВ ПЕРЕБРОСКИ РЕЧНОГО
СТОКА
Е.Г. Угроватова – ассистент
Южно-Российский государственный технический
университет (Новочеркасский политехнический
институт), Новочеркасск, Россия
Рассматривается гидрологическое обоснование смешанных типов переброски стока рек при совместном использовании межбассейновых, внутрибассейновых и локальных
перебросок. Предлагается критерий функционирования
смешанного типа переброски стока по предельно допустимому изъятию стока из рек-доноров.
225
The hydrological substantiation of the mixed types of rivers’
drains transfer by combining usage of interbasin, intrabasin and
local water transfers is considered. The criterion of operation of
the mixed transfer type of a diversion of runoff by maximum
permissible withdrawal of a flow from the rivers-donors is offered.
Несмотря на большие запасы водных ресурсов в России,
они распределены крайне неравномерно. В связи с этим для
обеспечения водой всех водопользователей возникает необходимость различного вида перераспределения стока.
В России и странах ближнего зарубежья общая величина
перебрасываемых вод составляет более 110 км3 /год. Только
крупных каналов с расходом воды более 100 м3/с насчитывается около 60. Их суммарная пропускная способность составляет 7,5 тыс. м3/с [1].
В настоящее время существуют следующие классификации систем территориального перераспределения стока
(ТПС): по виду переброски стока, по протяжённости, по назначению и др, По типу переброски стока ТПС различают
межбассейновые, внутрибассейновые и локальные [2…4].
ор 2
-дон
а
к
е
р
ип
ец
-р
ка
ре
водозабор 1
Канал
внутрибассейновой
переброски стока
нт
ие
Система
распределения и
водопотребления
река-дон
ор 1
Канал
межбассейновой
переброски стока
водозабор 2
Рис. 1. Схема смешанного типа ТПС
226
Однако находят применение и другие типы, например,
когда совместно используются межбассейновые, внутрибассейновые и локальные системы переброски стока
(рис. 1). Эти ТПС, по предложению авторов, можно назвать
«смешанные» или «комбинированные», что является дополнением существующей классификации систем ТПС [3].
Примером такого типа ТПС является переброска стока в
р. Западный Маныч из бассейнов Дона и Кубани по Донскому магистральному (ДМК), Пролетарскому магистральному (ПМК) и Невинномысскому (НК) каналам [1]. Здесь
реками-донорами являются Дон и Кубань, а рекой-реципиентом – р. Западный Маныч.
Составляющие приходной части годового водохозяйственного баланса водохранилищ на р. Западный Маныч по
переброске стока смешанного типа ТПС
Составляющие баланса
Приходная часть Пролетарского водохранилища
в том числе:
переброска стока из р. Дон по ДМК
и ПМК
переброска стока из р. Кубань по
Невинномысскому каналу и р. Большой Егорлык
Приходная часть Веселовского водохранилища
в том числе:
переброска стока из р. Дон по ДМК
Объем,
млн м3
%
1030,37
100
50,77
4,9
913,41
88,6
1412,66
100
228,92
15,4
В таблице приведены составляющие приходной части
водохозяйственного баланса по переброске стока смешанного типа ТПС из р. Дон и р. Кубань в р. Зап. Маныч для
года 95%-й обеспеченности.
227
Согласно проведённым расчётам, суммарный объём переброски стока в Пролетарское водохранилище составил
964,18 млн м3 в год или 93,5% от общего объёма приходной
части, а объём переброски стока в Веселовское водохранилище – 228,92 млн м3 в год или 15,4% от приходной части.
За счёт указанных объёмов переброски стока для этих водохранилищ обеспечивается бездефицитный баланс для маловодного года и поддерживается необходимая солёность воды для использования при орошении.
Применение смешанного типа ТПС позволяет повысить
эффективность регулирования водного режима водохозяйственных объектов (каналов, водохранилищ, и рек) и обеспечивать их устойчивое и надежное функционирование.
На основании анализа и обобщения имеющихся работ в
области ТПС [2...4] нами сформулированы некоторые общие критерии функционирования систем ТПС, учитывающие гидрологические параметры.
Критериями функционирования смешанного типа ТПС
(см. рис.1) могут служить следующие соотношения:
а) по предельно допустимому изъятию (ПДИ) воды из
рек-доноров в системы межбассейновой и внутрибассейновой ТПС:
(1)
WПДИр д1  WмбТПСрд1 ;
WПДИр д 2  WвбТПСрд 2 ,
(2)
где WПДИр д1, 2 – предельно допустимые объемы изъятия воды из рек-доноров в систему ТПС в расчётном створе, определяемые по исследованиям ИВП РАН [5] как разность
стока маловодных лет и абсолютно минимального его значения;
Wм бТПСрд1 , WвбТПСрд 2 – объемы соответственно
межбассейновой и внутрибассейновой системы ТПС из рекдоноров;
б) по объему переброски стока в системах ТПС
W
ТПСрд
228
N
 Wпотрi  W р  рц  WПОТТПС ,
i 1
(3)
где WТПСрд – суммарный годовой объем межбассейновой и
внутрибассейновой
системы
ТПС
из
рек-доноров;
N
Wпотрi – суммарный объем потребления в зоне действия
i 1
межбассейновой и внутрибассейновой системы ТПС;
W р  рц – объём водных ресурсов реки-реципиента;
W
– суммарный объём потерь на испарение и
фильтрацию из системы ТПС при транспортировке воды.;
в) по пропускной способности русел систем ТПС:
ПОТТПС
n
W
потрi
i 1
Т год
 Q мбТПСрд1 
W мбТПСрд1
Т год
;
(4)
k
W
k 1
потрk
Т год
где QмбТПСрд1 , QвбТПСрд 2
 QвбТПСрд 2 
WвбТПСрд 2
,
(5)
Т год
– расходы межбассейновой и внут-
рибассейновой систем ТПС из рек-доноров; Т год – период
работы систем ТПС за год в секундах.
