Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Система оценок и прогнозирование водности и качества водных ресурсов малых рек для развития орошения и водоснабжения

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Система оценок и прогнозирование водности и качества водных ресурсов малых рек для развития орошения и водоснабжения"

\ о

Нз празах рукописи

&МГАГЛЕЯЗДПІ?6з-Гсг/ля ГЛ'ггг5Лт:шро=:5Ч .

СИСТЕМА ОЦЕНОК И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ВОДНОСТИ Я КАЧЕСТВА ВОДНЫХ РЕСУРСОЗ ?.!АЛЬ!Х Р£Я ДЛЯ РАЗВИТИЯ ОРОШЕНИЯ И ВОДОСНАБЖЕНИЯ ' (на пр:”.'срз т/.глых рек бассейна р. Деи)

Специальность: 11.00.11 - ‘Охрана окружающей среды и рациональное ’ использование природных ресурсов’

- АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученей степени кандидата •• сог.ъсхохозяйстзенных наук -

Новочаркасск,1535

РсЗота вьаояигна в Ссисрэ-Ксг^схзи научно-мсслэдоазтельсхоы кнспяуте оадного зэзяйэтвэ (СегКазНИИВХ).

Научныз рухсеодэтглн: .

доктор технически наук. профессор Иисзроя ОЛ., кандидат технических наук, старшей научный сотрудаж Косолапое АЛ. . Официальные оппоненты:

скздошк £.!ех<дунгродной академии гхолоши и .природопользования, доктор технических *аук, ‘ '

профессор Госітшіцез ДЛ., '

кандидат сельскохо^'іг'лсснн^х наук ПзльчснкоВ.А.

«С

. Егдуи;пя орггнизг’.^’я: Дскскоз бассейновое водохозяйственная

. с5иедингиие (ДВБО)

Заадята состоится "29* МО-рта 1525года с -/О чс;с>из згсе-дан;-'! диссертац::2:г.п«о соьгтг К 120.7S.01 Нг-о^срк^с;-.;'-гсс>7;г.рстье-.-;ной цзл:-:ор27г.ьиой акзд&иїм (НГМА). '

С д'/.сссртіциа:о;.с-:о ознгхо?,-.:<ть.<;я э €;і5г..;ртеі<е НГГ-.іА.

От:^;2:.’ иг с*7гргферг;г прес;:." кгяра-ялть с д;.ух о:-:зс.%:.'.;ілр--^ £ яо^в/сжл»,гсз^ргьн:”,-;: пс-уатя?.:;!, пз г-р-згу; 3-15403. г-Нзсочаркагск Росгсггксйсодссти.ул.П>іігйіигкг л. 111, д^-^ртгционный солот.

г-лтсрн.1;Г”'; рагосллл 1333 года. с-

Ученый секретарь диссертационного совета, ,

за5лу>?.<:нныл аепиоратор 'Российской Федерации, •

кк^дкд'Л соп^схохозяйотвенкых наук, профессор Г.К.^'зршынснко

ОБЩАЯ ХЛЬМСГЗРИСТИ.'*А Ь'Л£ОТЫ

Актуальность работы: Технический и технологический прогресс наряду с положительным эффсетом чссет и ряд негативных последствий. В области водных ресурсов они связаны с увеличением забора воды из поверхностных и пол темных источников в первую очередь из сельскохозяйственные ну^лы и частичным загргзненнем рентой воды. Поэтому, научно-кхничесгнс исследования ь области водных ресурсов, прежде всего, направлены на поиски новых методов оценки зоологического состояния бпсссйнон .малых и средних рек и, по возможности, перехода на интенсивные яподы использования водных рсеурссв.

Обшеизяеспю. что малые реки по многих регионах служат основным, а г, ряде случаен и единственным источником воды д,'1я хозянстиенно-шлье.чых .чужд, орошения и ссльсхохсзу.ис'тси’.'.сго г.одос}.’а6::гепня. Велами слотппп’сес;, экологическое рапноисепс в бассейнах малых рек нарушено '|ц'Д »■ л-.--м ^акчорои ан^-сьогснною ьо-.’дей'.гпии. Поэтому, восстановление годных окоаклем малых ре:; з последнее время стало задачей сб-!Пего-;у;;ар!-п;сн:!ого масштаба. '

Именно п '.и о г пернол а-дуален около; с-иконемпчгскии т: :тход к рл':ра-б<чкс и от :п.-с инвестиционных программ отделены:: проектов, сгиму-лчруюьчих снижение негдтшшьгх досл---дс;впй вгпииия антропст лндлх факт ори» на природную сре:гу, а а конечно:-! счете, и на сельсхохозлпстген-ног производство. ■

Цеаь и к'дичи псследозадин. Основной целью диссертационной работы явилась масштабная оценка изменения экологического -го.чшы и учет качеств поды в бассейнах малых ре;: при коррс:стиров:;г тарифов платы ал воду для принятия планопо-упраздя!с:г;:.; решений по водо-сиабженим отраслей народного хозяйства и з первую очередь сельского хозяйства. . .

