Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Геоинформационное конструирование моделей водотоков для задач контроля и нормирования загрязнений

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Геоинформационное конструирование моделей водотоков для задач контроля и нормирования загрязнений"

Пикинеров Павел Васильевич

ГЕОИНФОРМАЦИОННОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ МОДЕЛЕЙ ВОДОТОКОВ ДЛЯ ЗАДАЧ КОНТРОЛЯ И НОРМИРОВАНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЙ

Специальность 25.00.36 - геоэкология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 О ДЕК 2009

Тюмень - 2009

003487907

Работа выполнена в Институте криосферы Земли Сибирского отделения РАН.

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент И.Г. Соловьев

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор А.А. Вакулин

кандидат географических наук Н.А. Скорбилин

Ведущая организация:

Институт проблем освоения Севера СО РАН

и, 00

Защита состоится «24» декабря 2009 г. в/7 часов на заседании диссертационного совета Д 212.273.02 при Тюменском государственном нефтегазовом университете по адресу: г.Тюмень, ул.Володарского, 38.

С диссертационной работой можно ознакомиться в библиотеке ТюмГНГУ по адресу: 625039, г. Тюмень, ул. Мельникайте, 72,

Автореферат разослан 24 ноября

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук ''' / В.И.Берг

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Актуальность проблемы нормирования и контроля воздействий на водные объекты весьма высока. Для региона Западной Сибири можно выделить ряд специфичных влияющих факторов: интенсивная нагрузка на водные объекты, как вследствие прямых воздействий, так и вследствие аварийных ситуаций; недостаточная гибкость действующего регламента нормирования к быстроменяющимся условиям (неравномерность сбросов); низкая степень самовосстановления биоты, связанная с длительными периодами ледостава и высоким уровнем загрязненности; сезонный характер влияния нефтезагрязненных пойменных зон обусловленный поступлением загрязняющих веществ с поверхностным стоком; большое количество водных объектов (в том числе и малых рек); низкая степень информационной обеспеченности, ввиду отсутствия данных гидрометеорологических измерений.

Качественные показатели состояния природных вод свидетельствуют о сложной экологической ситуации в районах Западной Сибири. Основная доля загрязнений поверхностных вод региона имеет промышленное происхождение. Можно выделить ряд объективных причин сложившейся ситуации: интенсивное воздействие источников сброса сточных вод, несовершенство применяемых очистных технологий, высокие показатели аварийности в процессах транспортировки и добычи нефтепродуктов.

Дополнительной сложностью в вопросах нормирования является ограниченная способность водоемов к использованию в качестве приемников сточных вод (ассимилирующая способность), что обуславливает поиск компромисса между удовлетворением потребностей предприятия в водном ресурсе (экономический аспект) и сохранением нормативного качества воды водных объектов (экологический аспект).

Действующей системой контроля не учитывается сложная природа взаимодействий между водотоком и прилегающими к нему кумулятивными зонами, в частности действие механизмов вторичного

загрязнения (смыв загрязнителя с береговой полосы поверхностным стоком), что усложняет задачу определения факта и объемов ненормативного воздействия.

Одним из потенциальных подходов решения вышеобозначенных проблем может являться комплексное рассмотрение процессов взаимодействия между водотоком и прилежащими зонами на основе методов гидродинамического и гидрохимического моделирования.

Цель работы: Разработка математических схем и геоинформационных средств для задач совершенствования государственного регламента контроля и нормирования воздействий на водотоки в условиях Севера Западной Сибири с учетом динамики водности, вторичных источников загрязнений и поверхностного стока. Основные задачи исследования:

1. Анализ современного состояния вопросов по контролю и управлению загрязненностью рек, практика, регламенты, нормативы и подзаконные акты по водопользованию в северных районах Западной Сибири.

2. Поиск путей и средств совершенствования методик нормирования воздействий и контроля качества водной среды на основе создания математических моделей динамики водных балансов и массообмена с учетом факторов вторичных загрязнений.

3. Разработка алгоритма геоинформационного конструирования ландшафтно-камерных моделей малых рек и основанных на них моделей миграции примесей в условиях длительных периодов ледостава.

4. Разработка алгоритмов и программ оценивания параметров передач в моделях миграции, ассимиляции и массообмена нефтезагрязнений с окаймляющими русло кумулятивными зонами.

Научная новизна: 1. В развитие метода гидрологической аналогий предложен новый подход к расчету гидрографов малых рек с различными уставками

обеспеченности. Реализованная технология ландшафтно-камерного моделирования поверхностного водосбора применительно к малоизученным рекам Западной Сибири позволяет рационально планировать предельные нормы сбросов на основе текущего прогноза гидроресурса по фону и водности. 2. Разработана оригинальная технология адаптивного вычислительного контроля состояния нефтезагрязненности антропогенно нагруженных участков рек с длительными периодами ледостава, учитывающая внутригодовую динамику скрытых (сверхлимитных) стоков и механизмов вторичных загрязнений.

Объектом исследований является система государственного управления охраной поверхностных вод регионального и локального уровней с учетом природно-климатической специфики Севера Западной Сибири.

Предметом исследований являются математические и геоинформационные модели ландшафтной гидрохимии водотоков, модели контроля загрязненности и нормирования сбросов.

Методы исследований и достоверность результатов. Решение поставленных задач осуществлялось с помощью численных математических методов, методов системного анализа эколого-географической и картографической информации. Численная реализация моделей гидродинамики и гидрохимии осуществлялась с помощью математического пакета «Ма£ЬАВ 7». Обработка картографической информации осуществлялась средствами пакета «Мар1п& 7».

Достоверность полученных результатов основана на использовании фундаментальных законов сохранения, подтверждается совпадением модельных данных со среднестатистическими данными малых рек. Основные защищаемые положения: 1. Алгоритм гсоинформационного конструирования ландшафтно-камерных моделей поверхностного водосбора малых рек Севера Западной Сибири и связанная с ними технология вычислительного

контроля и прогнозирования водности, как основы метода динамического нормирования сбросов.

2. Технологическая схема и алгоритм идентификации осредненных параметров передач процессов миграции, ассимиляции и массообмена примесей участка водотока с окаймляющими кумулятивными зонами (дно, берег, ледовый покров) по данным аналитического контроля.

Практическая значимость. Работа направлена на совершенствование действующего регламента нормирования сбросов в водотоки на основе рационального распределения объемов выпусков в соответствии с динамикой водности. Технология геоинформационного конструирования ландшафтно-камерной модели была использована при построении соответствующей гидродинамической модели р.Васьеган, в задаче расчета ПДС для КОС-7000/14000 г.Салехард.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на Международной конференции «Теория и практика оценки состояния криосферы Земли и прогноз ее изменения» (Тюмень, 2006); Международной конференции «Криогенные ресурсы полярных регионов» (Салехард, 2007; Тюмень, 2008); Всероссийской научно-технической конференции «Нефть и газ Западной Сибири» (Тюмень, 2007).