Рассматривая критерии (1) и (2), следует отметить, что
объём экологически безопасного стока рек согласно [4]
должен составлять не менее 70% от среднемноголетнего, а
объём допустимого безвозвратного изъятия – не более 30%.
По условиям охраны водотока от истощения ПДИ представляет собой допустимую разность между величиной естественного стока (расчетной обеспеченности) и величиной
резервируемого (оставляемого) стока ниже гидроузла и водозабора.
Рассмотрим определение расходов ПДИ на примере
Нижнего Дона, участок ст. Раздорской, где имеется длинный ряд наблюдений за стоком. Согласно [5] расход ПДИ
вычисляется по формуле
QПДИ  Qkr  Qist ,
229
где Qkr – расход маловодных лет (до зарегулирования);
Qist – минимальный расход, который был зарегистрирован
за весь период наблюдений до зарегулирования.
На рисунке 2 приведены гидрографы стока минимальных расходов маловодного года 95% обеспеченности и расходы ПДИ.
Анализ месячных расходов ПДИ для Нижнего Дона
(рис. 2) показывает, что они изменяются в пределах от
50 м3/с в летне-осенний и зимний периоды до 500 м3/с в весенний период.
Сопоставляя расходы
ПДИ с объемами потребления на рассматриваемом участке, которые
составляют 381 млн
м3/год при среднем расходе потребления 12,1
м3/с, можно сделать вывод о не превышении в
Рис. 2. Гидрограф участка реки
современных условиях
Нижнего Дона (ст. Раздорская):
допускаемых пределов
1 – исторически минимальные
изъятия водных ресурсов
расходы; 2 – месячные расходы
даже в маловодные пемаловодного года 95%-й обеспериоды года. Это обстояченности; 3 – расходы
тельство свидетельствует
предельно-допустимого изъятия
о сложившихся благоприятных условиях сохранения водной экосистемы Нижнего Дона на данном участке.
Библиографический список
1. Косиченко Ю.М. Каналы переброски стока России.
– Новочеркасск: НГМА, 2004. – 470 с.
2. Иванова Т.И. Гидролого-водохозяйственные задачи при
обосновании объёма и режима переброски стока //Мелиорация и водное хозяйство. 2010. № 3. – С. 40-44.
230
3. Шикломанов И.А., Маркова О.Л. Проблемы водообеспечения и переброски речного стока в мире. – Л.: Гидрометеоиздат, 1987. – 295 с.
4. Россия: водно-ресурсный потенциал. /Под ред. А.М.
Черняева: РосНИИВХ. – Екатеринбург: Изд-во «Агрокосмоэкология», 1998. – 342 с.
5. Новикова Н.М., Кузьмина Ж.В., Подольский С.А., Балюк Т.В. Экологическое обоснование подходов к нормированию регулирования режима речного стока. //Поволжский экологический журнал, 2005. № 3. – С. 227240.
УДК 504.4 : 628.1
К ВОПРОСУ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ
МОНИТОРИНГА ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ В
УСЛОВИЯХ УЗБЕКИСТАНА
И.А. Усманов – д-р мед. наук;
Д.Х. Файзиева – канд. мед. наук;
Л.П. Ким – канд. хим. наук
Научно-исследовательский институт ирригации и водных
проблем, Ташкент, Узбекистан
Энтерококки (Str. Faecalis) и стафилококки (St. Aureus)
являются индикаторами для водоёмов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования. Разработаны
допустимые уровни содержания этих микроорганизмов в
воде. В статье авторы предлагают включить предлагаемые
микробиологические показатели в проводимый мониторинг
качества воды водоёмов в Узбекистане.
Enterococci (Str. Faecalis) and staphylococci (St. Aureus)
are indicators of water quality in water bodies for drinking and
amenity uses. The permissible limits of these microorganisms in
drinking water have been worked out. The authors suggest in231
cluding the proposed microbiological indicators to water quality
monitoring in Uzbekistan.
Качество воды источников централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения в Узбекистане регламентируется стандартом O’zDST 951:2011 «Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Гигиенические, технические требования и правила выбора»
[1]. Мониторинг качества воды по микробиологическим показателям в республике проводится по величине косвенных
показателей и включает определение индекса бактерий
группы кишечных палочек (БГКП) и общего микробного
числа (ОМЧ) в воде.
Такое положение свидетельствует о том, что существующий мониторинг качества воды водных объектов не
эффективен, не отвечает требованиям ИСО и не гарантирует эпидемической безопасности водоемов, используемых
для хозяйственно-питьевых и культурно-бытовых нужд. В
качестве санитарно-показательных микроорганизмов можно
рекомендовать представителей кокковой микрофлоры, постоянно обитающих на кожных покровах и верхних отделах
дыхательных путей [2, 3,4].
Цель исследований – совершенствование мониторинга
водных объектов республики по микробиологическим показателям. Для этого были проведены эксперименты, включающие оценку
индикаторной значимости санитарнопоказательных микроорганизмов: E. Coli, лактозоположительных кишечных палочек (ЛКП), энтерококков (Str.
Faecalis), стафилококков (St. Aureus) и их нормирование в
воде водоемов хозяйственно-питьевого и культурнобытового водопользования.
Установлено, что независимо от степени бактериального
загрязнения воды, ее происхождения, концентрации модельных штаммов, продолжительности и вида инокуляции
скорость отмирания штаммов примерно одинаковая.
Период выживаемости лактозоположительных кишечных палочек (ЛКП) и E. Coli в воде такая же, как у энтеро232
кокков и стафилококков. Динамика отмирания в воде модельных водоемов общепринятых санитарно-бактериологических показателей ЛКП и E. Coli и энтерококков и
стафилококков имеет тенденцию незначительного снижения к концу эксперимента.
