Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Обзор литературы и постановка проблемы 13
1.1 Общая характеристика района исследования 13
1.2 Мониторинг морских вод Цемесской бухты 19
1.3 Гидрофизическая характеристика района исследования 31
1.4. Цель и основные задачи исследования 43
Глава 2 Обоснование системы мониторинга качества морских вод в припортовых акваториях (на примере Цемесской бухты) 46
2.1 Структура системы мониторинга качества морских вод 46
2.2 Выбор приоритетов 47
2.3 Проведение наблюдений 52
2.4 Оценка качества морских вод 56
2.5 Прогнозирование качества морских вод 59
2.6 Общие итоги по главе 66
Глава 3 Экспериментальное обоснование системы мониторинга качества морских вод в припортовых акваториях по интегральным показателям 69
3.1 Наблюдения и анализ результатов наблюдения качества морских вод по интегральным показателям 69
3.2 Оценка качества морских вод по интегральным показателям 91
3.3 Прогноз качества морских вод по интегральным показателям 93
3.4 Общие итоги по главе 105
Заключение 117
Список использованных источников
- Мониторинг морских вод Цемесской бухты
- Проведение наблюдений
- Прогнозирование качества морских вод
- Оценка качества морских вод по интегральным показателям
Введение к работе
Актуальность темы. Порты являются неотъемлемой составляющей в системе морского транспорта России. Современный морской порт - это крупный транспортный узел, который связывает различные виды транспорта: морской, речной, железнодорожный, автомобильный, трубопроводный и др. Одним из приоритетных направлений развития базовой транспортно-логистической инфраструктуры является увеличение портовых мощностей и перевалки грузов в портах. При этом наряду с увеличением мощности портов, расширением номенклатуры перерабатываемых грузов, повышается интенсивность проведения грузовых работ, и, как следствие, отрицательное воздействие порта на окружающую среду.
Крупнейший международный транспортный узел на юге России - порт Новороссийск, расположенный в акватории Цемесской бухты Черного моря. За последние десять лет (2000-2009 гг.) грузооборот порта увеличился более чем в 2 раза. В структуре грузооборота порта присутствуют наливные, навалочные, генеральные грузы и контейнеры. В номенклатуре наливных грузов основная доля приходится на нефть и нефтепродукты (98 %), возросла доля (2 %) жидких калийно-аммиачных удобрений. Номенклатура навалочных грузов включает зерновые грузы (44 %), минеральные удобрения (16 %), сахар (13 %), цемент (12 %), железорудное сырье (11 %), металлолом (4 %). Список генеральных грузов включает черные (74 %) и цветные (7 %) металлы, лесные грузы (11 %), чугун (3 %), скоропортящиеся (1 %) и прочие грузы (4 %). Являясь крупным транспортным предприятием по перегрузке различной номенклатуры грузов с одного вида транспорта на другой, эксплуатационная деятельность порта на акватории бухты оказывает влияние на ее гидрохимический режим, ухудшая качество воды, естественную среду обитания и оптимальные условия развития большинства гидробионтов.
Известно (Израэль, 1979), что изменения под влиянием антропогенных факторов, в отличие от естественных, приводят к быстрому изменению среднего состояния компонентов окружающей среды. В этой ситуации чрезвычайно важно (как для незамедлительных практических действий, так и для планирования на перспективу) организовать мониторинг состояния окружающей среды, как систему повторных наблюдений одного и более компонентов природной среды в пространстве и во времени с определенными целями в соответствии с заранее подготовленной программой (Mann R.E., 1973).
Концепция и научные основы мониторинга изложены в работах таких ученых, какЮ.А. Израэль, И.П. Герасимов, К.В. Ананичев, В.Д. Федоров и др.
В целях защиты и сохранения морской среды природоохранным законодательством (ФЗ-№ 155 от 31.07.98 г.) предусмотрен мониторинг состояния внутренних морских вод и территориального моря (мониторинг морских вод); с 2005 г. действуют нормативные акты по «Созданию единой системы информации об обстановке в Мировом океане» (ЕСИМО). В общей системе мониторинга морских вод большое внимание уделяется участкам морей, подвергающихся антропогенному воздействию. К таким участкам относятся акватории, где осуществляется основная эксплуатационная деятельность портов: перегрузка на-
ливных и насыпных грузов; сброс сточных и поверхностных вод; морское судоходство; аварийные разливы и др.