Публикации. По результатам исследования автором опубликовано 13 научных работ, в том числе 8 тезисов докладов и 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка литературы и 1 приложения, содержит 154 страницы текста, 39 рисунков и 8 таблиц, список использованных источников состоит из 114 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении описана актуальность темы диссертационной работы, сформулирована цель и определены задачи исследования. Представлена научная новизна и указана практическая значимость работы.

В первом разделе диссертации рассмотрены основные положения действующего регламента нормирования воздействий на водные объекты. Отражается специфика факторов, осложняющих задачу нормирования для рек Западной Сибири. Отмечается невозможность обеспечения оперативного управления текущим уровнем воздействия на водные объекты в рамках действующей нормативной базы. Отмечается особая роль водотока как индикатора текущего состояния загрязненности прилегающей территории. Отмечается проблема управляемости экологическим ресурсом (водоток) за счет введения временных нормативов на долгосрочной перспективе.

В развитие действующих методов нормирования и контроля воздействий на водные объекты, с учетом принятой практики динамического нормирования и использования технологий адаптивного наблюдения разработан системный подход комплексного рассмотрения водного объекта и совокупности прилежащих кумулятивных зон как в задачах нормирования, так и в задачах контроля. Главными составляющими представленного подхода является создание ландшафтно-камерной гидродинамической модели, позволяющей восстанавливать гидродинамические характеристики исследуемого участка реки; и создание гидрохимической модели, учитывающей многофакторный динамический характер групповых источников воздействий и их взаимовлияния и позволяющей воспроизводить динамику загрязненности водотока и прилегающих к нему кумулятивных сред (береговая полоса, дно).

Выделены основные области применения гидродинамической и гидрохимической моделей водотока, при этом первая модель является основой метода динамического нормирования воздействий на водные

объекты (норматив воздействия определяется в соответствии с графиком расхода), а вторая, использующая результаты работы первой, является основой методов адаптивного наблюдения за состоянием загрязненности.

Во втором разделе диссертации рассмотрены основные положения построения гидродинамической модели. Разработанная модель относится к классу камерных моделей и развивает основные положения метода гидрологической аналогии. Основные положения камерного моделирования, в частности, сформулированы в работах JI.C. Кучмента. В рамках подобного описания рассматриваемый участок водотока разделяется на более мелкие участки - камеры, в пределах которых состояния и параметры природного объекта осредняются и характеризуются набором конечных чисел. В разработанной модели учитываются механизмы взаимодействия и влияния между водотоком и прилежащими кумулятивными зонами: грунтами, поверхностью и частично растительным покровом. Объявляется вектор состояния гидродинамики водотока в пределах i-ой камеры: /1,.(0 = [Л,(0 hP,(t) AG,«]7', где h, (0- уровень воды в водотоке; hl'(t) - уровень поверхностной влаги; hR(t)~ уровень грунтовой влаги.

Функциональная схема гидродинамической модели условного участка водотока, в пределах которого выделяется п камер, приведена на рисунке 1. Каждый из выделенных сегментов характеризуется вектором состояния Л,(О- Входо-выходными переменными функциями являются 9,-1 (0. Яобъемные расходы на входе и выходе камеры. Общими для всех камер участка водотока являются следующие входные переменные: г(0- функция интенсивности «осадки-испарение» на единицу площади горизонтали; pV(J) - функция интенсивности перехвата влаги растительностью; ©(/)- функция годового хода поверхностной температуры; g0(t) - объемный расход воды на входе первой камеры; A„tl(0 - изменение уровня воды в последующей за п камере.

рУ{П

М') *,♦,(') Лм1(0

Рисунок 1 - Функциональная схема гидродинамической модели. Приводится общий вид системы дифференциальных уравнений, описывающих состояние модели:

К (О = СО - Я, СО + ЯПО + ят + е((),

■ УР, (0 = -дР(0 - <?О(0 - ?Щ0 + е5(г), ГС?, (0 = - ^О(Г) + 9С(0,

где У, (0- объем воды в водотоке; УР, (г) - объем воды на поверхности; ТО, (() - объем воды в грунтах; г) - функция стока поверхностной влаги в водоток; - функция инфильтрации поверхностной влаги в грунты; с/1-1(1) - функция перетока влаги из грунтового резервуара в водоток и обратно; ц1Р(1)/- функция забора поверхностной/грунтовой влаги растительностью; - функция выпадения осадков, за вычетом

испарения, приходящихся на площадь водосбора/площадь зеркала воды.

Механизмы стока в математическом виде описываются в виде линеаризованных функций с использованием настроечных параметров. Данные параметры можно мультипликативно разделить на две составляющие:

= «.о ■ ".1>

где первый сомножитель (а.0) характеризует геометрические параметры объекта (протяженность, площадь, уклоны) и определяется по данным картографического анализа; а второй (а.,) - физические параметры механизмов фильтрации и поверхностного стока. Можно полагать, что

первая составляющая параметров является индивидуальной характеристикой водотока, а вторая - общей для водных объектов, рассматриваемой географической зоны.

В третьем разделе диссертации в развитие вышеприведенных методов гидродинамического описания, с целью упрощения процедуры определения геометрических параметров модели разработана автоматизированная технология геоинформационного конструирования ландшафтно-камерных моделей малых рек на основе данных картографического анализа.

Разработанная технология включает в себя выполнение нескольких этапов. На первом этапе производится векторизация исходного картографического образа: путем оконтуривания определенных элементов (водные объекты, растительность, морфология) типовой топоосновы соответствующего масштаба (1:5000 - 1:50000) формируется массив оцифрованных слоев, каждый из которых соответствует определенной составляющей картографического образа, имеет свое наименование и обладает набором атрибутивной информации (длина, площадь, положение в пространстве).

На втором этапе в рамках полученного векторизованного образа осуществляется разделение водотока на участки - камеры, каждая из которых будет характеризоваться своими параметрами (площадь водосбора (»,), длина (и'1Л)), представление однородных уровней рельефа в виде полигональных структур, затем осуществляется выделение границ площадей водосбора для выделенных участков водотока. На третьем этапе осуществляется параметризация исходных мозаичных камеральных структур в виде спрямленных прямоугольных образов, эквивалентных по своим основным характеристикам (протяженность, площадь) исходному прообразу. В результате исходная структура представляется в виде прямоугольника (Ь,,1,), площадь которого соответствует площади водосбора и который включает в себя множество «вложенных»

прямоугольников, соответствующих уровням рельефа в пределах рассматриваемого участка и соответствующих их площадям. В общем виде типизированная схема построения гидрологической модели представлена на рисунке 2.

Исходный образ корты Выделение камгрньи структур Спрямленная Форш представления

Построение гидрологической модели ■ - ой камеры

К = -4.(0 + 'Щ-^.-Щ рН0'ЬР,(.0 Е(.0+

+ Щ(0->+г© г,

щ НР,(0 рУф+г СО ^ Ядв 1

ТО,® =■-<*„ ЩЪ-Н,®' АО,(О Р»"(0+а. -пц-ъ-щ-рУ®-«}®

Определение параметров 1 ~ ой камеры

Рисунок 2 - Типизированная схема построения гидрологической модели.