Устойчивость индикаторных микроорганизмов к воздействию дезинфицирующих средств изучали в условиях моделей водоемов при воздействии на них хлора и фенола.
В качестве сапрофитных микроорганизмов использовали
естественную микрофлору речной воды, взятой в опыт. При
этом физико-химический состав речной воды соответствовал требованиям стандарта 951:2011 «Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения. Гигиенические, технические требования и правила выбора»
Антибактериальное действие хлора изучали в концентрациях 0,5; 1,5; и 3,0 мг/л. Действие фенола на отмирание
микроорганизмов изучали в концентрациях 0,02; 0,1 и 0,5
мг/л. Оценку результатов проводили путем сравнения скорости отмирания микроорганизмов в модельных водоемах
по отношению к контролю.
Исследованиями установлено, что хлор в концентрации
3 мг/л оказывает высокий бактерицидный эффект. К первым
суткам наблюдения число ЛКП снизилось в 4 раз, E. Coli –
в 2,7 раз, энтерококков – в 2,3 раз и стафилококков – в 2,3
раз. Динамика отмирания микроорганизмов при воздействии хлора в концентрациях 1,5 и 0,5 мг/л была аналогичной,
но менее выраженной. Установлено, что наиболее устойчивыми к действию хлора являются энтерококки (Str. Faecalis) и стафилококки (St. Aureus). Наименее устойчивыми являются ЛКП.
Полученные результаты подтверждены в следующей серии экспериментов, в которых изучено антибактериальное
действие фенола. Фенол в концентрации 0,1 мг/л оказывал
выраженный бактерицидный эффект. Число ЛКП к концу
эксперимента снизилось в 2,8 раз; E.Coli – 3 раз; энтерококков – 1,6 раз и стафилококков – 1,7 раз. В этой серии
233
экспериментов также установлено, что менее устойчивыми
микроорганизмами к воздействию фенола являются ЛКП.
Выполненные экспериментальные исследования дают
основание считать, что изученные индикаторные микроорганизмы обладают различной устойчивостью к действию
дезинфицирующих химических веществ, используемых в
водопроводной практике. Отмечается прямая взаимосвязь
отмирания микроорганизмов в воде в зависимости от времени и концентрации химических дезинфицирующих воду
веществ.
Из изученных микроорганизмов наиболее устойчивым
к действию химических веществ является Str. Faecalis, индикаторное значение которого по сравнению с ЛКП и E.
Coli, более выражено. Наименее устойчивыми микроорганизмами по отношению к хлору и фенолу, независимо от
времени экспозиции и концентрации химических веществ,
являются лактозоположительные кишечные палочки.
В следующей серии экспериментов проводили нормирование микробного загрязнения воды хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования. В качестве
нормируемых показателей использовали индикаторные
микроорганизмы: энтерококки (Str.Faecalis) и стафилококки (St. Aureus). В первой серии опытов наблюдали за жизнедеятельностью и отмиранием микроорганизмов в течение
30 суток (1, 5, 10, 20, 30) в условиях моделей водоёмов. В
качестве тест-микроорганизмов изучали:
ЛКП, E.Coli,
Str.Faecalis, S.Typhi, Sh.Flexneri. Во второй серии экспериментов тест-микроорганизмами служили: ЛКП, E.Coli, St.
Aureus, S. Typhi, Sh.Flexneri. Динамику отмирания микроорганизмов рассчитывали по отношению к контролю. Концентрации микроорганизмов выражались в логарифмах (lg)
клеткообразующих единиц (КОЕ) в 1 л воды.
Результаты экспериментальных исследований показали,
что в I серии опытов на моделях водоёмов установлена выраженная динамика отмирания изучаемых штаммов микроорганизмов, которая зависит от инфицирующей концентрации возбудителей и продолжительности эксперимента. К 30
234
суткам количество лактозоположительных кишечных палочек снижается до десятков при исходной концентрации (1
сутки опыта) в воде lg KOE 7,6. Уменьшение исходной концентрации ЛКП в воде на 1…2 порядка приводит к её снижению на 20 сутки в пределах lg KOE 1,8…2,3. А на 30 сутки рост микроорганизмов на питательных средах отсутствовал. Более устойчивыми, в сравнении с ЛКП, являются E.
coli. Так если на 1 сутки эксперимента её величины составляли lg KOE 6,1 , то концу опыта – lg KOE 1,7. При уменьшении инфицирующей концентрации на порядок величина
lg KOE к 30 суткам составляла 0,8.
Еще более устойчивыми к воздействию неблагоприятных факторов окружающей среды, являются энтерококки. К
концу эксперимента отмечали наличие их в воде в пределах
lg KOE 0,7-2,2. Аналогичные результаты получены во второй серии экспериментов. В этих исследованиях установлено, что стафилококки являются более жизнеспособными,
чем лактозоположительные кишечные палочки.
На основании выполненных экспериментальных исследований установлено, что индикаторным показателем качества воды водоёмов хозяйственно-питьевого водопользования являются энтерококки, культурно-бытового водопользования – стафилококки, которые к тому же более устойчивы к воздействию химических и биологических факторов.
Норматив энтерококков (Str. Faecalis) в воде водоемов рекомендуем на уровне 100 микробных тел в 1 л воды, норматив стафилококков (St. Aureus) – на уровне 500 микробных
тел в 1 л воды.
Результаты полученных исследований позволят совершенствовать проведение мониторинга водных объектов, используемых населением для хозяйственно-питьевого и
культурно-бытового водопользования.
Библиографический список
1. «Источники централизованного хозяйственно-питьевого
водоснабжения. Гигиенические, технические требования
и правила выбора». – Ташкент: O’zDST 951, 2011.
235
2. Алёшня В.В., Журавлев П.В., Яловина С.В. Особенности
индикаторного значения бактериологических показателей при оценке качества воды в отношении эпидемической безопасности в условиях зарегулированного водоёма. /5-й Международный конгресс «Вода: Экология и
технология». – М., 2002. – С. 705 .
