Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Проблемы контроля, охраны и восстановления качества поверхностных вод .
1.1 Общие аспекты контроля, охраны и восстановления качества воды 13
1.2 Контроль и восстановление качества поверхностных вод 20
1.3 Охрана поверхностных вод
1.4 Экологические аспекты контроля, восстановления и охраны качества поверхностных вод 24
1.5. Важнейшие условия формирования качества воды 26
1.6 Общие аспекты антропогенного воздействия на речную экосистему 30
1.7 Использование рек и критерии качества воды 32
1.8 Элементы восстановления и сохранения качества воды 37
1.8.1 Изолирование загрязняющих веществ 38
1.8.2 Удаление загрязняющих веществ 38
1.8.3 Перемещение загрязняющих веществ 40
1.8.4 Рассредоточение в пространстве и во времени 40
1.9 Охрана поверхностных вод 42
1.10 Выводы * 43
Глава 2 Почвенно-климатические особенности и проблемы загрязнения в Орловском регионе
2.1 Характеристика водного бассейна Орловской области 44
2.1.1 Географические особенности бассейна Оки 48
2.2 Географическое положение и климат Орловской области 50
2.3 Анализ и обработка данных по осадкам на территории Орловской области 55
2.4 Структура водного бассейна Орловской области по химическому составу поверхностных вод
2.5Анализ сброса сточных вод и забора вод промышленными предприятиями Орловской области
2.6 Анализ загрязнения водного бассейна Орловской области в результате хозяйственной деятельности
2.7 Характеристика почвенного покрова Орловской области 71
2.8 Пункты контроля качества поверхностных вод в Орловской области (на примере бассейна реки Ока)
2.9 Анализ программы наблюдений в пунктах контроля (на примере реки Ока)
2.10 Норма погрешности и значения характеристик погрешности при выполнении измерений
2.11 Выводы 93
Глава 3 Применение ГИС-технологий для прогнозирования качества поверхностных вод Орловского региона
3.1 Характеристика геоинформационного обеспечения России
3.2 Структура геоинформационного обеспечения в Орловском регионе
3.3 Качество геоинформационного обеспечения в Орловском регионе
3.4 Математическое и картографическое моделирование в Орловском регионе
З.ЗВыводы 111
Глава 4 Улучшение качества поверхностных вод путем борьбы с рассредоточенными источниками загрязнения
4.1 Охрана вод от рассредоточенных источников загрязнения 112
4.2 Метод комплексной оценки состояния поверхностных вод 112
4.3 Проблемы загрязнения в Орловском регионе 114
4.4Анализ методов и материалов, необходимых для построения комплексной математической модели 116
4.5Расчет коэффициента стока 116
4.6 Моделирование условий на больших территориях путем экстраполяции условий на малых участках 119
4.7 Решение системы дифференциальных уравнений (4,2) 122
4.8 Проверка модели 123
4.9 Выводы 131
Заключение 132
Список использованных источников
- Экологические аспекты контроля, восстановления и охраны качества поверхностных вод
- Анализ и обработка данных по осадкам на территории Орловской области
- Структура геоинформационного обеспечения в Орловском регионе
- Проблемы загрязнения в Орловском регионе
Введение к работе
Актуальность темы. В последнее время особое значение приобретают исследования проблем, связанных с оценкой антропогенных воздействий на окружающую среду, вызванных, прежде всего, влиянием деятельности человека, а также динамических процессов, протекающих в природе. Если изучение единой системы ноосферы, включающей человеческое сообщество как одного из ее активных элементов, постепенно приобретает вполне четкий практический смысл, то возможность сознательного влияния человека на глубинные процессы биосферы остается далеко неясной и требует решения совершенно новых фундаментальных проблем [3]. Главная из них - разработка стратегии использования огромного потенциала технической цивилизации для совершенствования отношений людей с окружающей средой [1,2]. Эта стратегия во многом должна носить характер адаптации человеческой деятельности к естественным условиям обитания и их направленному улучшению. Она требует всесторонних знаний, объединяющих естественные, общественные и технические науки.