В акватории Цемесской бухты наблюдения за состоянием морской среды проводит ФГУ «ГОИН» по комплексу гидрохимических показателей в соответствии с требованиями ГОСТ 17.1.3.08-82. Анализ существующего мониторинга морских вод в акватории Цемесской бухты показал, что при его проведении реализуются только задачи наблюдения и оценки фактического состояния морской среды. Однако от мониторинга морских вод требуется не пассивная констатация фактов, а соответствующая обработка поступающей информации по результатам наблюдения, оценка получаемой информации и, как результат, обеспечение прогнозирования состояния морской среды.
В связи с эти обоснование, описание и разработка систем, призванных информировать о качестве морских вод, особенно на портовых акваториях с повышенными антропогенными нагрузками, является в настоящее время актуальным и важным при организации систем мониторинга в любых масштабах и с любыми целями.
Цель исследования - совершенствование мониторинга морских вод на акваториях с повышенными антропогенными нагрузками по интегральным показателям.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
обоснованы приоритеты мониторинга (определяемые показатели и места наблюдений);
обоснован мониторинг качества морских вод на участках портовой акватории по интегральным показателям (растворенный кислород и биохимическое потребление кислорода) и описаны его основные элементы (наблюдение, оценка и прогноз);
адаптирована модель Стритера-Фелпса для целей прогнозирования качества морских вод по интегральным показателям;
разработана методика определения коэффициентов математической модели Стритера-Фелпса по экспериментальным данным и результатам математического моделирования.
Объект исследования: мониторинг морских вод (на примере портовой акватории Цемесской бухты).
Предмет исследования: показатели качества морских вод.
Методы исследования. При решении поставленных задач использованы методы исследования: химические и физико-химические методы анализа при измерении гидрохимических показателей качества морской воды, отобранной на исследуемых участках акватории; статистические методы при первичной обработке результатов измерений; методы системного анализа при анализе результатов измерения; методы математического моделирования при прогнозировании качества морской воды.
Положения, выносимые на защиту:
- показатели качества морских вод (растворенный кислород и биохими
ческое потребление кислорода) и места наблюдений;
методика прогнозирования качества морских вод портовой акватории по интегральным показателям на основе адаптированной математической модели Стритера-Фелпса;
структура мониторинга качества морских вод портовой акватории по интегральным показателям.
Научная новизна результатов исследования состоит:
в выборе определяемых показателей и мест наблюдения при проведении мониторинга качества морских вод;
в новом подходе к реализации мониторинга морских вод;
в адаптации к морской среде математической модели Стритера-Фелпса (модель качества воды) с целью прогнозирования ее качества.
Практическая ценность диссертации заключается в получении результатов, способствующих решению задач мониторинга морских вод в портовых акваториях, где качество воды формируется под влиянием эксплуатационной деятельности транспортных предприятий. Результаты исследования использованы в учреждении (ФГУ «АМП Новороссийск»), осуществляющим государственный портовый контроль, а также в дисциплине «Методы и приборы контроля окружающей среды и экологический мониторинг» специальностей «Инженерная защита окружающей среды» и «Безопасность в техносфере» (ФГБОУ ВПО «ГМУ имени адмирала Ф.Ф.Ушакова»). Полученные результаты позволяют реализовать мониторинг качества морских вод в полном объеме и применимы к любым морским акваториям.
Апробация работы. Основные материалы диссертации представлены на XVIII международной конференции «Математика. Экономика. Образование» (2010 г.), XVIII и ХГХ международных конференциях «Лазерно-информационные технологии в медицине, биологии и геоэкологии» (2010, 2011 гг.), а также на региональных научно-технических конференциях (2008, 2010, 2011гг.).
Личный вклад автора. Автор самостоятельно проводил отбор проб, лабораторные исследования, обработку результатов анализа, обосновал, разработал структуру мониторинга качества морских вод портовой акватории и методику параметризации модели качества воды, что отражено в публикациях.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, 5 из которых опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ, 7 публикаций - в других изданиях.
Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа содержит 169 страниц машинописного текста, в том числе 29 таблиц и 25 рисунков. Список литературы состоит из 63 наименований.