Результаты работы алгоритма используются для восстановления индивидуальных составляющих основных параметров гидродинамической модели водотока. Использование актуальной картографической информации позволяет учесть особенности рассматриваемого водотока, получить надежные оценки основных параметров модели.

В четвертом разделе диссертации рассматриваются основные вопросы и положения построения гидрохимической модели водотока. Особенность нефти как фактора загрязнения: способность образовывать пленку на поверхности водного объекта, равно как и способность выпадать на дно в виде тяжелых фракций углеводородов, - предъявляет свои требования к описанию массообменных процессов. В этой связи разработанная математическая модель миграции примесей в водотоке (гидрохимическая модель) развивает и дополняет известные положения о

График изменения уровня воОы 1-ой камеры

моделях камерного типа расчетными схемами оценки состояния загрязненности прилегающих кумулятивных сред: донные отложения (А/,(0), ледовый покров (М3(/)), береговая полоса (М2(0). Топологическая схема массообменных процессов представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 - Топологическая схема массообменных процессов.

На приведенном рисунке: т0 (/)- масса нефтезагрязнителя во входном потоке; т,(/)- масса нефтезагрязнителя в выходном потоке; ти(1) -контролируемое поступление массы нефтезагрязнителя в водоток; тр{0 -априорно неизвестное поступление нефтезагрязнителя; т1БХ(1), т2г;х (г), тш{0 " расходы массы загрязнителя, вследствие действия механизмов биохимической деструкции; т21(0, т31(7), т41(г) - расходы массы загрязнителя, перешедшей в водную среду, вследствие отдачи с береговой зоны, ледового покрова и дна; /и12(/) и т13(е)- расходы массы загрязнителя, перешедшей из водной среды на береговую зону и ледовый покров, вследствие сорбции; т,4(()и от14 (?) - расходы массы загрязнителя, перешедшей на дно из водной среды и со льда вследствие осаждения.

Заложенные механизмы трансформации говорят о том, что со временем распределенная по зонам масса «подвижного» (участвующего в

массообменных процессах) загрязнителя либо покидает камеру, либо в силу биохимических распадов и иных деструкционных механизмов переходит условно в «неподвижное» состояние, т.е. выводится из массообменного оборота.

В рамках введенных обозначений объединенная динамика массообменных процессов в водотоке описывается системой уравнений:

ЛЛ (0 = »»о (0 + ти 0) + тр (0 - (0 - Щбх (0 -

- ти,2 (0 - та (Г) - от14 (0 + т2, (0 + т3, (г) + «4| (О, • Л/2 (0 = (/) + тп (0 -т2, (О, Л/3 (0 = -т„ (0 + тп (0 - т34 (Г), Л/ 4 (0 = -ш4£Л. (/) + от,4 (г) - т41 (Г),

С целью оценки реакции системы «водная среда - кумулятивные зоны» на факт ненормативного воздействия (аварийный разлив) был проведен вычислительный эксперимент на основе разработанных моделей. Результаты модельного эксперимента, в ходе которого оценивалась реакция системы на прохождение однотипного аварийного разлива, произошедшего в различные сезонные периоды года, показали, что на одинаковом промежутке оценивания (2 года) итоговые пропорции между остаточным количеством «подвижного» загрязнителя, трансформируемого и вынесенного неодинаковы. Это обстоятельство позволяет сделать вывод о том, что для надежного опознавания объемов воздействий недостаточно обособленных данных контроля качества водной среды, необходимо создание модельных технологий оценивания состояния загрязненности примыкающих к водотоку кумулятивных зон, в частности представленной гидрохимической модели.

В пятом разделе диссертации излагаются основные положения алгоритма идентификации параметров гидрохимической модели водотока по данным регулярных наблюдений качества воды во входо-выходных створах, с целью практической реализации представленной технологии оценивания.

Особенностью представленного алгоритма является декомпозиция исходной модели, по учету сезонных влияющих факторов и сред воздействия на более простые, что позволяет упростить общую задачу идентификации за счет сокращения размерностей векторов оцениваемых параметров. Учитывая разнотемповость массообменных процессов, происходящих в водной среде и в пределах дна, первоначально на основе данных редких измерений идентифицируются параметры модели донных отложений, а затем на основе полученных результатов решается задача оценки параметров модели «водная среда - берег».

Логика работы алгоритма идентификации построена по принципу последовательных приближений с использованием фильтров осреднения, которые восстанавливают недостающие составляющие векторов состояния регрессионных переменных. Работоспособность алгоритма идентификации проверялась на основе модельных данных, имитирующих реальную практику контроля качества водной среды. При формировании выборки измерений полагалось, что измерения загрязненности воды производились ежесуточно, а донных отложений - один раз в двадцать дней.

В ходе проведенных численных экспериментов было установлено, что представленный алгоритм идентификации имеет широкие диапазоны сходимости: ошибка начального оценивания искомых параметров достигала 300%, количество итераций алгоритма идентификации составляло 50 шагов, при этом погрешность оценивания не превышала 5%. Сходимость процесса идентификации для модели «водная среда -берег» представлена на рисунке 4.

Рисунок 4 -Динамика изменения среднеквадратического отклонения (Д), к - шаг итерации алгоритма оценивания.

В определенной степени представленный алгоритм оценивания параметров формулирует требования к регламенту проведения замеров качества водной среды и донных отложений для создания модельных технологий контроля состояния загрязненности.

В заключении приведены основные результаты диссертационной работы.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. На основе анализа современного состояния вопросов по контролю и управлению загрязненностью рек, обозначены основные проблемы, возникающие в рамках эксплуатационно-хозяйственной деятельности между предприятиями-водопользователями и органами экологического контроля. Формулируются основные направления совершенствования методик нормирования и контроля воздействий на основе методов гидродинамического и гидрохимического моделирования.

2. Разработан алгоритм геоинформационного конструирования ландшафтно-камерных моделей поверхностного водосбора малых рек Севера Западной Сибири. Особенностью модели является использование данных картографического анализа для восстановления основных параметров рассматриваемых процессов. Представлена технология вычислительного контроля и прогнозирования водности, как основы метода динамического нормирования сбросов.

3. Представлена математическая модель миграции примесей в водотоке, развивающая и дополняющая известные положения о моделях камерного типа расчетными схемами оценки состояния загрязненности прилегающих кумулятивных сред: береговой полосы, ледового покрова и дна.

4. Представлена технологическая схема и алгоритм идентификации параметров гидрохимической модели по данным аналитического контроля. Приведенный алгоритм оценивания параметров формулирует требования к регламенту проведения замеров качества водной среды и донных отложений для создания модельных технологий контроля состояния загрязненности прилегающих водосборных территорий.

