![]() |
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ФНКЦ РР |
||
Проект посвящён изучению современного гидрохимического режима притоков водохранилищ питьевого назначения и его параметризации с целью повышения качества имитационного моделирования экологического состояния водохранилищ. Задание некачественной исходной информации при отсутствии натурных данных режимных исследований химического состава речных вод, питающих водохранилища, негативно сказывается на результатах имитационного моделирования. В рамках проекта планируется на основании анализа имеющихся данных и проведения собственных экспедиционных исследований гидрохимического режима притоков водохранилищ москворецкой системы водоснабжения г. Москвы исследовать особенности внутригодовой изменчивости показателей качества речных вод, а также выявить и параметризировать зависимости этих показателей от стандартных гидрометеорологических характеристик (например, расход речного стока) и других факторов. Предполагается количественно оценить чувствительность гидрологической модели водохранилищ (ГМВ-МГУ) к качеству исходных данных и эффективность использования полученных зависимостей, а также произвести серию диагностических модельных расчётов современного экологического состояния москворецких водохранилищ.
На основе обобщения и анализа литературных, архивных данных и результатов проведенных исследований будет сформирована база данных о диапазоне изменчивости показателей качества речных вод в различные фазы гидрологического режима. В результате выполненных экспедиционных полевых исследований будут описаны современные особенности гидрохимического режима основных притоков водохранилищ питьевого назначения москворецкой водохозяйственной системы. Предполагается разработка и параметризация новых (а также уточнение имеющихся) зависимостей показателей качества воды исследуемых притоков от природных и антропогенных факторов. Планируется оценка чувствительности модели к качеству исходных данных, а также оценка эффективности выполненной параметризации, путём использования результатов проведённых исследований для подготовки исходных данных при моделировании экологического состояния водохранилищ с выполнением количественной оценки качества модельных расчётов. Если эффективность полученных зависимостей будет обоснована, это послужит доказательством того, что разработка и использование подобных связей могут в дальнейшем обеспечить возможность подготовки необходимых исходных данных для диагностических, сценарных и прогнозных модельных расчётов экологического состояния водохранилищ на основе доступной стандартной гидрометеорологической информации, без необходимости организовывать трудоёмкие, продолжительные и дорогостоящие натурные наблюдения на притоках водохранилищ, а также избежать снижения качества модельных расчётов, обусловленного использованием заведомо некачественной исходной информации. По результатам исследования будет выполнена серия диагностических модельных расчётов современного экологического состояния и качества воды москворецких водохранилищ.
Авторы многие годы участвуют в выполнении ряда научных и научно-методических работ при финансовой поддержке РФФИ, других фондов и целевых программ, используя оригинальные методы режимных и экспериментальных полевых исследований на водохранилищах и их водосборах, а также применяя опыт математического моделирования пространственно-временной изменчивости полей физических и химических характеристик водных масс в водохранилищах и на их водосборах. По результатам проведённых исследований авторами опубликовано несколько десятков научных работ, которые посвящены изучению закономерностей режима показателей качества воды в водохранилищах, а также совершенствованию, валидации и практическим приложениям имитационной модели экологического состояния водохранилищ ГМВ-МГУ. Авторы располагают пакетами стандартных компьютерных программ для статистической и графической обработки гидрометеорологической и гидроэкологической информации, а также значительной базой данных о гидрологическом и гидрохимическом режиме исследуемых водных объектов, включая материалы 3 крупных программ наблюдений за режимом Можайского водохранилища и его притоков в 1968/69, 1983/84 и 2012/13 гг., данные стационарных гидрохимических наблюдений Госкомгидромета на сети речных постов с 1956 г и различные архивные материалы исследований москворецких водохранилищ и их водосборов, проводившихся Красновидовской лабораторией по изучению водохранилищ МГУ. Авторами разработана программа комплексных полевых исследований на Можайском гидрологическом полигоне МГУ, в рамках которых в 2012/13 г. организован и проведён годичный цикл детальных наблюдений за показателями качества воды основных притоков Можайского водохранилища. По результатам наблюдений получены статистически значимые связи косвенных показателей содержания органических веществ в речных водах от расхода речного стока, а также собран обширный материал для обеспечения диагностических и валидационных модельных расчётов.