Частным случаем указанной проблемы является ее решение для гидросферы. Оно определяет исключительно высокие требования к развитию водного хозяйства, — одного из важнейших ресурсообеспечивающих и природоохранных комплексов страны. Это хозяйство является основой для успешного функционирования предприятий с их водопроводно-канализациошюй системой, гидроэнергетики, водного транспорта, рыбного хозяйства, орошаемого земледелия [4].
Составной частью водного хозяйства страны являются поверхностные воды. Поверхностные воды представляют собой компонент окружающей природной среды [5]. С одной стороны, он возобновляемый, но с другой стороны, его возможности ограничены и он подвержен как количественному, так и качественному изменению под воздействием человека. Многолетние наблюдения за динамикой качества поверхностных вод обнаруживают тенденцию к увеличению их загрязненности. Ежегодно увеличивается количество створов рек с высоким уровнем загрязненности (более 10 ПДК) и число случаев с экстремально высоким загрязнением водных объектов (свыше 100 ПДК). Проблема обеспечения населения и народнохозяйственного комплекса России водой нормативного качества с каждым годом все более обостряется. Сегодня она становится одной из главных социально-экономических проблем в осуществлении Государственной стратегии экологической безопасности страны. Поэтому необходимо создание хорошо формализованных моделей живой [6] и неживой природы, дающих основание не только для количественного анализа процессов, происходящих в ней, но и для решения практических задач. В частности, актуальной задачей для города Орла и Орловской области является создание метода контроля поверхностных вод и математического моделирования их состояния с целью прогноза возможного загрязнения и обеспечения профилактических мер.
Высокая загрязненность водных объектов нашей страны наносит большой ущерб водопользователям (свыше 6,0 трлн. руб. в год только от сосредоточенных сбросов загрязняющих веществ) [7]. Состояние водных источников и систем централизованного водоснабжения не гарантирует требуемого качества питьевой воды. Около половины населения России использует для питья воду, не соответствующую гигиеническим требованиям по различным показателям качества, а в ряде регионов качество воды достигло уровня, опасного для здоровья населения и продолжает ухудшаться. Более 70% наших рек и озер и 30% подземных вод потеряли питьевое значение; более 1 млн. человек каждый год страдают кишечными и другими заболеваниями от грязной воды в источниках.
Развитие хорошо формализованных моделей живой и неживой природы дает основание не только для количественного анализа процессов, происходящих в ней, но и для решения практических задач. В частности, практической задачей для города Орла и Орловской области является создание математической модели долгосрочного прогноза качества воды совместно с уже начатыми исследованиями состояния, контроля, прогноза воды в реке Ока.
Имеющая уже давнюю традицию тенденция математизации наук, глубокое проникновение математических моделей в содержательные исследования позволяет рассматривать необходимость математики как основу синтеза различных научных направлений [8].
На кафедре прикладной математики и информатики Орловского Государственного Технического Университета была разработана научная программа «Устойчивое развитие Орловского региона», для решения следующих фундаментальных проблем [9]:
Несмотря на определенные успехи в области теоретической экологии, многие задачи здесь остаются нерешенными и сегодня. В первую очередь все острее ощущается необходимость выработки единой концепции развития региональной экологии, позволяющей на научной основе принимать организационные решения.
Программа устойчивого развития региона с необходимостью должно учитывать возможность выживания населения в случае экологической катастрофы (природные катаклизмы или промышленные аварии). Эта программа должна ориентироваться на самые передовые, наукоемкие технологии, снижающие материале- и энергоемкость и повышающие качество производства.
За последнее время в промышленно развитых странах наблюдается тенденция неуклонного перекачивания трудовых ресурсов из сферы материального производства в информационную среду. Возникла новая экономическая категория - национальные информационные ресурсы. Информационное обеспечение экологических программ, основанных на использовании автоматизированных средств сбора, обработки и передачи данных на базе компьютерных сетей, позволит значительно расширить спектр имеющихся технологий, ускорить освоение и внедрение новых идей.