Основные положения диссертационной работы опубликованы:

в журналах, рекомендованных ВАК РФ:

1. Пикинеров П.В. Математические методы контроля нефтезагрязненности водотоков на месторождениях с длительными периодами ледостава: Модель. I I Соловьев И.Г., Пикинеров П.В., Шмелева Т.А.// Криосфера Земли, 2008, т. XIV, №2, С.28-35.

2. Пикинеров П.В. Математические методы контроля нефтезагрязненности водотоков на месторождениях с длительными периодами ледостава: Идентификация. II / Соловьев И.Г., Пикинеров П.В.// Криосфера Земли, 2008, т. XV, №3, С.25-31.

в следующих работах:

1. Пикинеров П.В. Гидродинамическая модель загрязнения водотоков / Шмелева Т.А., Пикинеров П.В. // Вестн. кибернетики. Тюмень: Изд-во ШОС СО РАН, 2005. №4.С.29-35.

2. Пикинеров П.В. Моделирование нефтезагрязненности водотоков, расположенных на территории месторождений / Пикинеров П.В., Шмелева Т.А. // Вестн. кибернетики. Тюмень: Изд-во ИПОС СО РАН, 2006. №5 .С. 10-15.

3. Пикинеров П.В. Идентификация параметров гидрохимической модели нефтезагрязненности дна водотока / Пикинеров П.В., Шмелева Т.А. // Вестн. кибернетики. Тюмень: Изд-во ИПОС СО РАН, 2007, №6 С.11-17.

4. Пикинеров П.В. Геоинформационные технологии в расчете графиков ПДС / Пикинеров П.В., Власов Е.В., Соловьев И.Г. // Современные методы математического моделирования природных и антропогенных катастроф. Тезисы IX Всероссийской конференции, Барнаул, 2007, С.90.

5. Пикинеров П.В. Идентификация параметров гидрохимической модели загрязненности водотока с учетом сезонно-климатических факторов // Криогенные ресурсы полярных регионов. Состояние и перспективы инженерного мерзлотоведения. Материалы международной конференции, Тюмень, 2008, С. 474-478.

Подписано в печать 10.11.09г. Формат 60x90 1/16. Усл. печ. л. 1,0 Тираж 100 экз. Заказ №352.

Издательство государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Тюменский государственный нефтегазовый университет». 625000, г. Тюмень, ул. Володарского, 38.

Отдел оперативной полиграфии издательства. 625039, г. Тюмень, ул. Киевская, 52.

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Пикинеров, Павел Васильевич

ВВЕДЕНИЕ

РАЗДЕЛ 1. ПРОБЛЕМЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО НОРМИРОВАНИЯ

1.1 Общие положения

1.2 Гидрологические особенности малых рек бассейна Западной

Сибири

1.3 Проблемы экологического нормирования для малых рек бассейна Западной Сибири

1.3.1 Задача нормирования воздействия от нескольких водопользователей 20 ^

1.4 Гидродинамическая модель как инструмент прогнозирования

1.5 Место гидродинамических и гидрохимических моделей в системе экологического надзора

1.6 Применение гидродинамических моделей в вопросах определения нормативов допустимого сброса

1.7 Выводы по разделу 31 РАЗДЕЛ 2. ГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ

2.1 Общие положения

2.2 Обобщенный алгоритм построения ландшафтной гидродинамической модели, приуроченной к участку водотока

2.3 Характеристика основных влияющих факторов

2.4 Структура гидродинамической модели

2.5 Основные механизмы влагообмена

2.6 Общий вид гидродинамической модели

2.7 Идентификация параметров гидродинамической модели

2.8 Выводы по разделу

РАЗДЕЛ 3. ТЕХНОЛОГИИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО

ПОСТРОЕНИЯ КАМЕРНЫХ МОДЕЛЕЙ

3.1 Общие положения

3.2 Требования к исходной информации

3.3 Векторизация картографической информации

3.4 Параметризация векторизованного образа

3.5 Выделение камерных структур

3.6 Спрямленная форма представления векторизованного 65 образа

3.6.1 Трансформация площади водосбора

3.6.2 Трансформация рельефных структур

3.7 Параметризация линеаризованной структуры

3.8 Русловые характеристики

3.9 Практические результаты

3.10 Выводы по разделу 74 РАЗДЕЛ 4. ГИДРОХИМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ВОДОТОКА

4.1 Общие положения

4.2 Современные тенденции и подходы в вопросах гидрохимического мониторинга

4.3 Нефть как основной источник загрязнения в регионе

Западной Сибири

4.4 Гидрохимическая модель

4.4.1 Основные положения

4.4.2 Характеристика основных составляющих гидрохимической модели

4.4.3 Общий вид гидрохимической модели водотока

4.5 Анализ результатов гидрохимического моделирования

4.6 Выводы по разделу

РАЗДЕЛ 5. ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ 102 ГИДРОХИМИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ

5.1 Основные положения

5.2 Декомпозиция гидрохимической модели

5.3 Алгоритм идентификации модели донных отложений

5.4 Результат идентификации модели донных отложений

5.5 Алгоритм идентификации модели «водная среда - берег»

5.6 Результат идентификации модели «водная среда - берег»

5.7 Выводы по разделу 118 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 120 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 123 ПРИЛОЖЕНИЕ А. Численная реализация построения гидродинамической модели на примере р.Васьеган

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Геоинформационное конструирование моделей водотоков для задач контроля и нормирования загрязнений"

Для ныне действующей системы государственного управления охраной поверхностных вод задача нормирования воздействий и контроля качества водной среды занимает центральное место. Актуальность данной проблемы весьма высока и определяется совокупностью нижеперечисленных факторов, характерных для территории Севера Западной Сибири.

Интенсивная нагрузка на водные объекты, как от объявленных источников воздействий, (сброс сточных* вод с городских канализационных очистных сооружений), так и вследствие аварийных ситуаций (несанкционированный сброс, нефтяные разливы).

Низкая степень самовосстановительной способности- окружающей среды, связанная со слабой активностью биоты, которая обусловлена длительными5 периодами ледостава и высоким-уровнем загрязненности.

Сезонный характер влияния нефтезагрязненных пойменных зон* вследствие поступления загрязняющих веществ с поверхностным стоком, что затрудняет процесс определения аварийной- ситуации, по данным* гидрохимического анализа.

Низкая степень информационной обеспеченности служб государственного надзора, ввиду отсутствия данных гидрометеорологических и детальных гидрохимических измерений* [1, 36], особенно это характерно для малых водных объектов.

Одной из важнейших экологических проблем территории Севера Западной Сибири является химическое загрязнение окружающей среды, особенно в нефтедобывающих районах. Примерно 7% всех эксплуатируемых нефтяных месторождений имеют высокую степень загрязненности, 70% -слабую и среднюю нарушенность территории [8]. Качественные показатели состояния природных вод свидетельствуют о сложной экологической ситуации в районах Западной Сибири [8]. По данным территориальных органов экологического надзора, на территории Ханты-Мансийского f 5 автономного округа в 2007 и 2008 годах количество загрязняющих веществ, попавших в результате аварий в водные объекты, составило: за 2007 г. -1642,53 т., за аналогичный период 2008 г. - 619,4 т; кроме того, на почву попало 8489,9 и 4893,4 т. загрязняющих веществ соответственно. Можно выделить ряд объективных причин сложившейся ситуации: интенсивное воздействие источников сброса сточных вод, несовершенство применяемых очистных и эколого-сберегающих технологий, высокие показатели аварийности в процессах транспортировки и добычи нефтепродуктов.

