Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время проблема качества питьевой воды является предметом особого внимания. Необходимость и неотложность ее решения обусловлены повсеместным ухудшением состояния водоисточников.
Возможность использования природных водных объектов в качестве источников водоснабжения населенных пунктов и промышленных предприятий оценивается, прежде всего, с позиций их экологического состояния, определяемого наличием в воде компонентов как природного, так и техногенного происхождения. С этой точки зрения вода представляет собой сложную физическую, биохимическую и экологическую систему, равновесие которой поддерживается огромным числом достаточно хрупких механизмов. И для того, чтобы предсказывать более или менее правильно последствия принятия тех или иных решений, необходим соответствующий аппарат. Подобные предсказания возможны на основе математического моделирования поведения экосистемы.
Объективная потребность использования математических моделей в научных исследованиях экологических систем диктуется рядом соображений. Главное из них то, что математика дает возможность описания явления на точном языке и выражения его в системе понятий, которые можно использовать для исследования различных процессов.
Роль математики сводится' не столько к применению математических методов, как аппарата исследований, сколько к возможности планировать и прогнозировать тот или иной природный процесс, а следовательно, определять приоритетное направление технологических и инженерных решений. Это особенно важно для Архангельской области - региона, где основным природным источником снабжения населения питьевой водой является р. Северная Двина и где актуальными остаются вопросы разработки математического, информационно-программного и методического обеспечения регионального экологического мониторинга.
Цель її задачи исследования. Целью настоящего исследования является разработка математических моделей оценки экологического состояния водного бассейна устья Северной Двины на основе выявления и анализа основных тенденций многолетнего изменения компонентного химического состава природного водоисточника в условиях техногенного воздействия.
Достижение поставленной цели осуществлялось решением следующих задач:
-
Используя характеристики гидрологического и гидрохимического режимов дельты Северной Двины, дать анализ современного экологического состояния источника водоснабжения г.Архангельска.
-
Методом пассивного эксперимента выявить основные тенденции и особенности изменения компонентного состава природного водоисточника на основе статистической обработки результатов экологического мониторинга состава воды в устье Северной Двины за период 1988-1998 гг.
-
Разработать математические модели оценки экологического состояния водоисточника, включающие основные факторы формирования химического состава воды, и провести их экспериментальную проверку.
-
Разработать методики прогнозной оценки отдельных показателей компонентного состава воды.
Объект исследования. Данные экологического мониторинга воды устья Северной Двины за период 1988-1998 гг., представленные Северным центром мониторинга загрязнений окружающей среды Севгидромета и результаты комплексной экологической экспедиции «Северная Двина- 1998».
Научная новизна работы. На основе математического анализа результатов экологического мониторинга природной водной среды за 1988-1998 гг. предложена классификация компонентного состава воды устья Северной Двины и установлены закономерности его формирования. Впервые разработаны и экспериментально подтверждены дифференциальные
модели изменения концентрации веществ и показателей химического состава воды, основанные на знаниях о фундаментальных биологических, химических и физических процессах і включающие основные факторы формирования водопотока (расход и температура воды процессы, реаэрации). Установлена и математически описана зависимость динамики окисли' тельных процессов от наличия в природном водоеме органических веществ техногенногс происхождения.
Практическая значимость работы. Выполнен анализ современного экологической состояния и тенденций формирования водопотока устья Северной Двины в условиях клима тического и техногенного воздействия межрегионального характера. С целью методическоп обеспечения регионального экологического мониторинга предложены методики прогнозної оценки изменения компонентного состава и самоочищающей способности реки.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались н; III и IV международных конгрессах «Вода: экология и технология»: Экватэк-98 и Экватэк 2000 (Москва, 1998, 2000), на конференции молодых ученых и специалистов «Экология-98) (Архангельск, 1998), научно-технической конференции АГТУ (Архангельск, 1998, 2000), ні заседании НТС Госкомэкологии Архангельской области (2000).
Публикации. Результаты исследований и основные положения диссертации изложе ны в 7 публикациях.
Положения, выносимые на защиту:
Анализ современного экологического состояния источника водоснабжения город; Архангельска, результаты статистической обработки многолетних экспериментальных дан ных по химическому составу воды устья Северной Двины, выявленные на их основе тендеіі' ции изменения и классификация основных показателей компонентного состава воды.
Дифференциальные модели изменения концентрации отдельных веществ, и пока зателей химического состава в воде устья Северной Двины, а также результаты их экспери ментальной проверки.
Методики прогнозной оценки концентрации отдельных веществ и показателе! химического состава воды.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоят из введения, трех глав, об щих выводов, списка литературы. Работа изложена на 145 страницах машинописного текста включая 44 рисунка и 27 таблиц.