Наблюдаемые в естественных условиях связи между антропогенными факторами и реакциями на них живых объектов, во многих случаях не могут быть выражены явными количественными показателями из-за их сложнейшего
8 взаимодействия, поэтому интересные для экологии данные могут быть получены при математическом моделировании оптимальных и экстремальных условий. Современная теория больших систем и прогресс вычислительной техники позволяют создавать имитационные модели из разрозненных компонент и подсистем, что дает возможность объединить модели из различных областей науки. Экологический мониторинг, компьютерные сети позволят наполнить эти модели достоверной динамической информацией о состоянии региона в разных аспектах его жизнедеятельности.
Исследование экологии водного бассейна — одно из основных направлений этой программы.
Целью работы является усовершенствование методов аналитического контроля и прогнозирования загрязнения поверхностных вод по динамическим данным гидрометеорологических служб, обеспечивающее повышение качества контроля и прогноза степени загрязнения из точечных и рассредоточенных источников на основе ГИС-технологий.
Основные задачи исследования: проведение анализа системы наблюдений точечных и рассредоточенных источников загрязнения и методов контроля загрязнения поверхностных вод для выбора метода аналитического моделирования; проведение сбора и анализа динамических данных, влияющих на загрязнение поверхностных вод, необходимых для построения комплексной математической модели; проведение анализа гидрологических характеристик, необходимых для построения комплексной математической модели; проведение метрологических исследований данных контроля, используемых для построения комплексной математической модели; создание полной системы данных и карт на базе ГИС по водным объектам Орловской области необходимых для расчета математической модели; создание математических и компьютерных моделей динамик:і загрязнения водных ресурсов Орловской области для прогноза загрязнения поверхностных вод; разработка метода аналитического контроля загрязнения поверхностных вод на основе полученной математической модели, включающей систему дифференциальных уравнений; создание информационно-аналитической системы анализа и контроля загрязнения водных ресурсов Орловской области для повышения качества контроля и прогнозирования степени загрязнения; разработка рекомендаций по мониторингу загрязнения водных ресурсов Орловской области.
Методы и средства исследования. При выполнении работы используется метод системного анализа, метод аналитического математического моделирования на основе балансового подхода, метод математической индукции, численные методы, методы теории вероятностей и математической статистики, в том числе аппарат дифференциальных и алгебраических уравнений с применением традиционных способов их решения. Разработанные алгоритмы, компьютерная программа и созданная база данных реализованы средствами ППП EXCEL 7.0 и ГИС-технологий.
Научная новизна работы заключается в следующем: разработан алгоритм аналитического контроля и прогнозирования качества поверхностных вод, основанный на современных методах математического моделирования и средствах информатики; разработан метод прогнозирования качества поверхностных вод на основе моделей контроля их состояния, включающий действующую нормативную базу и учитывающий реальные возможности органов контроля в области водопользования и водоохраны, построенный на балансовом подходе; разработана комплексная математическая модель качества поверхностных вод, учитывающая загрязнения точечных и рассредоточенных источников, основанная на системе дифференциальных уравнений.
Практическую ценность составляют: разработанная комплексная математическая модель диксмі:\ t распределения загрязнения по стоку реки в заданных пунктах при штатных и нештатных ситуациях; созданная система данных и карт на базе ГИС, включающая гидрологические, количественные и качественные характеристики водных объектов Орловской области исходя из информации, полученной от Орловской центральной гидрометеорологической службы и комитета по природным ресурсам; компьютерная программа, реализующая предложенный метод прогнозирования качества поверхностных вод;
На защиту выносятся: алгоритм аналитического контроля и прогнозирования качества поверхностных вод, основанный на современных методах математического моделирования и средствах информатики; метод аналитического прогнозирования качества поверхностных вод Орловского региона на основе модели контроля за состоянием указанных вод; комплексная математическая модель контроля и прогнозирования качества поверхностных вод (на примере реки Оки); компьютерная программа, реализующая предложенную математическую модель.
Реализация и внедрение результатов исследования. Результаты теоретических и экспериментальных исследований, выполненных в диссертационной работе, подтверждены внедрением разработанного метода в процесс контроля состояния среды в территориальном центре государственного мониторинга геологической среды и водных объектов орловской области («Орелгеомониторинг») введением его в процесс изучения и использования на 2-х кафедрах ОрелГТУ: прикладной математики и информатики - в программе курса «Программирование и расчеты на ЭВМ» и информационные системы - в дипломном проектировании. Данная работа проводится в рамках исследований при поддержке РФФИ по проекту р2003цчр_а: «Разработка мето/а прогнозирования качества поверхностных вод Орловского региона».