В этих условиях задача обеспечения экологической безопасности и рационального использования природных ресурсов является приоритетной? и требует принятия комплекса мер. Необходимо повысить эффективность действующей государственной системы управления охраной окружающей среды. В настоящее время* уровень организации указанной территориальной системы характеризуется следующими негативными моментами: сложность получения надежных оценок оказанного воздействия и характеристики состояния окружающей^ среды ввиду отсутствия* утвержденных регламентов^ комплексного* учета многофакторных механизмов распределения загрязняющих веществ в пределах различных сред; отсутствие согласованных взглядов и критериев в вопросах комплексного нормирования воздействий от нескольких водопользователей, следствием чего является низкая результативность управляющих решений.

Можно отметить, что на законодательном уровне достаточно давно декларируется принцип перехода к нормативам допустимого воздействия на водные объекты (допустимого совокупного воздействия всех источников, расположенных в пределах речного бассейна или его части, на водный объект или его часть) [47]. Однако на практике объявленные подходы не находят реального применения. Ключевым фактором здесь видится неприспособленность сложившихся схем регламента нормирования' к указанным выше специфическим условиям территории.

Дополнительной сложностью в вопросах нормирования сбросов является, ограниченная способность водоемов к использованию в качестве приемников сточных вод (ассимилирующая способность), что обуславливает поиск компромисса между удовлетворением потребностей предприятия в водном ресурсе (экономический аспект) и сохранением нормативного качества воды водных объектов (экологический аспект).

Одним из потенциальных подходов к решению вышеобозначенной проблемы может являться переход от статического норматива воздействия, определяемого по минимальному уровню водности 95% обеспеченности, на, динамический, определяемый в соответствии с текущим уровнем водности, с условием не превышения предельно допустимых концентраций (ПДК) в контрольном створе [39]. В этой связи особую роль занимает задача определения гидрологических характеристик (уровень водности, расход) исследуемого водного объекта. В условиях отсутствия необходимых данных гидродинамических наблюдений (измерения уровень воды) для значительной части малых рек Западной Сибири, труднодоступности водных объектов и значительных материальных затрат связанных с организацией полевых измерений, использование принципов математического моделирования является одним из надежных способов решения задачи восстановления гидрологических характеристик водного объекта.

Водная среда играет особую роль как объект контроля, поскольку выступает приемником загрязнителей, поступающих с поверхностным стоком с территории водосбора. Соответственно, в определенной степени водный объект можно рассматривать как индикатор уровня загрязненности прилегающей территории. Исходя из этого положения, анализируя текущее состояние и динамику изменения качества водной среды, можно отслеживать соответствующие процессы на прилегающей территории, в частности аварийность сети нефтесборных коллекторов и межпромысловых трубопроводов * [45]. В практике реального контроля необходимо отличать факт прохождения* аварийного ситуации от действия факторов вторичного загрязнения, обусловленных смывом накопленного загрязнителя поверхностным стоком во время половодья или во время сильных дождей. Для этого необходимо иметь информацию о текущем уровне загрязнения прилегающих к водотоку кумулятивных сред и динамике изменения основных гидрометеорологических параметров системы.

Целью представленной работы является разработка математических схем и геоинформационных средств для задач совершенствования государственного регламента контроля и нормирования воздействий на водотоки в условиях севера Западной Сибири с учетом динамики водности, вторичных источников загрязнений <и поверхностного стока.

Исходя из поставленной цели и обозначенных выше проблем, определялись задачи исследования:

- анализ современного состояния вопросов по контролю и управлению загрязненностью рек, практика, регламенты, нормативы и подзаконные акты по водопользованию в северных районах Западной Сибири;

- поисю путей и средств совершенствования методик нормирования воздействий и контроля качества водной среды на основе создания математических моделей динамики водных балансов и массообмена с учетом факторов вторичных загрязнений; разработка алгоритма геоинформационного конструирования ландшафтно-камерных моделей малых рек и основанных на них моделей миграции примесей в условиях длительных периодов ледостава;

- разработка алгоритмов и программ оценивания параметров передач в моделях миграции, ассимиляции и массообмена нефтезагрязнений с окаймляющими русло кумулятивными зонами.

Научная новизна представленной работы заключается в: 1. В развитие метода гидрологической аналогий предложен новый подход к расчету гидрографов малых рек с различными уставками обеспеченности. Реализованная технология ландшафтно-камерного моделирования поверхностного водосбора применительно к малоизученным рекам Западной Сибири позволяет рационально планировать предельные нормы сбросов на основе текущего прогноза гидроресурса по фону и водности. 2. Разработана оригинальная технология адаптивного вычислительного контроля состояния нефтезагрязненности антропогенно нагруженных участков рек с длительными периодами ледостава, учитывающая внутригодовую динамику скрытых (аварийных) стоков и механизмов вторичных загрязнений.

Практическая значимость представленной работы заключается в том, что она направлена на совершенствование действующего регламента нормирования сбросов в водотоки на основе рационального распределения объемов выпусков в соответствии с динамикой водности. Технология геоинформационного конструирования ландшафтно-камерной модели была использована при построении соответствующей модели и гидрографа р.Васьеган, в задаче расчета ПДС для КОС-7000/14000 г.Салехард.

Заключение Диссертация по теме "Геоэкология", Пикинеров, Павел Васильевич

1.7 Выводы по разделу

В развитие действующих методов нормирования и контроля воздействий на водные объекты, с учетом принятой практики динамического нормирования и использования технологий адаптивного наблюдения, представлен' системный подход, в рамках которого комплексно рассматриваются процессы взаимодействия между водотоком и прилежащими кумулятивными зонами с целью совершенствования методов нормирования и контроля. Главными составляющими представленного подхода является создание ландшафтно-камерной гидродинамической модели, позволяющей восстанавливать гидродинамические характеристики исследуемого участка реки; и создание гидрохимической модели, учитывающей многофакторный динамический характер групповых источников воздействий и их взаимовлияния, и позволяющей воспроизводить динамику загрязненности водотока и прилегающих к нему кумулятивных сред (береговая полоса, дно, ледовый покров). Поименованы основные области применения разработанных моделей, при этом гидродинамическая модель является основой метода динамического нормирования воздействий на водные объекты, а гидрохимическая, использующая результаты работы первой, является основой методов адаптивного наблюдения за состоянием загрязненности. Отмечается отрицательный характер практики использования малых рек как своеобразных «отстойников» при сбросе сточных вод. Рассматривается потенциальная применимость гидродинамических и гидрохимических моделей для задачи нормирования воздействия от нескольких источников. Излагается концепция использования гидродинамической модели как инструмента долгосрочного и краткосрочного прогнозирования уровня водности. Отражается область применения гидродинамических и гидрохимических моделей в системе экологического надзора.