Мониторинг морских вод Цемесской бухты
Значения ПДК используются также в качестве нормативной основы в методиках комплексной оценки качества воды, различающихся предназначением, составом и количеством используемых параметров, способом операций с ними и др. Подробный обзор и анализ методик, имеющих наиболее широкое распространение, приведен в [24]. Авторы делают вывод «об отсутствии к настоящему времени единой, достаточно полной и сбалансированной комплексной методики оценки качества воды, удовлетворяющей требованиям экологов и токсикологов». На законодательном уровне приняты только два документа: - ГОСТ 17.1.2.04-77 «Охрана природы. Гидросфера. Показатели состояния и правила таксации рыбохозяйственных водных объектов» [25] - единственный документ на уровне стандарта, определяющий систему подробной оценки водных объектов, используемых для рыбохозяйственных целей; - РД 52.24.643-2002 «Метод комплексной оценки степени загрязненности поверхностных вод по гидрохимическим показателям» [26] - единственный документ в системе РОСГИДРОМЕТа, предназначенный для обработки данных регулярных наблюдений за химическим составом, и позволяющий дать интегральную оценку качества поверхностных вод.
Оценка состояния морских вод с использованием нормативных документов [25, 26] по обобщенным данным, приведенным в таблице 1.1, позволила установить следующее [21]: - состояние водного объекта, используемого для рыбохозяйственных це лей, должно характеризоваться качеством воды, которое определяется по сле дующим показателям: соленость, жесткость и рН; трофо-сапробность; содер жание вредных веществ [25]. По имеющимся данным, качество воды по соле ности можно оценить как полигалобное - морские воды с пониженной солено стью; по водородному показателю - как нормальные; по трофо-сапробным по казателям (фактически - это гидрохимические показатели) - как чистые воды (класс сапробности - ксеносапробные, уровень природной трофии - олиго трофные). Оценка выполнялась при неполном перечне показателей, перечисленных в ГОСТе (например, такие показатели, как прозрачность воды, БПК5 и перманганатная окисляемость в результатах наблюдений отсутствуют). Стандартом рекомендовано также оценивать «соответствие содержания в воде органических веществ сапробного загрязнения и природных органических веществ» по индексу, вычисляемому как долю биологически окисляемого вещества (по БПК5) к общей концентрации органических веществ (по перманганатной окис-ляемости). Это дает основания предположить, что в ГОСТе под сапробным понимается «нежесткое» (т.е. биологически расщепляемое) органическое загрязнение антропогенного происхождения. Этот индекс определить также не представляется возможным; - в «Ежегоднике качества морских вод по гидрохимическим показателям» для описания качества вод используются расчетные значения ИЗВ, позволяющие отнести воды исследуемого района к определенному классу чистоты. ИЗВ установлен Госкомгидрометом СССР [27] и для морских вод рассчитывается по четырем показателям. Причем, при расчете используются концентрации трех наиболее значимых загрязнителей, среднегодовое содержание которых в наибольшей степени превышало ПДК, и растворенного в воде кислорода. Как видно из таблицы 1.1, концентрацию РК использовать для расчета нельзя (за исключением 2005, 2006 гг.), так как она представлена в %, а не в мг/л. Другие показатели также не могут быть использованы, потому что нет превышений величин ПДК. Вероятно, по этой причине в отчетах по Цемесской бухте ИЗВ отсутствует. Тем не менее, в отчете за 2004 г. (представлено минимум показателей) для контролируемой акватории дана оценка состояния вод по ИЗВ: «На внутренней акватории порта Новороссийск качество вод соответствовало IV классу, т.е. "загрязненным" (ИЗВ до 1,27)» [17].
Надо заметить, что с 2004 г. действие документа [27] отменено в связи с введением [26]. Согласно этому документу комплексными оценками являются: коэффициент комплексности загрязненности воды, удельный комбинаторный индекс загрязненности воды (УКИЗВ). Классификация качества воды, прове денная на основе значений УКИЗВ, позволяет разделять поверхностные воды на 5 классов в зависимости от степени их загрязненности: 1-й класс - условно чистая; 2-й класс - слабо загрязненная; 3-й класс - загрязненная; 4-й класс -грязная; 5-й класс - экстремально грязная.