3. Калашников И.А., Куличенко О.А. Водоснабжение из
поверхностных водоёмов – потенциальная угроза здоровью водопользователей. /7-й Международный конгресс
«Вода: Экология и технология». – М., 2006 – С. 916-917.
4. Файзиева Д.Х., Усманов И.А., Бекжанова Е.Е., Мусаева
А.К. Изучение выживаемости энтерококков и стафилококков в воде в условиях эксперимента. //Бюллетень ассоциации врачей Узбекистана. – Ташкент, 2007. № 3.
– С. 84-85.
УДК 628.1.032 : 502/504
ВОПРОСЫ ВОДОСНАБЖЕНИЯ И ОХРАНЫ
ВОДОЁМОВ ТРАНСГРАНИЧНЫХ ТЕРРИТОРИЙ
УЗБЕКИСТАНА
И.А. Усманов – д-р мед. наук;
Д.Х. Файзиева – канд. мед. наук;
Л.П. Ким – канд. хим. наук
Научно-исследовательский институт ирригации и водных
проблем, г. Ташкент, Узбекистан
Статья посвящена вопросам питьевого водоснабжения и
охраны водоёмов территорий бассейна Амударьи. Установлено, что источники водоснабжения территорий бассейна
Амударьи относятся к умеренно-загрязненным. Во многих
областях качество питьевой воды не соответствует требованиям стандарта на питьевую воду. Разработаны меры по охране водоёмов и развитию водоснабжения в южных регионах Узбекистана.
236
The paper is concerned with the issues of drinking water
supply and conservation of water bodies in the Amudarya river
basin. It is found that water supply sources of the Amudarya river basin are moderately polluted. The drinking water quality
does not meet the drinking water standards in many oblasts.
Measures on the conservation of water bodies and development
of water supply in the southern regions of Uzbekistan have been
developed.
В организации и проведении мониторинга поверхностных вод, используемых для хозяйственно-питьевого культурно-бытового водопользования населения, наиболее эффективным является бассейновый подход. Их количественные и качественные характеристики определяется целой совокупностью природных и антропогенных факторов [2].
Выявить взаимосвязи между изменением качества воды
водных объектов и составом сбрасываемых сточных вод
возможно только при анализе и исследовании закономерностей поступления антропогенного и техногенного загрязнения [3, 4]. При этом важно установить, что антропогенное
воздействие на водоёмы складывается из блока промышленных предприятий, хозяйственно-бытовых сточных вод, а
также микробного загрязнения воды в зонах рекреации [1,
5].
Исследованиями установлено, что главные водные источники республики стали практически непригодными для
питьевого водоснабжения из-за сброса промывных вод с
орошаемых земель с повышенной минерализацией, загрязненной пестицидами и минеральными удобрениями. Большинство водотоков республики являются умеренно загрязненными. Реки в их среднем течении имеют повышенную
минерализацию воды 1-1-5 г/л, до 2 г/л и более в нижнем
течении. Высоко загрязнены реки Чирчик и Ахангаран
Ташкентской области.
Реки бассейна Аральского моря практически все являются трансграничными водотоками. В бассейн р. Амударьи
входят реки Сурхандарья, Шерабад, Кашкадарья, Заравшан.
237
Из них только Кашкадарья и Шерабад полностью расположены на территории Узбекистана.
Качество воды Амударьи формируется в значительной
степени под влиянием загрязнений, поступающих с территории Туркменистана и Узбекистана. В створе теснины
Туямуюн (граница с Туркменистаном) отмечается увеличение в воде концентраций нефтепродуктов, азота аммонийного, минерализации, содержания металлов и пестицидов.
Сток р. Сурхандарья формируется на территории Таджикистана. Качество воды реки на территории республики
обусловлено сбросами сточных вод промышленных и хозяйственно-бытовых сточных вод г. Денау, г. Термез, г.
Шурчи. Река Заравшан наиболее подвержена трансграничному влиянию. В зоне формирования стока реки расположены объекты горно-обогатительного комбината Республики Таджикистан, которые загрязняют реку токсичными металлами, сурьмой, ртутью
Бассейн р. Сырдарьи складывается из рек Сырдарья, Нарын, Карадарья, Чирчик, Ахангаран. Река Сырдарья на двух
участках протекает по территории Узбекистана: верхнем –
слияние рек Нарын и Карадарья и среднем течении – устья
рек Ахангаран и Чирчик.
Река Карадарья, одна из составляющих р. Сырдарьи, загрязняется промышленными и хозяйственно-бытовыми стоками городов Андижан, Асака, Ханабад. Качество воды реки Сырдарьи на всем её протяжении не соответствует гигиеническим требованиям.
Результаты исследования показали, что наибольший
прирост обеспеченности населения системами централизованного водоснабжения в 2011 г. отмечается в Хорезмской
области и составляет 22,8%, в Бухарской области этот показатель был наименьшим и был на уровне 1,1%. В Сурхандарьинской области процент прироста охвата системами
водоснабжения не изменился и остался на уровне 2007 г..
Вместе с тем в Кашкадарьинской, Навоийской областях и
Каракалпакистане процент прироста обеспеченности цен238
трализованным водоснабжением в 2011 г. по сравнению с
2007 г. снизился на 4,4; 1,5 и 3,1%, соответственно.
Наиболее высокие показатели охвата населения системами централизованного водоснабжения установлены в
Сурхандарьинской, Бухарской и Навоийской областях –
96,5, 95,4 и 91,6%-й обеспеченности, соответственно. При
этом установлено, что городское население охвачено централизованными системами водоснабжения в значительно
большей степени по сравнению с сельскими населенными
пунктами.