Приводится концепция использования гидродинамических моделей для задач определения нормативов допустимого сброса, в рамках перехода от статического норматива воздействия на динамический, определяемый в соответствии с изменяющимся уровнем водности.

РАЗДЕЛ 2. ГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ

2.1 Общие положения

Переход к технологии динамического нормирования, когда объемы допустимых воздействий определяются в соответствии с уровнем водности, требует более детального определения основных гидрологических характеристик водного объекта (динамика изменения уровня водности на годовом периоде) помимо определения уровня минимальной водности 95% обеспеченности, что предусматривается стандартными методами нормирования. Для малых рек бассейна Среднего Приобья характерна ситуация, когда исследуемый водный объект не имеет контрольных гидропостов и по нему отсутствуют данные контрольных измерений. Организация полноценных полевых исследований для восстановления гидрологических характеристик водного объекта не оправдывает себя ни с экономической (в силу больших материальных затрат), ни с временной (результат нужен в течение месяцев, поэтому проводить многолетние исследования нецелесообразно) точек зрения. Единственным выходом ранее в этой ситуации было использование стандартных статистических методов определения гидрологических параметров [54], которые позволяют получить осредненные оценки искомых характеристик. В объявленных условиях использование- статистических методов определения гидрологических параметров видится малоэффективным и формулируется задача разработки гидродинамической модели водотока как инструмента восстановления гидрологических характеристик малых водных объектов (динамика изменения расхода воды в водотоке - гидрограф; динамика изменения объемов поверхностного стока; расход, скорость).

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Пикинеров, Павел Васильевич, Тюмень

1. Бабушкин А.Г. Гидрохимический мониторинг поверхностных водХанты-Мансийского автономного округа - Югры. Новосибирск: Наука, 2007, 152 с.

2. Бабушкин А.Г., Пикинеров П.В., Шмелева Т.А. Идентификацияпараметров гидрохимической модели водотока // Современные методы математического моделирования природных и антропогенных катастроф. Тезисы IX Всероссийской конференции, Барнаул: 2007, 10.

3. Вавилин В.А. Нелинейные модели биологической очистки и процессовсамоочищения в реках. - М.: Наука, 1983. - 158 с.

4. Валеева Э.И., Московченко Д.В. Роль водно-болотных угодий вустойчивом развитии севера Западной Сибири. - Тюмень: Изд-во ИПОС СО РАН, 2001-229 с.

5. Владимиров A.M. Гидрологические расчеты. - Л.: Гидрометеоиздат,1990.-366 с.

6. Власов Е.В., Шмелева Т.А. Информационные технологии слежения ипрогнозирования гидрологических режимов рек в задачах экологии // Криосфера Земли, 1998, т. II, №3, 4 4 ^ 7 .

7. Влияние нефтегазовой промышленности на окружающую среду //Бюллетень «Использование и охрана природных ресурсов в России». - 2001. - №3-4. 5 - 12.

8. Водный Кодекс Российской Федерации, Федеральный законРоссийской Федерации от 3 июня 2006 года N 74-ФЗ // Российская газета № 4087.

9. Врагов А.В. Методы обнаружения, оценки и ликвидации аварийныхразливов нефти. - Новосибирск: НГУ 2002. - 234 с.

10. Голуб Дж., Ван Лоун Ч. Матричные вычисления. М.: Мир, 1999, 548 с.

11. Гопченко Е.Д., Гушля А.В. Гидрология с основами мелиорации. - Л.:Гидрометеоиздат, 1989. - 304 с. Гидр. Расчеты, формула расхода

12. Дружинин Н.И., Шишкин А.И. Математическое моделирование ипрогнозирование загрязнения поверхностных вод суши. ' — Л.: Гидрометеоиздат, 1989.-391 с.

13. Дьяконов К.Н. Влияние нефтедобычи на природную среду СреднегоПриобья. Региональный географический прогноз. - М.: Изд-во МГУ, 1980. 174-182.

14. Калинин В.М. Водные ресурсы Тюменской области (состояние,проблемы, перспективы) // Налоги. Инвестиции. Капитал. - 2003. - 125 с.

15. Клименко И.А. Охрана окружающей среды при разведке и освоениинефтяных месторождений. Обзор ВНИИ экономики минерального сырья и геолого-разведочных работ. - М.: ВИЭМС, 1987. - 53 с.

16. Коптюг В.А. Предисловие // Материалы конференции «Пути и средствадостижения сбалансированного эколого-экономического развития в нефтяных регионах Западной Сибири». Нижневартовск: ИПП «Уральский рабочий», 1994, 4.

17. Корень В.И. Математические модели в прогнозах речного стока. - Л.:Гидрометеоиздат, 1991. -200 с.

18. Кучмент Л.С., Гельфан А.Н. Динамико-стохастические моделиформирования речного стока. - М . : Наука, 1993. - 106 с.

19. Кучмент Л.С., Мотовилов Ю.Г., Назаров Н.А. Чувствительностьгидрологических систем. - М.: Наука, 1990. - 144 с.

20. Кюнж Ж.А., Холи Ф.М., Вервей А. Численные методы в задачахречной гидравлики: практическое применение. М.: Энергоиздат, 1985, 256 с.

21. Малоземов В.Н., Певный А.Б. Полиномиальные сплайны. Л.:Ленинградский университет, 1986, 120 с.

22. Мельников В.П. Осознать суть созидания // Материалы конференции«Пути и средства достижения сбалансированного эколого-экономического развития в нефтяных регионах Западной Сибири». Нижневартовск: ИГШ «Уральский рабочий», 1994, 7-8.

23. Методика расчета предельно допустимых сбросов (ПДС) веществ вводные объекты со сточными водами, ВНИИВО, Харьков, 1990.

24. Методика разработки нормативов допустимых сбросов веществ имикроорганизмов в водные объекты для водопользователей. // Приказом МПР России от 17.12.2007 №333, М., 2007 г.

25. Михайлова Л.В. Современный гидрохимический режим и влияниезагрязнений на водную экосистему и рыбное хозяйство Обского бассейна (обзор) // Гидробиологический журн. - 1991. - Т.27, №5. - 80-90.

26. Михайлов В.Н., Добровольский А.Д. Общая гидрология. М.: Высшаяшкола, 1991,368 с.

27. Московченко Д.В. Нефтегазодобыча и окружающая среда: Экологогеохимический анализ Тюменской области. - Новосибирск: Наука, 1998. 112 с.

28. О состоянии окружающей среды Ханты - Мансийского автономногоокруга в 1998 году // Обзор: Ханты-Мансийск: ОАО «НГЩ Мониторинг», 1999-152 с.

29. О состоянии окружающей природной среды Ханты - Мансийскогоавтономного округа в 1999 году // Обзор: Ханты-Мансийск: ОАО «НПЦ Мониторинг», 2000 - 129 с.