Из основной цели следует ряд аз дач, основные из которых можно сформулировать следующим образом: 1) исследование плилння антропогенных факторов на теологическое состояпде малых рек и выявление среди них наиболее первостепенных; 2) исследование по обоснованию выбора показателей техногенных нагрузок ддя оценки экологического состояния палых рек: 3) выявление оснсзньр: точечных нсточникоз и похагагглеП загрязнений малых водотоков; .4) рекомендации по детальному обслсдова-нню водохозяйственных учас1Ков бассейнов малых рек, где наблюдается напряженная экологическая обстановка; 5) оценка пригодности фактического качества воды для использования на нужды сельского хозяйства (орошения. водоснабжения); 6) разработка укрупненных и часткьа показателей техногенных нагрузок на бассейны шлих рек; 7) разработка тех-

!1а,:оп:чс.::со1о unr.i~v.t2. ьыбсра.»: классификации малых рек по уроыно техногенных н£грузо::* 8) решение задачи об оптимальном составе севооборотов и оценка стоимости водных ресурсов (на примере Мартыновской ОС Ростовской области); 9) учет качества оросительной водь; при расчете пла-тежзй ^^пользование водных ресурсов. .

Нау»гяая кгзизяа. В результате исследований впервые разработаны: методика ситуационного анализа водохозяйственной обстановки и качества вод в бассейнах малых рек, с целью ранжирования их и выделения приоритетных объектов инвестирования природоохранных мероприятий; базовое технологическое обеспечение идентификации основных точечных источн;ь£со и показателей загрязнений п бассейнах малых рек*; информацн-онно-технологнчсская система расчета платежей за использование водных ресурсов в сельском хозяйстве с учетом фактора качества гюверхност- , НЫХ ВОД. ' ' •

Практическая ценность. Полученные результаты проверены в производственных условиях н внедрены'в Донском БВО, при анализе экологического состояния малых рек бассейна р.Воронеж.

Лпробашы работы. Основные положения работы докладывались на следующих научно-практических конференциях: Всероссийском научнотехническом совещании “Экологические проблемы и внедрение хозрасчетных отношении б- управлении водными ресурсами” (I. Свердловск, ’1989 г.), Всесоюзной конференции " Современные, проблемы планирования и управления лодохозяйстисиными системами (г. Новочеркасск ,1990 г.), Всероссийской иачио-техннческой конференции “ Экоснстсмиьгн лодход к ; управлешхэ водными ресурсами б бассейнах рек" (г. Екатеринбург. 1994 г.), Международной научно-лракшческой конференции "Экология и со* временность” (г. Азоз, 1995г.). • . ■

Публикации. Поземедиссертацииспублиховано 5 печатных работ. -Струглура и сбьсг.1 дпесергсцш:. Диссертация состоит ш введение | пят та а, сьтодоз, списка испояьзрзашюП литературы 155 наимендяа* ииЯ. Работа соягрлзп" (63 страниц иашшюпншоготсхста, 25 рнсунйоз, 26 таблиц И..4 ПрНЯОЖешШ. 9

ь,

■ ■.. содержаниерабош /:

Во введшим обосновывается актуальность темы и характеризуются основные положения ДИСССрПШИН. /;.■■■ : -- V'.'У-':

Впгроом гдябс дан анализ современного состоятся вопроса неелг-дованнй. Опросам рационального использованияй охраны родных ре сурсов, разработки и сЬвсршенст&оБздш методов оценки н прогноза по-; следствий хозяйств«нноЯ д£ятелыюсти «аводосборзл рек и управления ;

водохранилищ' посвящены работы Л.Б-Авзкяна, И.В.Бусалаевз, АЛ.Вели-канова, Г.В.Воропасиа, Г.Г.Гангардта, А.Б.Горстко, Д.П.Гостшцева, ЗОА-Домбровского, Г-Х.ИсмаЯылоза, ВА.Кардашз, В.Т.Кап пшл, О.ПЛСи-.^ромл, А.Е.Косолапова, Д.В.Корекпстог.а, НЛ.Картпеллшзилм, П.И.Ме-•'чтова, В.Г.Пряжинской, Г.Г.Спанпдзе, .1.Г.Сухеру.сова, А.М.Черняева, А.Бисьаса, ДЛаукса, Б.Мартинеса, ВДщонсона, Д;к.Кенна и др.

Провеленныи обзор отечественно"! и зарубежной литератур:,: ползо-лнч составить системное представлений г.'.гггереп, процессов и последствий хозяйственного освоения бассейнов рел.'В пределах :.*а::;дсго бассейна проявление данных факторов и процессов сугубо шуцгондуалмю, однако общие их черты негативных последствий язляготс.т сходными.