Предварительная оценка степени загрязненности воды водных объектов начинается с расчета коэффициента комплексности загрязненности воды. Этот коэффициент (%) представляет собой отношение количества нормируемых ингредиентов и показателей качества воды, содержание или значение которых превышает соответствующие им ПДК в результате анализа к общему количество нормируемых ингредиентов и показателей качества воды, определенных в результате анализа. Надо отметить, что оптимальное число учитываемых в процессе оценки ингредиентов должно составлять от 10 до 25 [26]. Коэффициент комплексности загрязненности воды используется непосредственно при интерпретации результатов расчета для характеристики водного объекта. На основе этого коэффициента выделяются категории воды водных объектов по комплексности загрязненности. Так как в данных наблюдений (табл. 1.1) отсутствуют случаи превышения ПДК по определяемым ингредиентам, то расчеты коэффициента комплексности загрязненности воды теряют смысл. В этом случае оценить степень загрязненности и классифицировать воду по степени загрязненности предлагаемым методом не представляется возможным.
Таким образом, в акватории Цемесской бухты мониторинг морских вод проводится по гидрофизическим и гидрохимическим показателям. Однако, при его функционировании реализуются только такие направления деятельности, как наблюдение за состоянием и оценка фактического состояния морской среды. Оценить состояние морской воды можно только по критерию ПДКвр. Так как нет превышений ПДКвр, то нет и оснований считать обстановку в бухте неблагополучной. Оценка по [22] при неполном перечне показателей подтверждает этот вывод. Однако классификация вод по ИЗВ, как загрязненные [17] - настораживает. В пользу сомнений говорят и результаты спутникового наблюдения. В заключение следует сказать, что задачи, стоящие перед мониторингом морских вод по гидрохимическим показателям нельзя считать успешно решенными. К тому же, результаты наблюдений не позволяют судить об изменениях состояния морской среды, вызванных антропогенными причинами, что, по сути, является главной целью мониторинга. По-прежнему необходима обоснованная и эффективная система мониторинга, информирующая о качестве морских вод, находящихся под влиянием эксплуатационной деятельности порта. Не менее важным для решения задач мониторинга морских вод является поиск показателей, позволяющих получать интегральную оценку качества морских вод и прогнозировать изменение качества воды на акваториях с повышенными антропогенными нагрузками.
Проведение наблюдений
Реализация предложений первой группы была бы предпочтительным вариантом, но практически не выполнима.
Предложения второй группы [33] нашли отражение в нормативных документах [25, 26, 34]. В целом круг обязательных показателей ограничивается в пределах от десяти до двадцати пяти.
Предложения третьей группы [35] основаны не только на необходимости оценки, но и на необходимости прогнозирования изменения качества воды. При этом во внимание принимаются такие показатели, изменение концентрации которых в силу физических, химических и биологических причин автоматически влияет на значение других показателей.
Как отмечено в первой главе, мониторинг качества морских вод в акватории Цемесской бухты проводится по десяти гидролого-гидрохимическим показателям. Результаты наблюдения позволяют лишь констатировать, что качество воды па сегодня отвечает нормативным требованиям, т.е. превышения ПДКвр отсутствуют [21]. В этом случае комплексную оценку качества воды по гидрохимическим показателям [26] выполнить невозможно. А также не возможно судить об изменениях, происходящих в морской воде под влиянием антропогенных факторов. Поэтому предложения третьей группы, не получившие в литературе достаточного освещения, заслуживают внимания и изучения [11].
Оптимальные условия развития большинства микроорганизмов, растений и животных зависят не только от наличия пищи, но и от сочетания абиотических факторов морской среды: температуры, рН среды, солености, мутности воды, освещенности, аэробных условий [36].
В значительной степени жизнедеятельность морских организмов определяется содержанием кислорода в морской воде. Например, минимальное содержание РК, обеспечивающее нормальное развитие рыб, составляет около 5 мг/л. Понижение его до 2 мг/л вызывает массовую гибель рыб. Неблагоприятно сказывается на их состоянии и пересыщение (выше 120 %) воды кислородом [37]. Следует отметить, что при оценке экологического благополучия морской среды относительное содержание кислорода редко принимается во внимание. Однако пересыщенность воды кислородом возникает, как правило, при концентрациях, далеких от критических, например, 11 мг/л при температуре воды 15 С или 10 мг/л при температуре воды 22 С.