Апробация работы. Результаты диссертационной работы обсуждены и получили положительную оценку на 5 научных конференциях: международной научной конференции «Управление качеством жизни, образования, продукции и окружающей среды в регионах России» 17-20 апреля, Орел, 2001г.; «Природные ресурсы-основа экономической стратегии Орловской области» ОРАГС, Орел, 2002г.; Всероссийской научно-практической конференции «Окружающая среда и здоровье», Пенза, 2004г.; IV Всероссийской научно-практической конференции «Окружающая среда и экологическое образование и воспитание» 19-20 февраля, Пенза, 2004г, Всероссийской научной конференции «Методы прикладной математики и компьютерной обработки данных в технике, экономике, экологии», 15-17 ноября, ОрелГТУ, Орел, 2004г.
Публикации. По содержанию и результатам диссертационной работы опубликовано 8 печатных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 158 страницах машинописного текста, содержит 14 рисунков, 21 таблицы. Она состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемых литературных источников, включающего 160 наименования работ отечественных и зарубежных авторов, а также 3 приложения.
Экологические аспекты контроля, восстановления и охраны качества поверхностных вод
Как абиотические, так и биотические факторы могут меняться в зависимости от времени года и географического положения.
При разработке мероприятий по восстановлению и сохранению качест і воды необходимо хорошо знать признаки реакций отдельных ocoCv i і популяций организмов. При анализе реакций популяций необходимо учитывать такие ее параметры, как численность, размерная структура популяции, пространственное распределение, особенности жизненного цикла, генетический состав особей в географически обособленной популяции, а также генетические различия между изолированными популяциями и направление эволюции географически отграниченных популяций. Числовые значения этих параметров определяются на основе оценки всей популяции и часто выражаются средними величинами с указанием среднего квадратичного отклонения или разности между наибольшими и наименьшими значениями.
Когда характеристики популяции определены количественно, можно установить степень толерантности организмов к изменениям окружающей среды путем токсикологических тестов. Способность особи продолжать существование в изменившихся условиях зависит от генетических факторов и способности акклимироваться к новому комплексу условий. Акклимация возможна только в пределах толерантности, которые генетически обусловлены у каждой особи. При выходе условий среды за индивидуальные пределы толерантности особь выбывает из числа организмов в данном месте обитания. С другой стороны, в тех же условиях среды выживание популяции основывается не на ограниченной генетической информации особи, а на всем генофонде (совокупности наследственных факторов всей популяции). Популяция также способна изменять пределы толерантности в процессе адаптации. Итак, способность популяции продолжать существование в изменившихся условиях среды зависит от генофонда (определяющего способность к акклимации) и способности популяции приспособиться к новым условиям среды.
При изучении экологических последствий того или иного изменения качества воды любой анализ экологических реакций зависит от уровня экологической организации (особь, популяция, сообщество и т. д.). Адаптация является отличительной особенностью популяций, тогда как для особ: і характерна способность к акклимации. Предпочтение, оказываемое организме. [ определенному месту обитания, не всегда - свидетельствует об оптимальности этого места обитания для всей популяции. Возможности выбора могут быть ограничены имеющимся местом обитания, обусловливая необходимость акклимации к существующим условиям. Например, особь может переносить низкое качество воды, будучи привлеченной благоприятным сочетанием других физических условий места обитания. Таким образом, использование присутствия организма в качестве показателя ожидаемой реакции популяции на определенный уровень качества воды может трактоваться по-разному, в зависимости оттого, считается ли оно характерным для особи или популяции.
При комплексном анализе биотических и абиотических компонентов экосистемы необходимо учитывать основной принцип химии окружающей среды, а именно; подвижность, устойчивость и превращение химического вещества в среде определяются взаимодействием вещества и среды. То же самое можно утверждать относительно биологических систем, в которых взаимодействие организма и окружающей среды приводит к изменению среды. Необходимо учитывать как прямые, так и косвенные последствия. Прямым последствием, или эффектом, воздействия химических веществ на организм, называют изменения, явившиеся результатом непосредственного соприкосновения конкретного организма с реагентом [29]. Косвенные последствия не являются результатом прямого взаимодействия химического вещества и организма. Подобные явления чаще всего наблюдаются при нарушении одного из звеньев пищевой цепи, или так называемой «паутины трофических отношений» в ценозе.