Согласно А.Г.Курдову, основными факторами антропоген :сго поз-денгпн!л, влияние которых существенно сказалось на общем внелогическом сосголшш малых ре:: а бассейне р. Есронел: являются: осушение пойменных болот и земель; спрямление русл; годная эрозия; заборы поды изрек; загрязнение речной волы. Нели влияние первых трех са: лоров л последнее время сведено а- минимуму, то воздействие таких факторов заборы годы, безвозвратное водспотребленне и загрязнение речкой воды не только не уменьшилось, но и существенно возросло. Тал в бассейне р.Есроне:::, по данным отчетности за 199* г., общий обтем забора йода! га природных водных обт/л.тов составляет 701,6 млн.Р'.З в год. в тем числе из поверхностных - 284.9 млн.м3 и из подземных - 416,7 млн.мЗ. Общий •• бт .ч С:~-возвратио! о г.олопотреиления относительно пригодных воднъг'. ябъектов составляет 357,3 млн.м3. Общин объем отводимых стс!""<::тл .. гст.;л-ственно в природные поверхностные водные ебве’лгт, по дз1-:\’ •' ог::т-ностн га 1994 год, составляет 3.44,1 млн.м3, в тем числе звгря-нгг”чх - 21 3,С млн.иЗ, нормативно-чистых (без очистки) - 115,9 млн.нЗ, нормггп.вно-очищенны;, --9,635 млн.м3. Со сточными годами отводятся следующие загрязняющие вещества: БПКз - 3,773 тые.т, нефтспроду^гты - 0,053 тыс.т, сульфаты - 20,3 тмс.т, азот аммонийный - 14,3 т, г.зоту иитритный - 0,С05 т, фоеоор (общин) - 364,7 т, железо общее*- 123,1 т, фенолы - 0,137 т, медь -! ,653 т. ' ' 5 ' '

Анализ многочисленных литературных источников в кев!'; под-л;?"‘-;дает пргдпссьлку о коррелированное™ реакнип биоты с т —-генными ор.’мл. Однако характер лозникагсщнх о>гологи’:ес"П" с --.ей неоднозначен, т.к. все понулчпин и сообщества ч :ой или и 'ой "те : явно под::гр:-:ены стр"ссг.м, и разграничить естественны'- ” --в:у- с'Ч’1':-

изменения затруднительно, тем белее с учетом нндиандуе.-в-чоет . '-а:;:дя-; гл-:о:нсте,мы. Пока бесспорным прёдстл-'ллется заключение о 70'м, -гго прги даткагощиесл антропогенные на!руг:::1 пбуглав-лг/.к^отухудшение яяолггн-

ческою состояния р.~к я сни',;:;н'.': их шгаюнвностн, по крайней мере, не приведет к нгпанзным последствиям.

Поэтому, при соврсмскноП недостаточной экологической изученности малых водотоков, наряду с проведением фундаментальных исследований влияния абиотических н биотических факторов, оправданным представ-' яяется подход, связанный также с исследованием уровней техногенных нагрузок. В настоящее Брсыя.с накоплением некоторого опьгга применения указанного подхода к оценке атропогеиной нагрузки и классификации на ее основе экологического состояния бассейнов рек, видны и недостатки рекомендованных методик, основные из которых можно сформулировать следующим образом: ■

1. При классификации водных объектов по показателям техногенной

нагрузки фактически используется предпосылка о сопоставимости ранжируемых водных объектов и независимости их количественных и качсслчіі-ных характеристик от местополо>:':пня рек в иерархической структуре'бассейна. Устранение этого недост;: предполагает учет топологии рек, их

зональных и азональных показаті,:;і;. - '

2. Применяемый способ балльной оценки “вкцада" отдельных антропогенных факторов в общую оценку состояния реки, как правило, посіп субъективны:; характер, а зачастую - приводит і: нивелированию отдельных показателей вследствие необоснованного выбора балльных оценок базовых показателей. Болес продуктивным представляется подход, основанный на анализе состояния Водных объектов по однородным группам показателей. Перечень гоупп и состав показателей определяется специалистами на основе имеющихся материалов наблюдений и отчетности. По мере изучения водных.объектов может меняться как перечень трупп, так и состав используемых показателей. .

3. Существенные трудности в использовании рекомендованных методик вызывает информационный аспект, вследствие неоднозначной трактовки, ряда расчетных показателей и отсутствия технологических рекомендаций по сбору информации для их расчета. "

Безотлагательность проведения водоохранных мероприятий по восстановлению рея;;;:/.:; биологической продуктивности, хозяйственной и рекреационной значимости малых рек - с одной стороны и отсутствие достаточных финансовых средств у государства на проведения, таких мероприятий во всех бассейнах малых рек - с другой, предопределили разработку принципиально новой методики масштабной оценки состояния бассейнов малых рек по группам показателей уровня техногенных нагрузок, с целыо ранжирования их и выделения приоритетных рек, требующих первоочередных инвестиций. Основные- методические положения рассматриваются

во второй главе в пиле следукигах отзпсе 'лнали'г..' .