Концентрация кислорода в морской воде зависит от ее физических характеристик (температуры и солености), а также от биохимических факторов (фотосинтеза и потребления кислорода при аэробном окислении органических веществ). Интенсивность фотосинтеза зависит от освещенности и температуры, а окисления - от количества органики, микроорганизмов и, опять же, от температуры. Кроме рассмотренных механизмов, изменение концентрации кислорода в морской воде может происходить под влиянием гидродинамических факторов -переноса (адвекции) течениями, вертикального волнового перемешивания и др. [38].
Поступление кислорода в водный объект ограничивается его растворимостью в воде. Количественной характеристикой растворимости кислорода являются величина концентрации насыщения Р (мг/л) и степень насыщения N (%).
При определенной температуре воды и давлении в морской воде может раствориться строго определенное количество кислорода. Концентрация насыщения (растворимость) морской воды кислородом определяется по формуле [39]: где N— степень насыщения воды кислородом, %; С - концентрация кислорода в воде, мг/л; р - атмосферное давление, Па; Р - растворимость кислорода при данной температуре, солености и общем давлении 101308 Па, мг/л.
Если, воспользовавшись данными таблиц 1.6 и 1.7, провести расчет по (2.1), то можно видеть, что растворимость кислорода подвержена сезонным колебаниям и варьирует в пределах от 9,91 до 11,41 мг/л зимой и от 7,36 до 8,32 мг/л летом (табл. 2.1). Анализ полученных результатов позволяет прогнозировать уменьшение растворимости кислорода в морской воде с увеличением температуры от 5 С (зимой) до 25 С (летом). Причем, увеличение солености от 16,40 %о до 19,98 %о понижает растворимость с 11,45 до 11,19 мг/л зимой, и с 7,51 до 7,36 мг/л летом.
Концентрация РК в морской воде зависит также от потребления его при окислении органического вещества, то есть от биохимических факторов. В аэробной среде биохимическое окисление органических веществ происходит под воздействием бактерий по схеме: органические вещества + кислород » вода + диоксид углерода + иные вещества. Разложение органического вещества можно считать эквивалентным реакции окисления, приводящей к понижению РК в воде и к нарушению экологического равновесия.
Критерием, характеризующим суммарное содержание в воде органических веществ, является показатель БПК [41]. БПК выражает количество кислорода (мг), необходимое для биохимического окисления органических веществ, содержащихся в воде, за определенный промежуток времени. Нормируемым показателем [23] является БПК5 - количество кислорода, израсходованное за пять суток в процессе биохимического окисления органических веществ, содержащихся в анализируемой воде. Рассчитывают БГЖ5 (мгО/л) как разность в содержании кислорода в момент взятия пробы и спустя 5 суток.
Таким образом, РК играет важную роль в экологии водного объекта. С ним связана ассимилирующая способность морских вод, т.е. способность морских вод к разложению органического вещества. Поэтому содержание РК в морской воде представляет большой интерес не только с точки зрения развития жизни, но и как интегральный показатель экологического состояния морской среды. Связь, существующая между величиной РК и величиной БПК, делает показатель БПК важным для интегральной оценки загрязненности морских вод различными органическими веществами. Поэтому в качестве основных гидрохимических показателей, определяемых при мониторинге, выбраны РК и БПК5. Показатели (температура, соленость, рН), влияющие на протекание процессов растворения кислорода в морской воде и его потребления при аэробном окислении органических веществ, выбраны как дополнительные.
Принимая во внимание высокую температуру воды (до 25 С, а в последние годы до 30 С), слабое ветровое перемешивание и слабое течение, характерные для летнего времени года, на начальном этапе исследований целесообразно наблюдения проводить в период с мая по август с ежемесячным отбором проб морской воды. Режим наблюдения по выбранным показателям может корректироваться, в зависимости от получаемых результатов. При выборе мест отбора проб (МОП) учитывалась роль гидротехнических сооружений в формировании качества воды на внутренней акватории Цемесской бухты. Как отмечалось в первой главе, расположенные перпендикулярно берегу (рис. 1.3, 2.2), они препятствуют естественному вдольбереговому течению, уменьшают его скорость и способствуют возникновению зон с хорошо прогретой водой. Поэтому в качестве МОП (табл.2.2) на внутренней акватории Цемесской бухты целенаправленно выбраны шесть участков (№ 1-Н ) портовой акватории, подверженные наибольшему техногенному воздействию и образующие зоны с возможными неблагоприятными экологическими условиями [11].