На основе выполненных экспедиционных полевых исследований описаны современные особенности гидрохимического режима основных притоков водохранилищ москворецкой водохозяйственной системы. Выполнена параметризация показателей качества воды исследуемых притоков в зависимости от изменяющихся гидрометеорологических параметров (в первую очередь колебаний водности рек). Одни показатели (минерализация, щелочность воды) обратно пропорциональны, другие (содержание органических, биогенных веществ, мутность) – прямо пропорциональны величине расхода воды. Для периода половодья графики зависимости некоторых показателей от расхода воды имеют форму петли. Эти связи четко выражены только для водотоков с незарегулированным или слабо зарегулированным водосбором, и практически отсутствуют на участке р. Рузы, расположенном в нескольких километрах ниже плотины Верхнерузского водохранилища, поскольку колебания водного и вещественного стока здесь практически полностью определяются режимом попусков и составом водохранилищной водной массы. Выполнены оценки речного стока минеральных и органических веществ во взвешенной и растворенной форме, результаты этих оценок сопоставлены с литературными данными. В частности выявлено значительное уменьшение внешней биогенной нагрузки на водохранилища в результате изменения характера антропогенного использования водосборов (уменьшения степени распаханности, снижения сельскохозяйственного производства и применения минеральных удобрений). Произведена серия диагностических модельных расчетов современного экологического состояния и качества воды москворецких водохранилищ. Оценена чувствительность модели ГМВ-МГУ к полноте и способам интерпретации исходных данных. Для этого апробировано несколько методик подготовки входных данных, различных по источникам и полноте использованных фактических данных (от материалов, опубликованных в литературе, до полных рядов регулярных фактических определений в отдельные годы), а также по способу получения ежесуточных значений показателей качества воды (средние значения для сезона или фазы водного режима, линейная интерполяция между измеренными величинами, использование результатов выполненной параметризации качества воды или опубликованных статистических связей с расходом воды и т.д.). Количественное сравнение результатов выполненных расчетов показало, что качество моделирования гидроэкологического состояния водохранилищ может существенно зависеть не только от адекватности алгоритма модели и объема исходных данных, но и от способа интерпретации и обработки последних.
грант РФФИ |
# | Сроки | Название |
1 | 9 февраля 2016 г.-31 декабря 2016 г. | Изучение и параметризация внутригодовой изменчивости качества воды в притоках водохранилищ москворецкой системы водоснабжения г. Москвы |
Результаты этапа: Систематизированы материалы гидрохимических исследований притоков водохранилищ Москворецкой системы водоснабжения, опубликованные в периодических изданиях Росгидромета, литературных источниках, а также имеющиеся в базе данных Красновидовской учебно-научной базы МГУ. Наиболее изученным в гидрохимическом плане является режим притоков Можайского водохранилища. Длина рядов наблюдений за качеством воды притоков Рузского, Озернинского и Истринского водохранилищ крайне незначительна. Собрана имеющаяся информация о связях показателей качества речных вод с гидрометеорологическими параметрами. Наибольшие достижения в этой области достигнуты для притоков Можайского водохранилища благодаря детальным наблюдениям на его водосборе в рамках программ «Балансовый год» в 1984 и 2012 гг. Для притоков Рузского, Озернинского и Истринского водохранилищ получены лишь эмпирические связи минерализации с расходом воды, однако их проверка на современных данных показывает, что они существенно устарели и не могут более использоваться. В марте 2016 г. в рамках экспедиционных работ по проекту начаты полевые исследования режима показателей качества воды основных притоков Можайского водохранилища – рек Москвы, Лусянки, Колочи. Всего за период с марта по декабрь 2016 г. выполнен 51 объезд притоков Можайского водохранилища; таким образом, отобрано 153 пробы речной воды. В них определяли содержание взвешенных веществ и оптическую мутность воды, содержание биогенных элементов (минерального и валового фосфора, нитратов, минерального кремния), косвенные показатели содержания органических веществ (ХПК, перманганатная окисляемость, цветность), концентрацию сульфатов, хлоридов, фторидов, гидрокарбонатов и карбонатов, водородный показатель pH. Внутригодовые колебания температуры речных вод более сглажено и с некоторым отставанием повторяют колебания среднесуточной температуры воздуха. Минерализация речной воды обратно пропорциональна величине расхода воды в реке. Содержание растворенного кислорода в речных водах обратно пропорционально