30. О состоянии окружающей природной среды Ханты - Мансийскогоавтономного округа в 2000 году // Обзор: Ханты-Мансийск: ОАО «НПЦ Мониторинг», 2001 - 133 с.

31. О состоянии окружающей природной среды Ханты - Мансийскогоавтономного округа в 2001 году // Информационный бюллетень: ХантыМансийск: ОАО «НПЦ Мониторинг», 2002 - 120 с.

32. О состоянии окружающей природной среды Ханты - Мансийскогоавтономного округа в 2002 году // Информационный бюллетень: ХантыМансийск: ОАО «НПЦ Мониторинг», 2003 - 125 с.

33. О состоянии окружающей природной среды Ханты - Мансийскогоавтономного округа - Югры в 2003 году // Информационный бюллетень: Ханты-Мансийск: ОАО «НПЦ Мониторинг», 2004 - 160с.

34. Пикинеров П.В., Власов Е.В., Соловьев И.Г. Геоинформационныетехнологии в расчете графиков ПДС // Современные методы математического моделирования природных и антропогенных катастроф. Тезисы IX Всероссийской конференции, Барнаул: 2007, 90.

35. Пикинеров П.В., Шмелева Т.А. Моделирование нефтезагрязненностиводотоков, расположенных на территории месторождений // Вестн. кибернетики. Тюмень: Изд-во ИПОС СО РАН, 2006. Вып. 5.С. 10-15.

36. Пикинеров П.В., Шмелева Т.А. Идентификация параметровгидрохимической модели нефтезагрязненности дна водотока // Вестн. кибернетики. Тюмень: Изд-во ИПОС СО РАН, 2007, №6 11-17.

37. Пикинеров П.В., Юденко А.Е., Шмелева Т.А. Модельнефтезагрязненности водотока // Нефть и газ Западной Сибири. Материалы всероссийской научно-технической конференции. Т.2. — Тюмень: Изд-во ТюмГНГУ, 2007, 232-235.

38. Пособие по определению расчетных гидрологических характеристик.Ленинград, 1984.

39. Постановление Правительства РФ от 19.12.1996 № 1504 "О порядкеразработки и утверждения нормативов предельно допустимых вредных воздействий на водные объекты"

40. Рациональное использование водных ресурсов бассейна Азовскогоморя: Математические модели / Под редакцией И.И. Воровича - М.: Наука, 1981. - 360 с. Камерные модели

41. РД 52.24.622-2001. Методические указания. Проведение расчетовфоновых концентраций химических веществ в воде водотоков. М.: 2001 г.

42. Рябенький B.C. Введение в вычислительную математику. М.:Физматлит, 1994, 336 с.

43. Солнцева Н.П. Добыча нефти и геохимия природных ландшафтов. М.:Изд-во МГУ, 1998. - 256 с.

44. Соловьев И.Г., Пикинеров П.В., Шмелева Т.А. Математические методыконтроля нефтезагрязненности водотоков на месторождениях с длительными периодами ледостава: Модель. I // Криосфера Земли, 2008, т. XIV, №2, с. 1624.

45. Соловьев И.Г., Пикинеров П.В. Математические методы контролянефтезагрязненности водотоков на месторождениях с длительными периодами ледостава: Идентификация. II // Криосфера Земли, 2008, т. XV, №3, 25-31.

46. СП 33-101-2003. Свод правил по проектированию и строительству.Определение основных расчетных гидрологических характеристик. М.: 2003 г.

47. Страшкраба М., Гнаук А. Пресноводные экосистемы, математическоемоделирование. - М . : Мир, 1989. - 374 с.

48. Фурасов В.Д. Задачи гарантированной идентификации. Дискретныесистемы. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2005 - 150 с.

49. Хомяков П.М., Конищев В.М., Пегов А. и др. Моделированиединамики геоэкосистем регионального уровня. М.: Изд-во Моск. ун-та, 2000, 382 с.

50. Чижов Б.Е., Вавер В.И., Долингер В.А., Крупинин Н.Я. и др. Лекции порекультивации нефтезагрязненных земель в Ханты-Мансийском автономном округе. - Тюмень: Изд-во Тюм ГУ , 2000. - 84 с.

51. Шитиков В.К., Розенберг Г.С., Зинченко Т.Д. Количественнаягидроэкология: Методы системной идентификации. - Тольятти, 2003. - 463 с.

52. Шмелева Т.А., Вахов Д.А. Геоинформационные технологии контроляза состоянием загрязненных участков нефтяных месторождений // Криосфера Земли. - 1998. - Т.2, №3. - 36-43.

53. Шмелева Т. А., Пикинеров П.В. Гидродинамическая модельзагрязнения водотоков // Вестн. кибернетики. Тюмень: Изд-во ИПОС СО РАН, 2005. №4.С.29-35.

54. Alberts Р.Н. Oil spills and the environment: a review of chemical fate andbiological effects of petroleum // The Effects of oil on wildlife, Hanover: Sheridan Press, 1991.-p. 1-12.

55. Al-Sabhan W., Mulligan M., Blackburn G.A. A real-time hydrologicalmodel for flood prediction using GIS and the WWW, Computers, Environment and Urban Systems, 2003, No. 27, p. 9-32.

56. Ani E., Wallis S., Kraslawski A., Agachi P.S. Development, calibration andevaluation of two mathematical models for pollutant transport in a small river. Environmental Modelling & Software, 2009, No. 24, p. 1139-1152.

57. Argent R.M., Perraud J.-M., Rahman J.M., Grayson R.B., Podger G.M. Anew approach to water quality modelling and environmental decision support systems. Environmental Modelling & Software, 2009, No. 24, p. 809-818.

58. Atzeni A., Balzano A., Lai G. Water quality assessment throughhydrodynamics and transport simulation in the S. Gilla lagoon, Italy. Environmental Modeling and Assessment, 1998, No. 3, p. 227-236.

59. Beck M.B., Water quality modelling: a review of the analysis of uncertainty.Water Resources Research, 1987, No. 23, p. 1393-1442.

60. Cole T.M., Wells S.A. A Two — Dimensional, Laterally Averaged,Hydrodynamic and Water Quality Model // http://www.ce.pdx.edu/w2

61. Dockner E., Long N.V. International pollution control: cooperative versusnoncooperative strategies. Journal of Environmental Economics and Management, 1993, No. 24, p. 13-29.

62. Dolan D., Yui K., Geist R. Evaluation of river load estimation methods fortotal phosphorus. Journal of Great Lakes Research, 1981, No. 7, p. 207-214.

63. Euren K., Weyer E. System identification of open water channels withundershot and overshot gates. Control Engineering Practice, 2007, No. 15, p. 813824.

64. Ferguson R.I. Accuracy and precision of methods for estimating river loads.Earth Surface Processes and Landforms, 1987, No. 12, p. 95-104.

65. Green C.H., Van Griensven A. Autocalibration in hydrologic modeling:Using SWAT2005 in small-scale watersheds. Environmental Modelling & Software, 2007, No. 20, p. 1-13.