Прогнозирование качества морских вод
Определение коэффициента реаэрации (при температуре 20 С) на участках портовой акватории (МОП № 2+6) в мае и на участках портовой акватории (МОП № 1+6) за период наблюдения июнь-август по разработанным программным вычислительным блокам проводилось аналогично (Приложение Б). Начальные условия и заданные начальные приближения для определения коэффициента реаэрации на участках портовой акватории (МОП № 2+6) в мае и на участках портовой акватории (МОП № 1+6) за период наблюдения июнь-август, и результаты определения коэффициента реаэрации приведены в таблицах 3.13-3.16.
Прогнозирование концентрации РК на каждом участке портовой акватории (МОП № 1+6) выполнялось по уравнению (2.13) с использованием результатов наблюдений и полученных в п. 3.3.2 значений коэффициентов (табл. 3.10-3.16). Результаты расчетов по уравнению (2.13) приведены на рисунках 3.4-3.9, которые представляют собой изменение во времени концентрации РК и построены для двух случаев: 1) при температуре воды в день отбора пробы (T=const, табл. 3.1) для каждого расчетного периода; 2) при температуре воды, изменяющейся ежесуточно в течение каждого расчетного периода (рис. 3.10). Изменение во времени концентрации РК, полученное в первом случае, позволяет видеть общее развитие ситуации в каждом расчетном периоде. Результаты расчетов по уравнению (2.13) в этом случае представляют собой собственно прогноз концентрации РК за расчетный период.
Изменение во времени концентрации РК, полученное во втором случае, отражает влияние температуры на изменение концентрации РК в воде в течение расчетного периода. Учет зависимости коэффициентов К] и К2 от температуры выполнялся по формулам (2.17) и (2.18).
Результаты расчетов, полученные в обоих случаях, показывают также возможные критические точки (кислородные прогибы), соответствующие минимуму концентрации РК, которые могут возникать при определенных гидрометеорологических условиях (в частности, температура воды, безветренная погода) и протекающих в воде процессах (в частности, скорость реаэрации и потребления кислорода).
Поступление кислорода в водный объект из атмосферы ограничивается его растворимостью, которая также зависит от температуры воды. Влияние температуры на концентрацию насыщения РК также приведено на рисунках 3.4-3.9. Представленная кривая показывает состояние насыщенности (в абсолютных единицах, мг/л) воды кислородом при данной температуре среды. Изменения во времени концентрации РК, полученные в первом и втором случаях и представленные на рисунках 3.4-3.9, наглядно показывают степень пересы-щенности или недонасыщенности воды кислородом по прошествии времени t.
В таблице 3.17 приведены концентрации РК в морской воде, полученные по уравнению (2.13), а также результаты сравнения прогнозируемой концен 104 трации РК при постоянной температуре воды (Сп ) и концентрации РК с учетом изменения температуры воды (СР ) по отношению к фактически измеренной (Со).
При практической реализации мониторинга качества морских вод на участках портовой акватории по интегральным показателям (рис. 2.1) выполнены следующие работы:
1. На выбранных участках портовой акватории (рис.2.2) измерены гидрофизические (табл. 3.1) и гидрохимические (табл. 3.4) показатели морской воды. При измерениях использовались химические и физико-химические методы анализа; первичная обработка результатов измерения выполнялась статистическими методами.
2. Результаты химического анализа морской воды, отобранной на разных участках акватории (МОП № 1 Н5), сравнивались с целью выявления значимых различий между ними с помощью однофакторного дисперсионного анализа. Установлено (табл. 3.7, 3.8), что значения концентрации РК и БПК5, измеренные в разных местах исследуемой акватории, различаются значимо.
3. По каждому исследуемому участку портовой акватории (МОП № 1-К ) выполнена оценка качества морской воды (табл. 3.9) по критериям, одновременно учитывающим степень насыщения воды кислородом (%) и БПК5.
4. Экспериментально изучен процесс ВПК и для каждого участка портовой акватории (МОП № Кб) определен коэффициент биохимического окисления (К2), характеризующий скорость разложения органических веществ (табл. 3.10, 3.11). Определение численного значения коэффициента К2 при различном времени инкубации пробы выполнялось по предварительно разработанному программному вычислительному блоку (Mathcad 200її) в соответствии со схемой, приведенной на рисунке 2.5.
