Прогноз качества воды на основе ПДМ

baykal

Повышение эффективности водоохранных мероприятий в озерах и водохранилищах с помощью постоянно действующей модели.

Краткое описание проекта

Основной задачей контроля качества воды в озерах является снижение скорости процессов эвтрофикации в водоеме. Эвтрофикацией называется повышение уровня первичной продукции биомассы  водного объекта  благодаря увеличению концентрации в воде биогенных элементов, главным образом, азота и фосфора.

Антропогенная эвтрофикация, как следствие урбанизации, является типичным явлением для большинства озер.

Негативные последствия эвтрофикации – резкое увеличение биомассы фитопланктона, что сопровождается ростом концентрации органических веществ и сокращением растворённого в воде кислорода и может привести к гибели рыбы и деградации экосистемы. Эвтрофикация сопровождается повышенной скоростью накопления органических соединений в донных отложениях, что в свою очередь повышают темпы эвтрофирования озёр.

Дефицит кислорода может способствовать переходу от аэробного к анаэробному режиму , при котором могут образоваться такие   соединения, как метан и сероводород и другие токсичные вещества. Экосистема в конечном итоге становятся неустойчивой с повышенным риском   гиперпродукции биомассы фитопланктона и массовой гибели рыбы и других гидробионтов. В эвтрофных озерах образуются большие количества канцерогенных, мутагенных и токсичных веществ, то есть, потребительские свойства воды существенно ухудшаются.

Для уменьшения темпов эвтрофирования в озерах используются профилактические и восстановительные процедуры. Профилактические методы сосредоточены на сокращении поступления биогенных веществ, в процессе реставрации применяются различные методы удаления биогенных веществ из воды и донных отложений.

Сложность и разнообразие процессов формирования качества воды и эвтрофикации озёр, а также неопределенности последствий водоохранных мероприятий вызывают необходимость разработки долгосрочных мер по снижению уровня эвтрофирования. В этом контексте, как наиболее эффективное средство для контроля качества воды в озёрах и анализа эффективности водоохраны предлагается использовать постоянно действующую модель.

Постоянно действующая модель состоит из двух основных частей:

  • измерения и информация;
  • прогнозирования и управления.

Цель первого блока — получение необходимой информации о гидрологических, гидрохимических, гидробиологических и микробиологических характеристиках водного объекта. Анализ этой информации является основанием для прогнозирования и контроля качества воды в озере. Блок прогнозирования качества воды состоит из системы дифференциальных уравнений гидродинамики и баланса веществ в воде и в донных отложениях. Особое внимание направлено на анализ накопления биогенных и органических загрязнений в донных отложениях озера и выход этих веществ в воду, образование наиболее опасных веществ (канцерогенных, токсичных, тяжелых металлов) в рыбе и других гидробионтах.

 

Опыт разработок по тематике проекта

Разработчиками выполнено   большое количество работ, связанных с предлагаемым проектом, среди них:

Прогнозирование качества воды Шатского водохранилища в связи с проектированием водоохранных мероприятий.(ВНИИ ВОДГЕО, научный рук. и ответственный исполнитель проекта Ф. Майрановский ) .Разработана математическая модель для расчёта интенсивности выхода загрязняющих веществ из донных отложений в воду. Даётся прогноз качества воды в водоёме и рекомендации по повышению эффективности водоохранных мероприятий.

Прогноз качества воды в проектируемом водохранилище на р. Трубеж и анализ влияния планируемых водохозяйственных мероприятий на гидрохимический режим озера Плещеево.( ВНИИ ВОДГЕО, научный рук. и ответственный исполнитель проекта Ф. Майрановский ) Разработана методика расчёта выхода биогенных элементов из чаши проектируемого водохранилища, сложенного торфяниками, в воду. На базе разработанной новой методики выполнены расчёты понижения уровня эвтрофикации оз. Плещеево в результате осаждения мелкой взвеси, сорбирующей большое количество биогенных элементов, в вышерасположенном водохранилище на р. Трубеж.

Экологические аспекты охраны источников питьевого водоснабжения.( ВНИИ ВОДГЕО, научный рук. и ответственный исполнитель проекта Ф. Майрановский). Приводится сопоставление нормативной базы России и международные стандарты качества воды. Рассмотрены принципы и критерии выбора приоритетных показателей качества воды в водных объектах- источниках питьевого водоснабжения. Разработаны рекомендации по совершенствованию системы контроля и организации системы управления качеством воды.

Прогноз качества воды в проектируемом водохранилище на р. Уссури ( Дальний Восток, Россия) .( ВНИИ ВОДГЕО, научный рук. и ответственный исполнитель проекта Ф. Майрановский ).

Прогноз качества воды в проектируемом водохранилище для водоснабжения г.Улан-Батор (Монголия) .( ВНИИ ВОДГЕО, научный рук. и ответственный исполнитель проекта Ф. Майрановский ).

Прогноз качества воды в проектируемом Асурасланском водохранилище в Челябинской области России. ( ВНИИ ВОДГЕО, научный рук. и ответственный исполнитель проекта Ф. Майрановский ).

 

Прогноз качества воды в проектируемом   водохранилище на р.Енисей. (Среднеенисейское водохранилище), Россия. ( ВНИИ ВОДГЕО, научный руководитель Ф.Г. Майрановский, ответственный исполнитель проекта С.Н.Шашков ).

 

Прогнозирование изменения качества воды в р. Волга после реконструкции Чебоксарского водохранилища. ( ВНИИ ВОДГЕО, научный рук. и ответственный исполнитель проекта Ф. Майрановский ). Даётся прогноз изменения качества воды по основным гидрохимическим, гидробиологическим и микробиологическим показателям при повышении уровня заполнения водохранилища. Рассматривается влияние выхода органических и биогенных веществ из затапливаемых мелководных участков в начальный период после повышения отметки воды.

 

Водоохранные мероприятия и прогноз качества воды Галичского озера. (ВНИИ ВОДГЕО, научный рук. и ответственный исполнитель проекта Ф. Майрановский.) На основании прогнозных расчётов показателей качества воды даются рекомендации по повышению эффективности водоохранных мероприятий.

 

Прогноз качества воды в проектируемом водохранилище на р. Катунь (Алтайский край, Россия). ( ВНИИ ВОДГЕО, научный руководитель Ф.Г.Майрановский, ответственный исполнитель С.Н.Шашков). На базе трёхмерной математической модели выполнены прогнозные расчёты качества воды в проектируемом водохранилище. Особое внимание уделено прогнозам выхода тяжёлых металлов (в частности, ртути) из донных   грунтов в воду при затоплении чаши водохранилища.

 

Прогнозирование качества в проектируемом Крапивинском водохранилище на р.Томь (Центр Социальной Экспертизы Республиканского инновационного фонда Совета Министров России, научный рук. Ф.Г.Майрановский, ответственный исполнитель  С.Н. Шашков )

На базе разработанной математической модели выполнены прогнозные расчёты качества воды озёр и водохранилищ с учётом их региональных особенностей. Рассмотрена эффективность планируемых водохозяйственных мероприятий и даются конкретные рекомендации для соответствующих проектных организаций ( Гидропроект, Союзводоканал   Госстроя СССР., Гипроводхоз СССР и др.)