Возможность применения и эффективность тех или иных средств восстановления качества речной воды зависят от особенностей реки. Если ставится задача восстановления и охраны реки, качество воды в ней нельзя рассматривать в отрыве от условий формирования реки на водосборе [13]. Т.1 самом деле, восстановление качества воды настолько зависит;.от условии водосбора, формирования состава воды, что любая деятельность по восстановлению и охране качества воды должна включать меры по улучшению состояния природной среды на водосборе. Прежде чем говорить о конкретных методах восстановления качества речной воды, следует рассмотреть важнейшие из этих условий.
Анализ и обработка данных по осадкам на территории Орловской области
Длительность дня от восхода до захода Солнца меняется на территор:; л области от 8 до 16,8 часа. Долгота светового дня, учитывая утренние и вечерние сумерки, составляет от 9,4-9,6 до 18,1-18,6 часа, Самые длинные дни наблюдаются в последней декаде июня, самые короткие приходятся на последнюю декаду декабря. Зимой солнечное сияние продолжается в день в среднем от 3 до 5 часов, в период с мая по август продолжительность солнечного сияния, достигает 8 часов.
Небольшие размеры территории области (24,7 тыс. км ) обусловливают равномерное изменение продолжительности солнечного сияния, которая постепенно увеличивается с северо-запада на юго-восток. В целом за год продолжительность солнечного сияния в области составляет 1700-1800 часов. Около 100 дней в году прямого солнечного освещения не бывает, небо в такие дни закрыто сплошной облачностью. Облачность, чередование ясных и пасмурных дней, продолжительность солнечного сияния — все это косвенные показатели изменчивости радиационных условий. Распределение ясных и пасмурных дней по месяцам года достаточно ясно подчеркивает особенности местного климата, для которого характерна большая облачность, вследствие перемещения воздушных масс в системе циклонов. Наиболее пасмурно бывает во второй половине осени и зимой, особенно в ноябре - декабре. И наоборот, безоблачных дней больше всего в конце лета. В целом за год общее число пасмурных дней составляет 42%, а ясных - 8%.
С радиационными условиями связан и температурный режим территории. Анализ условий теплообеспеченности Орловской области показал, что при многолетней среднегодовой температуре 4,9С, самая низкая температура наблюдается в январе, наиболее высокая в - июле. Но в отдельные годы наиболее холодным оказывается февраль или декабрь, а наиболее теплым -июнь или август. Средняя температура января изменяется от -8,7СС на юго-западе (город Дмитровск) до -10,2С на северо-востоке (поселок Верховье) при средней температуре за этот же месяц по области —9,6С. Незначительные изменения среднеиюльской температуры в пределах области наблюдается в направлении северо-запада (в городе Волхове +18С) на юго-восток (в горо;- Ливны +19С). Среднемесячные температуры могут отклоняться от средних многолетних величин. Такое . непостоянство погоды особенно сильно проявляется в зимнее время, когда часты резкие перепады температур. Наиболее характерные температуры для зимы в пределах области от —15С до -5С. Морозные дни составляют 80%, дней с оттепелью - около 20% от продолжительности зимнего периода.
Наличие снежного покрова, затраты тепла на его таяние, а также частое перемещение холодных масс воздуха задерживают повышение температуры в марте. Средняя температура марта еще отрицательная, но в целом март теплее февраля. Именно в этом месяце, в его третьей декаде, происходит переход средней суточной температуры к положительным значениям. Но не всегда весенний перелом наступает резко и дружно, в некоторые годы начало весны растягивается на длительное время. Для позднего наступления весны характерны майские возвраты холодов. В жаркие летние дни воздух сильно прогревается, и температура после полудня повышается обычно до +25С. А вот в ясные и тихие ночи летом довольно прохладно. С уменьшением
продолжительности дня и высоты солнца в августе начинается медленное понижение температуры. По таблице 2.3 и рисунку 2.2 можно проследить изменение температуры за последние 5 лет. На основе обработки этих данных методами математической статистики можно сделать вероятностный прогноз.