!. Ранжирование водных объектов по напряженности кодохогзяйст-венной обстаноики (рис.I") •

1.1. Для пыбрлннмх бассейнов рек" м их участков ПрОНОСОДШ'СЯ расч-гг аояохозлйетвенных балансов с использованием специально разработанной технологии у.одглнропания. Детальность балансов, перечет, составляющих ВХБ, неючпнуи н характер используемой информации определяйся исходя н-д изученности кодного объекта.

L2. С учетом шкалы напряженности ВХБ осуществляется разбивка мно-'-геотьа лнализируех;ых бассейнов рек па группы по значению показателя напряженности ВХБ (I). Каждой па выделенных груш! з соогастстгил со шкальной градацией присваивается кач'естоенная хараэтернстики cootijct-сп1уъ.-):.чсн подихозяйстьснной ситуации: "хорошая", "нормальная", "напряженная". “очень напряженная”, "дефицитная". ' '

1.3. Для последних трем групп бассейнов рек проводится ранжирование на уровне подгрупп по !скале предпочтительности оенс''!ч пндое использования водных рееургеч;, для чего предварите,п>;;о определяются приоритетные направления нспопьзсешшя вода в бассейнах и па расчеты:: тчасс-:ах ре.ч (2},(3). Ilov.epa подгруппа:.! присватаются, з псргд;:с уигде-ння np:iopirrcion. . .

1.4 ?.гггпоч:ггсльный juar процедуры рагсюфрза&'ия из первом о-тапе состоит х>. уточнении яорядкепеге Ьо.\тгра дагхдой реки с дыдедншых на предыдущем и>аге дгсгруппаг. по сркд-еэгдпдеяксму подаоотйду itzng:> Г’спнсст:! ВХБ (4). Плрдг^свыб номера л гюдгрупггах прнс&агшаотгя з по-рядхгубыт;ли1Г! зпаче:д::; позсаоотелд папр.окгддсст:;. ', .. . •

Таким s:? с-3р-ззс:л, для да::д;сй сг:-:л 2Ъ!лелг:огсл гдг:б<>.-;;-г iKs/^viccji-нт.?; г.одохо2ПЙстге51Нг.-""."'аст:-г:з. ■ ' ' ’ . ’

^срмпрог-П!!?!-- паЗсрз :;риар5ггсшлх рек по п'.лгсахе.до :.-апряд:;дно-■~п ВХБ ооулггогдгочок;- д с::г^-7с1дс;л дор.д-дг: днлчоде оодддгдлгугс;-басскйш,: с::: s:z грудд:.; с хзрйккргягхеЗ0c:svyai:i :и'mw:я:!* я тем порядке. з >.-а”ом они «'"асзлись поегг шага I.--. гагсле едг-.т-г-дг р?кя до группы 'очг-n. гадря-.гггнна?". нт^. ' . .

?а:гг:лр''ча";:^ басседксз дел до- п-'дехсу олгрлоделпс-ед? год ,ПЗБ>;рис.2; . . \ ' ' " , - ' ‘

2.1 - 3 ссдсг.е рг.:~азрсра;п*л бдсссПдсз дед по JX3 дккд :■ спредсдлглг "латгеа vactcnsz есгм. по дддтд.д,: дсстсг. —тдрс“д:д”;~ас!д пабддгдел;;;;. При огсугстдпд полоз гоблкддлхий ддя дгстср'.д; род, они 5*2 ед.едддают-гл по поготзтел-о кгчесгза- Пр:; 1:зяг:п;пг да дсдоггсло дгсдсды-лд; постсз па-б.пл’кннЯ, река разбнЕзсто* на раскатал? j^aciKJ?, для ксдохого :го которых расс'пггывается показатель ИЗВ. 9 , ;

:б.

2.2. Ь соотоеглс’Ь, i; глглсо?,' лачссис воды tee еодогоки (Сбиваются на б групп - !ЮМ':л группы соответствует классу качесшл. Из дальней-у:гго рассмотрения исключаются пгрпая и вторая группы рек.

•2.3 Упорядочение рек внутри выделенных групп производится в соот-сстспши со значением ИЗВ (7). . ' ’

3. Фор-: :рэваинс группы.водных объектов, приоритетных для, шше-стнроаання природоохранных мероприятий.