температуре воды, что обусловлено внутригодовыми колебаниями растворимости кислорода. Содержание в речных водах органических, биогенных и взвешенных веществ прямо пропорционально водности рек, так как именно в фазы повышенного стока происходит наиболее интенсивный смыв этих веществ с водосбора. Режим щелочности воды схож с режимом электропроводности. По содержанию кремния притоки Можайского водохранилища оказались схожи, по величине pH воды р. Москвы характеризовались чуть более кислой, а р. Колочи – более щелочной средой. Вторым объектом исследований на 2017 год выбрано Рузское водохранилище. Во-первых, оно принципиально отличается от остальных по структуре водного баланса. Во-вторых, водохранилища с зарегулированным притоком многочисленны, и режим формирования качества воды в них заслуживает внимания. В-третьих, Рузское водохранилище представляется более обеспеченным данными гидрологических наблюдений по сравнению с Озернинским и Истринским. | ||
2 | 10 мая 2017 г.-31 декабря 2017 г. | Изучение и параметризация внутригодовой изменчивости качества воды в притоках водохранилищ москворецкой системы водоснабжения г. Москвы |
Результаты этапа: Завершен годичный цикл полевых исследований качества воды притоков Можайского водохранилища, проведены аналогичные исследования основных притоков Рузского водохранилища (Рузы и Волошни). В каждом створе (2 на Рузе, 1 на Волошне) отобрано более 60 проб воды, в которых определяли содержание взвешенных веществ и оптическую мутность воды, содержание биогенных элементов (минерального и валового фосфора, нитратов, минерального кремния), косвенные показатели содержания органических веществ (окисляемость и цветность воды), концентрацию сульфатов, хлоридов, фторидов, гидрокарбонатов и карбонатов, водородный показатель pH. На основе выполненных экспедиционных полевых исследований описаны современные особенности гидрохимического режима основных притоков водохранилищ москворецкой водохозяйственной системы. Выполнена параметризация показателей качества воды исследуемых притоков в зависимости от изменяющихся гидрометеорологических параметров (в первую очередь колебаний водности рек). Одни показатели (минерализация, щелочность воды) обратно пропорциональны, другие (содержание органических, биогенных веществ, мутность) – прямо пропорциональны величине расхода воды. Для периода половодья графики зависимости некоторых показателей от расхода воды имеют форму петли. Эти связи четко выражены только для водотоков с незарегулированным или слабо зарегулированным водосбором, и практически отсутствуют на участке р. Рузы, расположенном в нескольких километрах ниже плотины Верхнерузского водохранилища, поскольку колебания водного и вещественного стока здесь практически полностью определяются режимом попусков и составом водохранилищной водной массы. Выполнены оценки речного стока минеральных и органических веществ во взвешенной и растворенной форме, результаты этих оценок сопоставлены с литературными данными. В частности выявлено значительное уменьшение внешней биогенной нагрузки на водохранилища в результате изменения характера антропогенного использования водосборов (уменьшения степени распаханности, снижения сельскохозяйственного производства и применения минеральных удобрений). Произведена серия диагностических модельных расчетов современного экологического состояния и качества воды москворецких водохранилищ. Для оценки качества модельных расчетов использованы в том числе данные гидролого-гидрохимических съемок Можайского и Рузского водохранилищ, выполненных в 2017 г. в периоды максимального развития основных групп фитопланктона (диатомовых в начале июня и синезеленых в августе). Съемки включали термокондуктометрическое и оксиметрическое зондирование водной толщи и отбор проб (140 проб на Можайском водохранилище, 40 на Рузском). Оценена чувствительность модели ГМВ-МГУ к полноте и способам интерпретации исходных данных. Для этого апробировано несколько методик подготовки входных данных, различных по источникам и полноте использованных фактических данных (от материалов, опубликованных в литературе, до полных рядов регулярных фактических определений в отдельные годы), а также по способу получения ежесуточных значений показателей качества воды (средние значения для сезона или фазы водного режима, линейная интерполяция между измеренными величинами, использование результатов выполненной параметризации качества воды или опубликованных статистических связей с расходом воды и т.д.). Количественное сравнение результатов выполненных расчетов показало, что качество моделирования гидроэкологического состояния водохранилищ может существенно зависеть не только от адекватности алгоритма модели и объема исходных данных, но и от способа интерпретации и обработки последних. |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".