66. Halfon, E., Is there a best model structure? Modelling the fate of a toxicsubstance in a lake. Ecological Modelling, 1983, No. 20, p. 135-152.

67. He C , Croley Т.Е. Application of a distributed large basin runoff model inthe Great Lakes basin. Control Engineering Practice, 2007, No. 15, p. 1001-1011.

68. Hattermann F.F., Krysanova V., Habeck A., Bronstert A., 2006. Integratingwetlands and riparian zones in river basin modeling. Ecological Modelling, 2006, No. 199, p. 379-392.

69. Horsburgh J.S., Tarboton D.G., Piasecki M.5 Maidment D.R., Zaslavsky I.,Valentine D., Whitenack T. An integrated system for publishing environmental observations data. Environmental Modelling & Software, 2009, No. 24, p. 879888.

70. Huang S., Hesse C , Krysanova V., Hattermann F. From meso- to macroscale dynamic water quality modelling for the assessment of land use change scenarios. Ecological Modelling, 2009, No. 220, p. 2543-2558.

71. Jiang J., Wan N. A model for ecological assessment to pesticide pollutionmanagement. Ecological Modelling, 2009, No. 220, p. 1844-1851.

72. Goodall J.L., Horsburgh J.S., Whiteaker T.L., Maidment D.R., Zaslavsky I.,A first approach to web services for the National Water Information System. Environmental Modelling & Software, 2008, No. 23, p. 404-411.

73. Kneis D., Forster S., Bronstert A. Simulation of water quality in a flooddetention area using models of different spatial discretization. Ecological Modelling, 2009, No. 220, p. 1631-1642.

74. Kronvang, В., Bruhn, A.J.Choice of sampling strategy and estimationmethod for calculating nitrogen and phosphorus transport in small lowland streams. Нуdrological Processes, 1996, No. 10(11), p. 1483-1501.

75. Lindenschmidt, K.E., The effect of complexity on parameter sensitivity andmodel uncertainty in river water quality modelling. Ecological Modelling, 2006, No. 190, p. 72-86.

76. Liu X.L., Wang W.J., Ren H.R., Li W., Zhang C.Y., Han D.J., Liang K.,Yang R. Quality monitoring of flowing water using colorimetric method based on a semiconductor optical wavelength sensor. Measurement, 2009, No. 42, p. 51-56.

77. Lopes J.F., Silva C.I., Cardoso A.C. Validation of a water quality model forthe Ria de Aveiro lagoon, Portugal. Environmental Modelling & Software, 2008, No. 23, p. 479-494.

78. Marsili-Libelli, S., Giusti, E., Water quality modelling for small river basins.Environmental Modelling and Software, 2008, No. 23. p. 451-463.

79. Merwade M., Cook A., Coonrod J., GIS techniques for creating river terrainmodels for hydrodynamic modeling and flood inundation mapping. Environmental Modelling & Software, 2008, No. 23. p. 1300-1311.

80. Mesbah S.M., Kerachian R., Nikoo M.R., Developing real time operatingrules for trading discharge permits in rivers: Application of Bayesian Networks. Environmental Modelling & Software, 2009, No. 24. p. 238-246.

81. Moreda F., Koren V., Zhang Z., Reed S., Smith M. Parameterization ofdistributed hydrological models: learning from the experiences of lumped modeling. Journal of Hydrology, 2006, No. 320, p. 218-237.

82. Narita Y., Satoh K., Hayashi K., Tanaka S. Development of automaticcontinuous measurement system of chemical constituents in the precipitation. Water, Air and Soil Pollution, 2001, No. 130, p. 1523-1528.

83. Pearl J., On the connection between the complexity and credibility ofinferred models. International Journal of General Systems, 1978, No. 4, p. 255264.

84. Preston S.D., Bierman, V.J., Silliman, S.E. An evaluation of methods for theestimation of tributary mass loads. Water Resources Research, 1989, No. 25 (6), p. 1379-1389.

85. Rudis M., Valenta P., Valentova J., Nol O. Assessment of the deposition ofpolluted sediments transferred by a catastrophic flood and related changes in groundwater quality. Journal of Hydrology, 2009, No. 369, p. 326-335.

86. Shrestha S., Kazama F., Newham L.T.H. A framework for estimatingpollutant export coefficients from long-term in-stream water quality monitoring data. Environmental Modelling & Software, 2008, No. 23, p. 182-194.

87. Singh K.P., Basant A., Malik A., Jain G. Artificial neural network modelingof the river water quality—A case study. Ecological Modelling, 2009, No. 220, p. 888-895.

88. Snowling, S.D., Kramer, J.R. Evaluating modelling uncertainty for modelselection. Ecological Modelling, 2001, No. 138, p. 17-30.

89. Telci I.T., Nam K., Guan J., Aral M.M. Optimal water quality monitoringnetwork design for river systems. Journal of Environmental Management, 2009, No. 90, p. 2987-2998.

90. US ACE, HEC-RAS River Analysis System Hydraulic Reference ManualVersion 3.1. Hydrologic Engineering Center, Davis, CA, 350 p.

91. USGS, Digital Elevation Model (DEM). Available from:http://edc.usgs.gov/guides/dem.html (accessed 19.11.07)

92. Viviroli D., Zappa M., Gurtz J., Weingartner R. An introduction to thehydrological modelling system PREVAH and its pre- and post-processing-tools. Environmental Modelling & Software, 2009, No. 24, p. 1209-1222.

93. Walling, D.E., Webb, B.W. The reliability of suspended sediment load data,erosion and sediment transport measurement. Proceedings of the Florence Symposium, IAHS Publication, 1981, No. 133, p. 177-194.

94. Walling, D.E., Webb, B.W. The reliability of rating curve estimates ofsuspended yield: some further comments, sediment budgets. Proceedings of the Porto Alegre Symposium, IAHS Publication, 1988, No. 174, p. 337-350.

95. Wallis S.G., Czernuszenko W., Rowinski P.M. Experimental study of traveltimes in a small stream. Water Quality Hazards and Dispersion of Pollutants, 2005, p. 109-120.

96. Wang X., Homerb M., Dyerb S.D., White-Hullb C , Du С A river waterquality model integrated with a web-based geographic information system. Journal of Environmental Management, 2005, No. 75, p. 219-228.

97. Ward F.A. Economics in integrated water management. EnvironmentalModelling & Software, 2009, No. 24, p. 948-958.

98. Weber M.L. Market for water rights under environmental constraints.Journal of Environmental Economics and Management, 2001, No. 42, p. 53-64.

99. Yang W., Nan J., Sun D. An online water quality monitoring andmanagement system developed for the Liming River basin in Daqing, China. Journal of Environmental Management, 2007, No. 87. p. 123-131.

100. Zhao L. Model of collective cooperation and reallocation of benefits relatedto conflicts over water pollution across regional boundaries in a Chinese river basin. Environmental Modelling & Software, 2009, No. 24, p. 603-610.