3.1. Определяется общая группа первоочередных водных объектов, п которую включаются бассейны-с наихудшим состоянием по показателям использования полных рссурсоа и качества бод. ’* . ,

Выполненное таким образом ранжирование может быть скоррсктиро-вано с использованием неформальных .соображений - организационного. пронзпо_дственяо]го,фштнсоЕогомдр.характсра. . . "

4. Анализ причин и источников техногенныхнагрз'зо;:.

По объектам, вхупочЪшь >.*.! в список первоочередных мероприятий, проьод.'пгся детализированная оценки водохозяйственной и гидрохимической ситуации (5)-(б). Строятся г-оцсжозяйстсенпые профили блссеинои с целью устакоилсанг. участков с наиболее напряженным бонан.-ом.! 1о казаку такому участку ныяплясгс:; обныя структура и прлчииддкцнис инды использования годим;; ресурсов, оиениьаетзя их .долевое участие L'. «ищем объеме ёодояотр'еблення. С нспользозаннсм ршформацнонно-понсковон системы идентифицируются -основные объекты-потребители ьодных рссур-соо, оценивается плпание прудоп и иодохраинлнщ па деформацию стока. ■

Аналогичный анализ в(лпод}1яется с привлечением частных по»;азатс-лей, характеризующих причины' попадашС* водных объектои п категорию, . 'загрязненных*. С использованием ндентпф!исаЦиоииых таблиц показате- • лей выявляются основные.нсточшк'и кцрязнеций. оценивается их вклад d суммарную нагрузку. В разрЬгс:у»псщ)в л басссйноа рек устанавднвается пространстсенная данга^нпч^ кощегпрац;^ щвредкшрв, строятся rni/jpo-.. химические профили, Поъталлются водные объекты, наиболее напряженные по'показателя» ючесгвз повср$р^ц*1^\^

! В результате рфпвздрш рассмотренных эталон определяется перечень , первоочередных по остроте Еодохозййотениой и гидрохимической обета-. HODKH бассейноо, перечень ПрНЧНЯ.'сПИСТ! ХОЗЯЙСТВСН!П.1Х , объектов и то-чечшлх загрязнителей, др^тие обосновывающие материалы, необходимые ГИЯ определена очередности и состава.водоохранных мероприятий.

Рлшюгровгшнс блссїйнрв рек по показателем папряжгшюслі водохозяПстосішоП обстановки .

-(

Кегффицкс-нт испря-гомссти 3X5 (HS5) ‘ ' О) ■' ■ . Яі . - '

. Покоіатсли приоритетности ОзссзГ-ноз ' рек и водохозяйственных учзсткоз с ;-1-Г^1л,;/2 5;.,,7. (2) ■ ^іг? {3>

Среднер.гпе;»£нкыЯ і'ззффнцнзнт И35 (•') ■-

. Водо>:сзяй;тпс?г::-;уо проф'/тм Г . w

Когффкцкс-нт ьл;‘.г.н::л прудез и

водохранилищ на измзкгннз стс;:з t:in~ —. (Є) •: -"V" ' - #

Уоллпямо г.Сііппячєі’пг,: j-нндегс роки; vP - гу:г*лр г: і : «лл.’іяля

потреб::;^:;- : ■'і" ресурсаv. год Г--с?і 1 Н'Ч'

уі.чігГ) і::.- рм:- с*:"Г inYw""-:;;! v: ■ і ;7яТг:^с

ги'і:ч''::;ГІ ..." - ч її• і>сь1ргсурсм, допушп.'.: к

;іню :> би' іч - >'о:- і-;] ::і;!!спт нспопмгаппь'Н:! ьачн длі ,і-оп-> ."іідл пі> і-

оп ргкс; - о.' толнчесл. о г.одо-мборо» п бассейне реки; з? - з л бор

р.оЛЫЛ-ti'f 1<одс^л:л;/;о!;аггд:.м ;іля j-cro ііііДЗ пгпользомипя: з2п - суммарный забор под.л n-ілм кодсполілозат&см; А'£, - суммарный показатель

испсльзоллния ноль: no -ому пргіорнтпу; %- среднсг'зг.сшгпч'пелазз* тсль нпирт-к-.-нности BXR; гт, - протяженность 'JJ -его і'f.'.,• -л!• :r<ro

улетга; -i.w.-l-J-mntjnr плпяния прудой и Г(СО”р.и!;!лні.ч у • •••:••»««»!»

с тс га па участке;- - с.мкостъ прудов it водохранилищ і: : у и г.

в

РаіШ!рО£3!ШС б:?іссс!і'і0гі рек ги индексу заірязеїшостн СОД

Условны; обозвачепня: ^-ііндексзагрязненности г. оды для го контрольного епюра; -количество выбранных для расчета ингредиентов из рашмровтшного (по кратности-превышения ПДК) убывающего ряд:; кон-игтргціні; у - количество наблюдений г'-го инредиента за расчетный период; С^к-г.редгльно-допустішая концентрация г-го инредиента.