Вместе с этим в Кашкадарьинской области за последние
5 лет отмечается тенденция снижения уровней обеспеченности населения питьевой водой. Так, в 2011 г. процент охвата населения системами централизованного водоснабжения снизился по сравнению с 2007 г. на 4,4%, в Каракалпакистане – 3,1% и в Навоийской области – 1,5%.
Уровни обеспеченности сельских населенных пунктов
системами централизованного водоснабжения в областях
бассейна Амударьи значительно ниже по сравнению с городским населением. При этом установлено, что наиболее
высокий процент обеспеченности сельского населения
питьевой водой в 2011 г. отмечается в Кашкадарьинской
области – 83,9% и в Сурхандарьинской области – 81,6%.
Этот показатель является наиболее низким в Бухарской области – 46,4%, в Навоийской области – 46,6% и в Республике Каракалпакстан – 50,6%.
Установлена положительная динамика охвата централизованным водоснабжением сельских населенных пунктов
трансграничных территорий бассейна Амударьи в 2011 г. по
сравнению с 2007 г.. Так, прирост процента охвата системами централизованного водоснабжения сельских населенных пунктов в Кашкадарьинской области составил 21,8%, в
Сурхандарьинской области этот показатель был равен
12,6%, в Бухарской области и Каракалпакистане – 4,4 и
3,6%, соответственно. В Хорезмской области показатель
обеспеченности населения централизованным водоснабжением к 2011 г. снизился на 1,4 %.
239
Анализ динамики изменения показателей качества питьевой воды городских водопроводов в областях бассейна
Амударьи за 2007-2011 гг. показал, что в одних областях
отмечается тенденция улучшения к 2011 году качества подаваемой воды, а в других имеет место ухудшение её качества. Процент несоответствия качества воды коммунальных
водопроводов по химическим показателям в Бухарской области в 2011 г. составил 34,6% против 43,3% в 2007 г., в
Хорезмской области 8,9% в 2011 г. против 13,4% в 2007 г.,
в Навоийской области 4,7% в 2011 г. против 6,7% в 2007 г.
Таким образом качество питьевой воды в Бухарской области по химическим показателям улучшилось к 2011 г. на
8,7%, в Хорезмской области на 4,5% и в Навоийской области на 2%.
Вместе с тем в Кашкадарьинской, Сурхандарьинской
областях и Каракалпакистане в 2011 г. по сравнению с
2007 г. отмечается ухудшение качества подаваемой воды на
0,2, 0,4 и 20,5 %, соответственно.
Самые высокие уровни несоответствия качества воды
коммунальных водопроводов по химическим показателям
выявлены в республике Каракалпакистан – 43,5% и в Бухарской области – 34,6%. В Кашкадарьинской области этот
показатель был самым низким и был на уровне – 1,8%, а в
Навоийской области процент несоответствия по химическим показателям в 2011 г. составил всего 4,7%
Другие закономерности формирования качества воды
коммунальных водопроводов областей бассейна Амударьи
выявлены по бактериологическим показателям за 20072011 гг. Так, в 2011 г. практически во всех областях качество воды коммунальных водопроводов ухудшилось по сравнению с 2007 г. В Бухарской области процент несоответствия качества воды составил 10,9% в 2011 г. против 9,9% в
2007 г.; в Кашкадарьинской области он составил 7,4% в
2011 г. против 5% в 2007 г.; в Навоийской области 5,9% в
2011 г. против 5,4% в 2007 г., в Хорезмской области 10,1%
в 2011 г. против 9,9% в 2007 г. и в Каракалпакистане 3% в
2011 г. против 2% в 2007 г. Таким образом, процент несоот240
ветствия качества воды по бактериологическим показателям увеличился на 1% в Бухарской области, в Кашкадарьинской на 2,4%, в Навоийской на 0,4%, в Хорезмской на
0,2% и в Каракалпакистане на 1%.
На основании полученных исследований разработаны
методические рекомендации по развитию систем водоснабжения и охране водных объектов в трансграничных регионах Узбекистана.
Библиографический список
1. Антипанова Н.А., Кошкина В.С., Котляр Н.Н., Тахтина
К.Н. уммарные оценки качества питьевой воды в условиях крупного центра черной металлургии Южного
Урала. /7-й Международный конгресс «Вода: Экология
и технология». – М., 2006. – С. 953-954.
2. Вильдяев В.М., Лагунов О.Ю. Бассейновый подход в
картировании медико-экологических рисков, связанных
с качеством питьевой воды. /7-й Международный конгресс «Вода: Экология и технология». – М., 2006.
– 910 с.
3. Гурвич В.Б., Белоконова Н.А., Корюкова Л.В., Глинских
Н.П., Бахарев А.А. Критерии качества и безопасности
питьевой воды. – М., 2002. – С. 745-746.
4. Калашников И.А., Куличенко О.А. Водоснабжение из
поверхностных водоёмов – потенциальная угроза здоровью водопользователей. /7-й Международный конгресс
«Вода: Экология и технология». – М., 2006. – С. 916-917.
5. Талаева Ю.Г. Оценка надежности бактериологических
показателей при контроле качества питьевой воды. – М.,
2006. – 23 с.
241
УДК 556.3
НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ РАЦИОНАЛЬНОГО
ИСПОЛЬЗОВАНИЯИ И УПРАВЛЕНИЯ РЕСУРСАМИ
ТРАНСГРАНИЧНЫХ РЕК ЦЕНТРАЛЬНОЙ АЗИИ
Л.З. Шерфединов – д-р геол.-мин. Наук;
Б.Т. Курбанов – канд. физ.-мат. наук
Национальный центр геодезии и картографии
Госкомземгеодезкадастра, г.Ташкент, Узбекистан
В статье анализируется усилившийся в последние годы
дефицит водных ресурсов в Центральной Азии. Одной из
основных причин является нескоординированное водопользование постсоветского периода, а также несовершенство
технико-технологической базы и не отвечающей современенным требованиям культуры орошаемого земледелия.