Оценка качества морских вод по интегральным показателям
Определение коэффициента реаэрации (при температуре 20 С) на участках портовой акватории (МОП № 2+6) в мае и на участках портовой акватории (МОП № 1+6) за период наблюдения июнь-август по разработанным программным вычислительным блокам проводилось аналогично (Приложение Б). Начальные условия и заданные начальные приближения для определения коэффициента реаэрации на участках портовой акватории (МОП № 2+6) в мае и на участках портовой акватории (МОП № 1+6) за период наблюдения июнь-август, и результаты определения коэффициента реаэрации приведены в таблицах 3.13-3.16.
Прогнозирование концентрации РК на каждом участке портовой акватории (МОП № 1+6) выполнялось по уравнению (2.13) с использованием результатов наблюдений и полученных в п. 3.3.2 значений коэффициентов (табл. 3.10-3.16). Результаты расчетов по уравнению (2.13) приведены на рисунках 3.4-3.9, которые представляют собой изменение во времени концентрации РК и построены для двух случаев: 1) при температуре воды в день отбора пробы (T=const, табл. 3.1) для каждого расчетного периода; 2) при температуре воды, изменяющейся ежесуточно в течение каждого расчетного периода (рис. 3.10). Изменение во времени концентрации РК, полученное в первом случае, позволяет видеть общее развитие ситуации в каждом расчетном периоде. Результаты расчетов по уравнению (2.13) в этом случае представляют собой собственно прогноз концентрации РК за расчетный период.
Изменение во времени концентрации РК, полученное во втором случае, отражает влияние температуры на изменение концентрации РК в воде в течение расчетного периода. Учет зависимости коэффициентов К] и К2 от температуры выполнялся по формулам (2.17) и (2.18).
Результаты расчетов, полученные в обоих случаях, показывают также возможные критические точки (кислородные прогибы), соответствующие минимуму концентрации РК, которые могут возникать при определенных гидрометеорологических условиях (в частности, температура воды, безветренная погода) и протекающих в воде процессах (в частности, скорость реаэрации и потребления кислорода).
Поступление кислорода в водный объект из атмосферы ограничивается его растворимостью, которая также зависит от температуры воды. Влияние температуры на концентрацию насыщения РК также приведено на рисунках 3.4-3.9. Представленная кривая показывает состояние насыщенности (в абсолютных единицах, мг/л) воды кислородом при данной температуре среды. Изменения во времени концентрации РК, полученные в первом и втором случаях и представленные на рисунках 3.4-3.9, наглядно показывают степень пересы-щенности или недонасыщенности воды кислородом по прошествии времени t.
В таблице 3.17 приведены концентрации РК в морской воде, полученные по уравнению (2.13), а также результаты сравнения прогнозируемой концен 104 трации РК при постоянной температуре воды (Сп ) и концентрации РК с учетом изменения температуры воды (СР ) по отношению к фактически измеренной (Со).
При практической реализации мониторинга качества морских вод на участках портовой акватории по интегральным показателям (рис. 2.1) выполнены следующие работы:
1. На выбранных участках портовой акватории (рис.2.2) измерены гидрофизические (табл. 3.1) и гидрохимические (табл. 3.4) показатели морской воды. При измерениях использовались химические и физико-химические методы анализа; первичная обработка результатов измерения выполнялась статистическими методами.
2. Результаты химического анализа морской воды, отобранной на разных участках акватории (МОП № 1 Н5), сравнивались с целью выявления значимых различий между ними с помощью однофакторного дисперсионного анализа. Установлено (табл. 3.7, 3.8), что значения концентрации РК и БПК5, измеренные в разных местах исследуемой акватории, различаются значимо.
3. По каждому исследуемому участку портовой акватории (МОП № 1-К ) выполнена оценка качества морской воды (табл. 3.9) по критериям, одновременно учитывающим степень насыщения воды кислородом (%) и БПК5.
4. Экспериментально изучен процесс ВПК и для каждого участка портовой акватории (МОП № Кб) определен коэффициент биохимического окисления (К2), характеризующий скорость разложения органических веществ (табл. 3.10, 3.11). Определение численного значения коэффициента К2 при различном времени инкубации пробы выполнялось по предварительно разработанному программному вычислительному блоку (Mathcad 200її) в соответствии со схемой, приведенной на рисунке 2.5.