2.3 Анализ и обработка данных по осадкам на территории Орловской области.
На территории Орловской области в течении всего года атмосферные осадки определяются, главным образом, циклонической деятельностью. Как летом, так и зимой наиболее интенсивная циклоническая деятельность, характерная для северо-западной части Восточно-европейской равнины, ослабевает в юго-восточном направлении. Соответственно изменяется по территории и количество атмосферных осадков. Плавный характер нарастания континентальное от западных районов области к восточным нарушается под влиянием особенностей подстилающей поверхности, главным образом рельефа. Изрезанный рельеф Среднерусской возвышенности способствует пятнистому распределению осадков. На наветренных западных и юго-западных сіоіонах количество осадков увеличивается в среднем на 14% по сравнению с осадками на равнинных участках области увеличение осадков в зависимости от высоты составляет приблизительно 60мм в год на 100м высоты. Количество осадков несколько повышают расположенные на территории области лесные массивы.
В среднем за год территория Орловской области получает 550мм влаги. Выпадение большего количества атмосферных осадков в течение года наблюдается в западных и возвышенных северо-восточных районах: 570 -600мм, наиболее беден осадками юго-восток области - 450мм. Осадки отличаются большой изменчивостью из года в год. По многолетним наблюдениям были годы, когда выпадало до 700мм и наряду с этим встречались годы, когда сумма осадков достигала 486мм [108-115].
В Таблице 2.4 приведена статистика по осадкам за последние 15 лет. По этой таблице и рисунку 2.3 можно проследить изменение осадков за этот период, а на основе обработки этих данных методами математической статистики сделать вероятностный прогноз. Для этого средствами ППП EXCEL7.0, посчитана дисперсия, среднее квадратичное отклонение (СКО), доверительный интервал при вероятности 95%. Поставлена задача: найти наилучшее приближение для прогноза осадков на территории области. Во многих ситуациях для описания экологических процессов или систем используются полиномы и-го порядка (полиномиальные регрессии): y = Zatx (2-1) (=0 где п выражает порядок полинома. Если используются полиномы высоких порядков, то возникает вопрос о возможности интерпретации переменных в степени /. Для некоторых переменных, имеющих наивысшую степень 3-го порядка, возможна вполне обоснованная физическая интерпретация.
Структура геоинформационного обеспечения в Орловском регионе
Изучение химического состава поверхностных вод суши Орловской области в течение 2003 года проводились комплексной лабораторией по мониторингу окружающей природной среды (КЛМС) в соответствии с планом работы группы гидрохимии и графиком отбора проб и определения расходов поверхностных вод.
В бассейне реки Ока изучение химического состава поверхностных вод осуществлялось на 6 водных объектах, в 5 пунктах: р. Ока (г. Орел), р. Крома (п. Кромы), р. Орлик (г. Орел), р. Зуша (г. Мценск), р. Неручь (д. Орловка), р. Нугрь (г. Волхов) в 9 створах.
Река Ока на территории города Орла с 1987 года относится к третьей категории пункта контроля. Целью осуществления контроля является получение информации о качестве воды реки Ока в районе города Орла с организованным сбросом сточных вод (1966 год). В пункте контроля №33140, код водомерного поста №75309 располагаются два створа №3314001 и №3314002.
Створы номера которых согласно паспорта № 3314001 и № 3314002 соответственно расположены в 16,5 км выше и 17,5 км ниже створа водомерного поста Ока - д. Костомарове (создан 17.07.1952 г.), на котором выполняются измерения расходов воды.
Скорость течения измеряется вертушкой, расходы воды вычисляются основным способом; в период густого ледохода измерение расхода воды производится поплавками.
Местоположение створа гарантированного смешения (СГС) рассчитано по экспресс методу Бесценной М.А. при ширине и глубине реки соответствующих минимальному среднемесячному расходу воды, 95% обеспеченности и максимальному из среднемесячных расходов воды за период весеннего половодья.