продемонстрирована необходимость установления согласованных квот на трансграничные воды в полном соответствии с международными регламентами и режимом стокообразования.
In the article analyzes the efforts in recent years, the shortage
of water resources in Central Asia. One of the main reasons of
this is noncoordinated water use in the postsoviet period, and
also the technic base imperfection and irrigated cropping culture
which does not meet to the present days requirements. This article demonstrates the need to fix the consistent quotas for
transboundary water in the whole accordance with international
regulations and streamflow formation regime.
Стратегия ускоренного развития любого государства
опирается на оптимальное использование ресурсного потенциала страны во всех его проявлениях. Одним из важнейших для Узбекистана являются водные ресурсы, потребление которых в сельскохозяйственном секторе республики
составляет 90%. Основной источник водных ресурсов в
Центральной Азии – горное оледенение – деградирует. Его
242
объёмы, по некоторым оценкам, сократились почти на одну
треть [1, 2]. Таяние ледников ранее повышало водность рек,
а в настоящее время ледниковое питание сокращается. Нет
пока ясности с изменениями снегового и дождевого питания, а также – подземного.
Тема сокращения водообразования в регионе весьма актуальна. Исчерпание речного стока – это следствие его изъятия и сокращения, его объёмов по стволу, что в итоге придаёт устью реки слепой конец. Это явление охватило на
субконтиненте малые, средние и большие реки. Исчерпание
речного стока обусловило проблему Арала. Загрязнение
вод – это ухудшение их качества из-за внесения в водные
объекты токсичных и радиоактивных веществ, патогенных
микробов, тепла и других поллютантов. В итоге от засоления и загрязнения воды становятся непригодными для использования, в том числе и гидробионтами водных объектов. Это приводит к биоциду населения акваторий, как, например, Аральского моря.
Охрана бассейнов рек и экосистем, рациональное использование воды, предотвращение техногенных катастроф
и смягчение последствий стихийных бедствий, а также укрепление институциональных основ сотрудничества особенно важны на фоне необратимых глобальных изменений
климата. Об этом заявил Постоянный представитель Республики Узбекистан Д. Хакимов в интерактивном диалоге
высокого уровня по-водному сотрудничеству, который
прошел 22.03.2013 г. в Генеральной Ассамблее ООН. Исчерпание водных ресурсов и негативное изменение качества
вод обусловили на субконтиненте обострение экологической обстановки от катастрофической (Аральское море),
бедственной (Приаралье) до проблемной (орошаемые и застроенные территории).
C 1992 г. независимые государства Центральной Азии
используют речной сток каждое в своих национальных интересах [1, 3, 4]. Насколько они корректно определены – это
не только внутреннее их дело, но и предмет межгосударственных согласований, так как все пользуются трансгранич243
ными водами с ограниченными ресурсами. Сегодня как никогда назрела необходимость более тесного сотрудничества
и поиска согласия между государствами региона в области
рационального использования общих водных ресурсов.
Коллизия интересов происходит из-за несоблюдения требований на воду отраслей пользователей с естественным
внутригодовым распределением стока между собой (отраслями). Располагаемых водных ресурсов для одновременного
удовлетворения требований ирригации и гидроэнергетики –
основ-ных конкурентов, как было установлено [7, 8], недостаточно или нерентабельно. Однако в недавнем прошлом
водные ресурсы субконтинента регулировались в интересах
ирригации, а гидроэнергоресурсы использовались попутно,
но с полной отдачей.
В настоящее время верховые государства – Таджикистан
на Вахше и Кыргызстан на Нарыне, задействуют гидроэнергетические установки круглогодично для удовлетворения
своих нужд в электроэнергии. В этой связи изменился устоявшийся порядок внутригодового распределения стока –
названные ранее реки лишились летнего половодья. Узбекистан неоднократно высказывался и против попыток реализовать в Центральной Азии «проекты, которые были разработаны 30- 40 лет назад, по возведению в верховьях этих
рек масштабных гидросооружений с гигантскими плотинами, особенно учитывая сейсмичность зоны строительства.
Узбекистан считает, что все это может нанести непоправимый ущерб экологии и стать причиной опасных техногенных катастроф. Было бы гораздо рациональнее перейти к
строительству менее опасных, но более экономных малых
ГЭС.
На Амударье ущербы вегетационному стоку наносит
Вахшский каскад гидроузлов, по которому невегетационные энергетические попуски достигают 5…6,4 км3 за сезон.
Эти ущербы для ирригации «добегают» до низовий и в
большей части складываясь с несанкционированными изъятиями лишают их летнего половодья. Освоение гидроэнергоресурсов Вахша, а затем в неблизкой перспективе и
244
Пянджа, усугубит водохозяйственную обстановку, особенно, без контрегулирования. Таковое по наработкам «Гидропроекта» предусматривалось вести Верхнеамударьинским
гидроузлом и далее возможно ещё в нескольких створах на
Амударье [5...8]. Заметим, что расчётная продолжительность строительства Верхнеамударьинского гидроузла оценивалась в 11 лет [9]. Так что контррегулирование, если к
его подготовке и приступят после завершения строительства Рогунского гидроузла, возможно со временем.
Ущерб вегетационному стоку на Сырдарье наносят энергетические попуски по Нижне-Нарынскому каскаду гидроузлов в осеннее-зимне-весенний период объёмом 4…7,1 км3
за сезон. На эту величину превышается естественный невегетационный сток. Эти ущербы для ирригации проявляются в Ферганской долине и на левобережье среднего течения.
При этом большая их часть приходится на долю Узбекистана. Нарабатываются варианты контррегулирования [4, 10,
11], но они за редким исключением не находят применения,
а задействованные не решают проблему в целом. На Сырдарье в маловодье последних лет, по-видимому, подработаны
на неопределенный срок возможности многолетнего регулирования стока. Что чревато издержками как для гидроэнергетики, так и ирригации.