Рцг.2- _ ' ' . -

О

, В тустъ-.-Л глпг.з происдсны исслг-чсзания-по г::ог.очичгс:яш механизмам н'1!1-ьгп!рпг'.:к::--' 1-одсохранных мероприятия и сельском хозяйявс. Оценка полных рссугссп до.тл-на отражать как эффеетивность про; згодстла. гак пего затраты.Оиределснныс гтсрснектизы решгню :>гсй проблемы длег теория оигималг нг:о планирования. Возмолшссгь построена'? стиральных (др.ойстг.епиых) оценок ргсурсОЗ хорошо разработана г. рамзсах детермиии--ропанных -задач линейного и выпуклого программирования. Задачи опгн-мальногс» нлаппропаг.пя сформулированы кал для народнохозяйственного уровня, так и для отдельных отраслей, регионов и предприятий.

Рассмотрим задачу оптимального планирования распределения йодных ресурсов и бассейне реки, сформулированную п следующем виде:

Ях*) = тая 2 - <РМ

; * 13

д ^(х^У йO,jeJ/kG К]

Ь^(х^) й 0 ,1 6 I £(х) 5 Ь х г О

(9)

(10)

(И)

"(12)

(13)

Здесь использованы следующие обозначения: •

1 - индекс подопельзоэателя: - преиззедетеенг.’оя ; ’• -'г»» :•>

/юпопкзователд г. ггоиусгпязи •п.гзаггмшн сучлом Е!|угрньпс: ?:;рат, л-.:> заниых с нспол>зо:'|а!И*ем водных ресурсов; Ху - сбъсч полны-: р-с-рсоп,

ньтделеиньк о чу водопользователю; х- веетср переменных ] е и ;

» <з .

х - вектор огтги.чг.тьных значении переменных;Ф(х) - оункция обшшассей-

новых затрат, сп- лнных с обеспечением водопользователей водой в обье- 0 ме :<] ; (10) - ба ссПновыс технологические ограниченияхвязаншье с использованием лодных ресурсов; (1 1) -технолотчгсл!г ограничения для групп водопользователей,использующих водные ресурсы бя «згятна из легочников; (12)- ограничения нз располагаемые подлы; рйургуь

Будем исходить »» того, что задача (9) - (13) яаязетеэ *г«8эдй выпуклого программирования. т.е. нелепая функция (9) прсясгзвлягт собой выпуклую вверх многомерную фуиушио, а егрзкнченкя (ГО) • (13) образуют замкнутое выпуклое множество. В •этом'атуггс, в 'соответствии' с теорией

двойственности задичс (9) - (13) ставится в соответствие двойственная задача, при этомсЛ прямая, к двойственная задачи имею! глобальный оптимум. .

Каждому ограничению (10) - (12) соответствует своя двойственная оценка, отличная от нуля, если оптимальный вектор прямой задачи прньа-' Д1гг к знаку равенства в ограничении. „ *

В нашем случае, наибольший интерес вызывлюг двойственные оценки (Л ) для ограничений на водные ресурсы (12). Эти ограничения в левой части содержат суммарное потребление водных ресурсов, а в правой -их величину, доступную к использованию.

Согласно теории двойственности, оценка Л рассматривается как цена реелреа в оптимальном плане. Двойственные оценки ресурсов обладают общеизвестными свойствами - чем выше дефицитность ресурса, тем выше оценка. Наоборот, с уменьшением дефицита оценка падаег и равна нулю при отсутствии дефицита. Если ее трактовать как цену ресурса, то, *в нашем случае, эта цена отражает как доходную, так и затратную часть. Отпадает необходимость рассчитывать долю участия ресурса в формировании дохода и затрат. * . •

Таким образом, получение двойственных оценок водных ресурсов с использованием модели (9), (10) вполне реально при известных производственных функциях <р±. ‘ .

В качестве примера предлагается построение оптимальной производственной функции для предприятий самого крупного в бассейн* Нижнею Дона водопользователя - орошаемого земледелия. В качестве производственной единицы здесь выступает оросительная система. Модель I - ой оросительной системы может быть пргдставлгна в следующем виде:

(15)

• V 1 \(1 ) . .

. Ух, <. Бу' , 1 е (16)

1 ■ ; . . ’; ■

Хх £ о , 2^ £ 0 '

В целевую функцию входят: С - кс )ффицнснт ущерба от случайного

характера стока ; Хд - искомая площадь орошения в Vм- севообороте; Хрх -коэффициентучастия р * культуры в I й- севообороте; Дм' -заку-

!!

почная цена • // - культуры ; - функция урожайности; ц -

культуры в зависимости от величины оросительной нормы у^ - те-

кущие затраты (на I м3 поливной коды), связанные с орошением; Рь -

приведенные капитальные вложения на Создание оросительной системы и инфраструктуры, приняты ^ пропорциональными площади орошаемых земель. - . - *• .