Створ № 3314001 расположен на 4 км выше города Орла (в черте поселка Знаменка) и на 0,5 км выше впадения реки ЦОН. Расстояние до устья - 1402,5 км, а 34 км до створа № 3314002. В створе расположена одна вертикаль дата создания 1966 год. Вертикаль № 331400101 (координатный № 525003600) расположена в ОД доли ширины реки от левого берега.
На вертикали расположен один горизонт в 0,2-0,5 м от поверхности воды.
Створ № 3314002 расположен на 12 км ниже города Орла и на 0,5 км ниже места организованного сброса сточных вод ПО «Облводоканал», на 4 км ниже впадения реки Неполодь у моста, 1,5 км ниже впадения реки Цветынь. Расстояние до устья — 1386,5 км. В створе расположены три вертикали, созданные в 1989 году. Вертикаль №331400301 (координатный №530003610) расположена в 0,1 доли ширины реки от левого берега,. Вертикаль №331400302 (координатный №530003611) расположена 0,5 в долях ширины реки от левого берега. Вертикаль №331400303 (координатный №530003612) расположена 0,9 в долях ширины реки от левого берега. На вертикалях располагается один горизонт в 0,2-0,5 м от поверхности реки. На реке Ока расположены два гидрологических поста ГП «Вендерово» и ГП «Костомарове». Гидрологический пост «Костомарово» расположен на расстоянии 1386 км от устья реки Ока поданным наблюдений этого поста: - Минимальный среднемесячный расход воды в реке Ока (Р=0,95) — 1,96 м /с - Средняя скорость течения - 0,14 м/с - Средняя глубина- 0,65 м - Ширина - 20 м - Коэффициент извилистости -1,1м По данным наблюдений гидрологического поста «Вендерово»: - Минимальный среднемесячный расход воды в реке Ока (Р=0,95) (летний) -0.27 м3/с - Минимальный среднемесячный расход воды в реке Ока (Р=0,95) (зимний)— 0,32 м3/с - Средняя скорость течения —0,11 м/с - Средняя глубина- 0,50 м - Ширина —5,0 м - Коэффициент извилистости-1,1 м
На реке Орлик, которая впадает в реку Ока в городе Орел расположен пункт контроля №33143, код водомерного поста 75744. С 1977 года река Орлик относится к третьей категории пункта контроля. Целью осуществления контроля является получение информации о качестве воды в устье притока реки средней категории с 1974 года.
В пункте контроля расположен один створ его номер согласно паспорта №3314301. Этот створ расположен в створе водпоста река Орлик город Орел (1.01.1980 год), на котором выполняются измерения расходов воды. Скорость течения реки измеряется вертушкой. Расходы воды вычисляются основным способом, в период густого ледохода, измерение расхода воды производится поплавками. Местоположение створа гарантированного смешения рассчитано по экспресс методу Бесценной М.А., при ширине и глубине реки соответствующих минимальному среднемесячному расходу воды 95% обеспеченности и максимальному из среднемесячных расходов воды за период весеннего половодья.
Проблемы загрязнения в Орловском регионе
В настоящей главе предлагается метод комплексной оценки нагрузки загрязнениями реки Ока, протекающей по Европейской части Российской Федерации, в результате ливней, приводящих к загрязнениьо воды из рассредоточенных (ареальных) источников, а также сточных вод. Ареальное загрязнение из рассредоточенных источников определяется, как загрязнение из многих различных источников, которыми могут являться улицы, автостоянки, промышленные и жилые зоны, атмосферные осадки и т. д. В настоящее время рассредоточенные источники загрязнения не регулируются системой удаления загрязняющих стоков, ни какими-либо критериями качества ливневых сточных вод.
Более наглядное описание рассредоточенных источников загрязнения, их видов и возможных последствий для водных объектов приводится в Главе 1.