Нескоординированное водопользование постсоветского
периода требует от государств потенциальных собственников трансграничных вод, наведения порядка в их использовании. Ключевой проблемой в этом деянии является установление согласованных квот на трансграничные воды в
полном соответствии с международными регламентами и
режимом стокообразования.
Эта проблема многоаспектная и её решение, по-видимому, следует начинать с оценки начальных гидрологических
условий, то есть ненарушенных или «мало нарушенных»
хозяйственной деятельностью. В её задачу входит установление «природной квоты» гидрографической сети для сохранение таковой вплоть до регионального базиса стока,
/Рафиков В.А., 2009/.
245
Маловодье ныне особенно жестко отражается на концевых водопотребителях Каракалпакстане, Хорезме, когда
дефицит водных ресурсов возрастает до 4,0…7,0 км3 или
25…45% от лимитов, которые устанавливались в руководящих документах пролонгированных и в постсоветское
время. Маловодье осложняется энергетическими попусками
и несанкционированными изъятиями, что переводит водохозяйственную обстановку из проблемного состояния в
критическое. Последствия надвигающихся маловодий станут для субконтинента возможно более жесткими, чем в
приведенном примере. Но высокие требования на воду во
всех прибрежных государствах сохраняются в основном изза несовершенства технико-технологической базы и неосовремененной культуры орошаемого земледелия. В общем,
водохозяйственные комплексы прибрежных государств водоёмкие, что для аридных стран в условиях грядущего маловодья недопустимо и преодолимо, по-видимому, по высокой цене.
Библиографический список
1. Вода основа жизни и человеческого существования (материалы конференции). – Душанбе: «Олсу», 2003. – 24 с.
2. Глобальные экологические конвенции: стратегические
направления действий по развитию потенциала. – Ташкент: Узгидромет / ПРООН, 2006. – 84 с.
3. Асенбеков А.Т. и др. Экономический механизм управления трансграничными водными ресурсами и основные
положения стратегии межгосударственного вододеления
– Бишкек: Международный институт гор, 2000. – 48 с.
4. Вода жизненно важный ресурс для будущего Узбекистана. – Ташкент: ПРООН, 2007.
5. Корнаков Г.И., Бостанджогло А.А. О комплексном использовании водно-энергетических ресурсов в Среднеазиатском экономическом районе. – Ташкент: САО Гидропроект, 1988. – 29 с.
246
6. Генеральная схема использования орошаемых земель,
водных ресурсов и их охрана в Узбекской ССР на период с 1991-2005 года: Основные положения. – Ташкент:
Объединение «Водпроект», 1990. – 375 с.
7. Генеральная схема комплексного использования водных
ресурсов реки Аму-Дарьи. – Ташкент: Институт «Средазгипроводхлопок», 1971. Т. 1. – С. 383.
8. Корнаков Г.И. и др. Существующее состояние и перспективы развития основных отраслей народного хозяйства в бассейне Аму-Дарьи. – Ташкент: СА Гидропроект, 1968. – 114 с.
9. Схема комплексного использования реки Пяндж и реки
Амударьи на пограничном участке между СССР и Афганистаном. 1970. Т. IV. Ч. 2.
10. Усиление регионального сотрудничества по рациональному и эффективному использованию водных ресурсов
в Центральной Азии. – Нью-Йорк: ООН. 2003. – 125 с.
11. Шерфединов Л.З., Давранова Н.Г., Пак Е.Л. Базовые
гидрологические критерии квотирования стока трансграничных рек Центральной Азии. /Тез. докл. Всерос.
гидролог. съезда, секция 3. – СПб.: Гидрометеоиздат,
2004. – С. 128-129.
247
СОДЕРЖАНИЕ
Стр.
Абжамиева Л.Б. ВОДНО-ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ БАССЕЙНА АРАЛЬНОГО МОРЯ.........
Авандеева О.П., Степановская И.А., Сабитов М.А.
РАЗРАБОТКА НАУЧНЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ПРИНЦИПОВ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ………..
Базарбаев А.Т., Баекенова М.К., Биримкулова Б.А.,
Мамадияров Б.С. МОНИТОРИНГОВЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КАЧЕСТВА ВОДЫ ТРАНСГРАНИЧНОЙ
РЕКИ ИЛЕ И ЕЕ ПРИТОКОВ………………………….
Баренбойм Г.М., Авандеева О.П., Сабитов М.А.,
Гринштейн И.Л., Прибытков П.В. О ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ РЕГИСТРАЦИИ СОДЕРЖАНИЯ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ПРОЦЕССЕ МОНИТОРИНГА ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ – ИСТОЧНИКОВ
ПИТЬЕВОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ…………………….
Волков В.И., Каганов Г.М. РЕЗУЛЬТАТЫ МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ
СООРУЖЕНИЙ МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ В 2012 г..
Волосухин В.А., Белоконев Е.Н. О ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ВОДОПРОПУСКНЫХ
СООРУЖЕНИЙ………………………………………….
Волосухин В.А., Белоконев Е.Н., Волынов М.А. 3DМОДЕЛИРОВАНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РЕЖИМА
ВОДОСБРОСНОГО СООРУЖЕНИЯ…………………..
Даценко Ю.С. РЕГУЛИРОВАНИЕ ЦВЕТНОСТИ
ВОДЫ ВОЛЖСКОГО ИСТОЧНИКА ВОДОСНАБЖЕНИЯ Г.МОСКВЫ…………………………………….
Замайдинов А.А., Добрынин С.А. ОЦЕНКА ГИДРОЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ РЕК РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН……………………………………..
Заурбек А.К., Заурбеков М.А., Зулпыхаров Б. Нарбаева К.Т., Капар Ш., Касымхан Д. К СТРАТЕГИИ
ПЛАНИРОВАНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОДНЫХ
РЕСУРСОВ БАССЕЙНА РЕКИ СЫРДАРЬИ…………...