иіраии чпи,; (25) представляют собой уравнение водного баланса, где 7 - КПД оросительной системы,’ V - объем выделяемой воды. Ограничения (!6) возникают из-за наличия на вновь осваиваемы* территориях земель различной ( г’ - ой) категории. Трансформация земель в высшую категорию осуществляется путем капитальных вложений, и отражается функцией ' •

В качестве конкрелюго объекта для моделирования принята Мартыновская оросительная система в Ростовской области. Начало проеглпрова-ния системы относится к 1975 г. В настоящее время построена 1-я очередь системы на 15 тыс.га с базовым центром в п.Мартынова. В качестве исходной информации приняты данные к проекту оросительной системы. Основу . сельскохозяйственною производства составляют четыре севооборота: I -зерновой; И - зерново-кормовой; ПІ- кормовой; IV - культурные пастбища.

’ При построении функции принята проектная урожайность

и оросительная норма для фиксации верхней точки кривой. Вес' г;?р;<ггцн-онный фонд разделен на три категери)П'“хсрошие” пг —ти, не требующие дренажа н больших затрат из сельхозосвоение ; тхуни, не тре-

бующие лренажа, но отличающиеся лопь:шенными втратами на сельхозое-воение; “плохие” земли, требующие больших затрат на дренаж и сельскохозяйственное освоение. На графике (рис.З) изображена аппроксимирующая кривая <р . построенная по значением функции (14) в точках оптимума при фиксированных значеннях першек:«3 V . В таб;* 1 приведены показатели оптимального плана „соответствующие различные объемам использования оросительной воды. , ,

•Анализ результатов расчетов покатывает, что по мере уьелич:і"«я забора воды в гіервую очередь в оборот вовлекаютсл “хорошие” землі!, соответствующие более высокой рентной оценке, затем в сельхозпронзсодсгво вовлекаются “средние'' „змлн.

Построенная (рисЗ) оптимальна^ производственная функция отвечает закону убывающей доходности. тле. по мере роггз оросительной нормы

График отишлыюй производственнойфушаши <р для Мд^шоискаП оросплыюи системы (и цепах 1933 г.)

, РнсЗ

. . . Таб.*. ,ца I

Показатели оптимальных планов

Потрс Хорошие земли, Средние Вмход дополнительной »

блСНИС тысха чгмли.тысха продукции, тыс.а

поды, Сспообороты Сспооборо- Корм Карт Озим. Поле Зерно |

кит. ты овыс офель пш:н ОЛПСЧ ^ 1 1нЮО 1

м3 II III IV II III и на ПИК вые

10 2.3 0.0 0.0 ■ 0.0 0.0 75 73 25.0 1.60 , 0.85

20 4.7 0.0 0.0 0.0 0.0 * 120 149 51.0 3.25 1.74 0 2.60

30 7.0 0.0 0.0 0.0 0.0 228 222 76.0 4.85

40 7.2 0.0 .1-5 0.0 0.0 345 228 ,78.5 5.00 2.66

50 7 2 0.8 2.5 0.0 0.0 491 228 78.5 5.00 2.66

' 60 8.0 1.5 3.2 0.0 0.0 618 253 87.0 5.55 2.95

• 70 9.6 1.0 3.7 0.0 0.4 703 304 106.0 6,65 3.55

80 ЮЛ 0.0 4-2 ы ; 1.5 798 ’355 122.0 .7.75 4.15

90 9.6 1. ..... 0.0 | 4.7 3 2 13 888 406 140.0 , 8.55 4 Л?

урожайность ссльсколозяйггшсніі'їк культур па единицу объема воды падает. а затраты при этом растут или, по крайней мере, остаются постоянными. Если принимать со внимание теорию предельной иолезногш, то развитие системы лозможно до такого значення' определяющего рее. 7?.'::, при кото-’ ром приращение дохода на единицу объема ресурса не еггнгг^:.їм iiymo. Соответственно, двойственная оценка ресурс а максимальна ь начале координат и падая до нуля при прекращении роста функции доход::.

В рассматриваемом нами случае (рис.З) двойственная оценка соды меняется uiG,;: руб/.\:3 при v= 10 млн.мЗ до 0,05 руо/мЗ при v=90 илн.мЗ. При плане, соответствующем І очереди Мартыновской ОС, оценка составляет

0,07 руб/мЗ (по ценам до 1935 г). ■ ■

Из анализа результатов численной реализации модели (14) - (16) и их графической иллзострашп вытекают следугсщнетшоды:

Ео-перзмх, двойственные оценки тем выше, чем прибыльнс*: предприятие ,! при про','их рапных условиях, отражают, решнузо составляющую друтх ресурсов (в пашем случае - земли).