Восстановление рек в значительной степени зависит от успеха борьбы с рассредоточенными источниками загрязнения. Очевидно, что для такого восстановления необходим контроль, а при контроле только точечных источников упускаются из вида большие количества таких токсичных и ведущих к деградации речной среды веществ, как свинец, кадмий, взвеси и т.п. Загрязняющие вещества, поступающие из городских рассредоточенных источников, по своей природе существенно отличаются от загрязнений, поступающих с лесосек или мест добычи полезных ископаемых. Город представляет собой сложное сплетение зон государственной и частной собственности, многообразного использования земли и источников возникновения загрязнений различной интенсивности. В то же время места добычи полезных ископаемых и лесосеки относительно разрознены, однако эффективно регулируются местным и федеральным законодательством.
До недавнего времени внимание правительства было сконцентрировано на загрязняющих веществах из точечных источников как на наиболее значительной причине ухудшения качества воды в городах и пригородных зонах. Это особенно очевидно проявилось при утверждении Постановления правительства Российской Федерации «Охрана природы. Метрологическое обеспечение контроля загрязненности атмосферы, поверхностных вод и суши. Основные положения», «Охрана природы. Экологический паспорт промышленного предприятия. Основные положения» [27]. Однако, было уделено мало внимания сбору фактической информации, то есть мониторингу сточных вод, контролю качества стекающих в реки ливневых вод, мониторингу фонового качества речных вод и источников вторичного загрязнения рек.
Результаты предварительных исследований показывают, что из рассредоточенных источников в бассейн реки Ока поступает, по меньшей мере, столько же загрязнений, сколько и из всех точечных источников [4]. Заметим, однако, что для калибровки имитационной модели было взято очень ограниченное число проб воды.
В настоящей главе излагаются результаты исследований, и предлагается методика оценки реакции бассейна на ливни в Орловском регионе с использованием суммированной параметрической модели. Кроме того, по итогам исследований предлагается наибольшее внимание уделить: 1) временным и постоянным способам контроля на участках нового строительства; 2) устройству отстойных колодцев для борьбы с ливневыми водами в стабильных зонах и пополнения грунтовых вод; 3) защите существующих избыточно увлажненных земель и созданию таких земель в подходящих для этого зонах; 4) оборудованию существующих бассейнов для задержания паводковых вод сооружениями для задержания ливневых вод с целью улучшения качества воды.
Для составления модели и изложения оптимальных методов управления, направленных на улучшение качества воды, на урбанизированной территории необходимо, знать почвенно-климатические особенности и проблемы загрязнения в Орловском регионе. Они были описаны во второй главе диссертации.
Проблемы загрязнения в Орловском регионе. Как показали наблюдения, точечные источники загрязнения в Орловской области, главным образом промышленные и муниципальные, весьма слабо связаны между собой.
Все основные точечные источники загрязнения регулируются комитетом по водному хозяйству Орловской области. Сточные воды промышленных предприятий области отличаются большим разнообразием содержащихся в них загрязняющих веществ, которые находятся в самых различных соотношениях. С учетом характера производства для расчетов было принято одиннадцать загрязняющих компонентов, концентрации которых в сточных водах принимались по нормам ВНИИ ВОДГЕО в зависимости от отрасли промышленности и вида производства [88]. Правила потребления воды из реки Ока установлены и сброс происходит в соответствии с ГОСТ 17.11.03-86 «Охрана природы. Гидросфера. Классификация водопользовании». И контролируется Государственной статистической формой отчетности 2ТП -«Водхоз». Итак, точечные источники находятся под достаточно надежным контролем, а поступающие из них загрязнения поддаются количественной оценке. Вся информация о сточных водах хранится в созданной базе данных и описана в Главе 2.
Рассредоточенные источники загрязнения в Орловском регионе невероятно рассеяны и трудно поддаются количественной оценке. Сюда относятся минеральные удобрения и пестициды, применяемые на газонах в избыточных дозах, минеральные масла и смазки, капающие из автомобилей, лиственная подстилка и экскременты животных, -другие источники органического углерода. Кроме того, нагрузка рассредоточенных источников загрязнения минеральными взвесями возникает в результате выпадения их из атмосферы. Количественная оценка рассредоточенных источников загрязнения зависит от методов землепользования, возможности замерить весь сток ливневых вод и точно определить величину локализованных осадков. Методика расчета основана на стандартных данных гидрометеорологических служб. Пункты контроля отбора проб на реке Ока установлены с учетом существующего использования водоема или водотока для нужд народного хозяйства [24,25].