248
3
9
16
29
37
45
61
76
82
87
Стр.
Исаева С.Д. ВОДОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ ДЛЯ ЭФФЕКТИВНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ПОДЗЕМНЫХ ВОД В АПК ……………………………….
Казмирук Т.Н. МЕЛКОДИСПЕРСНЫЕ ЧАСТИЦЫ
ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ И ИХ РОЛЬ В РЕЧНЫХ
ЭКОСИСТЕМАХ…………………………………………
Кулешова О.Е. МЕТОДИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ,
ВОЗНИКАЮЩИЕ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ПРАВИЛ
ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОДОХРАНИЛИЩ………………
Кумачев В.И., Медведников А.Н. МЕТОДИКА
ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ГРУНТОВЫХ ВОД В УСЛОВИЯХ ЕГО ОПЕРАТИВНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ………….
Курбанов Б.Т., Шерфединов Л.З. К ВОПРОСУ РАЗРАБОТКИ КОНЦЕПЦИИ СХЕМЫ СОЛЕОТВОДЯЩИХ СЕТЕЙ БАССЕЙНА РЕКИ АМУДАРЬИ……….
Курбанов Б.Т., Шерфединов Л.З. ПРОБЛЕМЫ СОВМЕСТНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОБЩИХ ВОДНЫХ
РЕСУРСОВ ЦЕНТРАЛЬНОЙ АЗИИ…………………….
Кутлияров Д.Н., Кутлияров А.Н. МОДЕЛИРОВАНИЕ ВОДОСБОРОВ БАШКОРТОСТАНА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГИС-ТЕХНОЛОГИЙ…………………………
Магомедова А.В., Рагимова А.С., Мухудинов Р.А.
ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ РЯДОВ
Мазуркин П.М. ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ КРУПНЫХ
РЕК…………………………………………………….
Мазуркин П.М. ПРОБЛЕМЫ РЕЧНЫХ СИСТЕМ И
ПОИСК ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ЗАГРЯЗНЕНИЯ……..
95
102
107
113
120
125
131
138
143
151
Манукьян Д.А., Уманский П.М., Карпенко Н.П.
ПРИМЕНЕНИЕ СТАТИСТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ
ПРИ ИМИТАЦИОННОМ МОДЕЛИРОВАНИИ РАБОТЫ ВОДОЗАБОРА ПОДЗЕМНЫХ ВОД………………..
Navruzov Sobir T. CREATION OF THE DECISION
SUPPORT SYSTEM FOR MONITORING OF WATER
OBJECTS IN THE BASIN OF TRANSBOUNDARY
RIVERS……………………………………………………
160
170
249
Стр.
Насрулин А.Б., Чембарисов Э.И., Лесник Т.Ю.
ГИДРОЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ГЕНЕЗИСА И
ФОРМИРОВАНИЯ РЕЧНЫХ ВОД БАССЕЙНА РЕКИ
АМУДАРЬИ………………………………………………
Омарова Г.Е., Сенников М.Н. ПРИНЦИПЫ СОЗДАНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ БД ГИС И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ………………………….
Путырский В.Е. ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ НА ПРИРОДНЫЕ ОБЪЕКТЫ
ТВЕРСКОЙ ОБЛАСТИ МЕТОДОМ НАТУРНОГО
МОДЕЛИРОВАНИЯ……………………………………..
Раимов Х.Д. НЕКОТОРЫЕ ПРОБЛЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ РЕК БАССЕЙНА АРАЛЬСКОГО МОРЯ…………………………………………
Сидорова С.А. МОНИТОРИНГ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ
В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ………………………….
Смирова М.А. ОЦЕНКА ИЗМЕНЕНИЯ ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК БАССЕЙНА ВЕРХНЕЙ
ВОЛГИ ПРИ СОВРЕМЕННОМ КЛИМАТЕ……………..
Угроватова Е.Г. ГИДРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ СМЕШАННЫХ ТИПОВ ПЕРЕБРОСКИ РЕЧНОГО СТОКА…………………………………………….
Усманов И.А., Файзиева Д.Х., Ким Л.П. К ВОПРОСУ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ МОНИТОРИНГА
ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ В УСЛОВИЯХ УЗБЕКИСТАНА………………………………………………………
Усманов И.А., Файзиева Д.Х., Ким Л.П. ВОПРОСЫ
ВОДОСНАБЖЕНИЯ И ОХРАНЫ ВОДОЁМОВ
ТРАНСГРАНИЧНЫХ ТЕРРИТОРИЙ УЗБЕКИСТАНА
Шерфединов Л.З., Курбанов Б.Т. НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ РАЦИОНАЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯИ И
УПРАВЛЕНИЯ РЕСУРСАМИ ТРАНСГРАНИЧНЫХ
РЕК ЦЕНТРАЛЬНОЙ АЗИИ…………………………….
250
177
183
189
208
213
218
225
231
236
242
МАТЕРИАЛЫ
МЕЖДУНАРОДНОЙ
НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ
«ПРОБЛЕМЫ КОМПЛЕКСНОГО
ОБУСТРОЙСТВА ТЕХНОПРИРОДНЫХ
СИСТЕМ»
ЧАСТЬ V
«МОНИТОРИНГ ВОДНЫХ
ОБЪЕКТОВ»
РЕДАКТОР Л.В. МИХЕЙКИНА
КОМПЬЮТЕРНАЯ ВЕРСТКА В.П. СМЫКОВОЙ
_____________________________________________________________
Подписано в печать 6.12.2013 г. Т. – 500 экз.
Формат 60х84/16. Объем 15,6 уч. –изд.л.
Печать ротационно-трафаретная. Бумага офисная.
Заказ № 688
_____________________________________________________________
Редакционно-издательский отдел МГУП
Отпечатано в лаборатории множительной техники МГУП
127550, Москва, ул. Прянишникова, 19