Во-втсрых, двойственные оцензеи тег.) щеке,- чем зышг' капитальные и текущие затраты. 'по находится в прямой противоположности затратному методу псстроеипя цены на соду.

В-іреті их, оценкл примо лропсрциоі’зіп на КПД системы, т.е. повышение КПД системы без снижения прибыли повышает оценку ресурса.

В-четвертых, оценка при избытке ресурса принимает пул слое -начевне, но ого означает, что данный стпср не является замыкающим, и р:'/:четы нужно вести длг; бліглайіисго вшг» по течешпо замыкающего сторг

В классической экономике существует так называемая.'.^дя',.' *;oi!r,na,m-сгл, kov.'P~'- принципиально подходит к рассматриваемым ус лег ияч избытка ресурсов.

Обвз.-ычим через Л1 исходную цЧ/їу і-а ресурсы, которая завискг от реличины спроса на данный ресурс и может был. сырлжена в виде функции спроса Лс - £{v) , где v - величина спроса на ресурс. Будем считать, что

в нашем слгчас можно построить однозначную функцию связи С{у) текущих и приведенных капитальных затрат с предполагаемым к продч::;с обь-

t ^

сном водного ресурса. Тогда задачу определения цены на попу Л" можно представ і ггь в' в і іде:

, ' гла:-|/.с(v; • v - C(v)j .

v > О ” ' (17)

’ «Такая постанови задачи позволяет использовать условия Кучп-Так- . icepa при v> 0. В результате получаем знаменне цены: .

Проіонодсггеїпінс фуикцпппля Мартыновской оросіїтсль-' нон системи ирн риличиїк уровнях пси Дс па і\сцу

Фупшпл спрос?, для Мпртшгоясгсоп оросц. тельной системы

Рнс.5

Рассмотрим.пс-сгреснп!? функции спроса для орошаемого земледелия с использснлинем ранее построенной оптимальной пронззодстаенной фуик-

!!ин( 14) (рис.З). Впедем п. (14) п.'.пу за водные ресурсы. Поскольку и А" и V входят л задачу параметрически, мо;:;но "использоваться предыдущим решением, уменьшая для каждого значения V пелпчину целецри функции на

АСг/ последовательно для всех А . На рнс.4 представлены графики производственных функции для Ас изменяющейся в интервале (0,05 ; 0,20) руо./мЗ с шагом'0;005 руб,/м3. Считается, 'гго водопользователь закажет

при данном значении - Ас тог обьем'воды, который соотостстоует положительному максимуму решения гада Ш.

С использованием системы графикой (рис.-1.) строится спроса

для данной оросигелг нон счегемы (рис.5). . -

Лк:^;оп;ппмм оОра'ом. при пплн'дп! с;п;’:;л::1.;п.1Х производстве;!!!;,!.;. ■1'у;гг:!'.:!н мо:к:;0 пос!ро’,спроса для д^тнх лодо: -V ’: ''оиател'Я! и су I; ~<;;:осл для бассейна (и:::: его частей), догорая подко-

ли'. п.:'м':!гг:. ц-л'у ид .’С\’у. Трудности м^годологпЧспкого .чарадтера, не сод'.олл’.оши-., сегодня широко использсиать методы,-оптимального планирования для элоисмнческоП оцекди додфлх ресурса», породили разработку1 ряда прлгмлтнчс'Д-.пл методпд огфедеде’шл нормативов платы га ксполь-

■ зодание води11Ми-обьсгстами.; Так.'з затещлепи» третьей, гаазы рассматривается механизм дифферс'ищшцш:- ряатскгЯ за' Исл&плспаш::: воя «.к обь-ектоь с учетом качества сояц о бассеплг рсд'и, Прц займам»! платы та. использование полных фЗмхгоз с 1огя1т:;м.Еоды даГ «сто’яаяса з системе Ср|«с.б)учитьгоается фэкпиескоэ «чести»забираемой роды.'' .В общем'виде

д|фференад‘|розага1ый иор?.пш© гагаш ( Лд с) 52 забор вряьт, с учетом качества, опрсяеляе+ся ПО формуттг: ■ ■. ■: "Г."'. '

; '/' 'е.';\ V■ \ю)

где Я; -нормарп платы за забор годи .

. к - коэффициент хачмггоа воли (ККВ).' - . ;

. , При ускшогле.’Я!!! ККВ необходимо исходить из сглзгккгы затрат, ска-

занных сдоочиспсой згбнртемаг" 50 згсточннха пода! до необходимого хачг-

■ стеа, которые несет ;:алсдый :со!Кргп.гьпТ водсдальзсзаткп». Однако п>зг трудногч'осп! таки:: расчетов недользуется уг:роп:*!!.ч:.Д! подход, когда ККВ устанавливается не для кадсдего додоггедьзозателя,, а в целом для участес»

рек на осііо. є оцїн.чіі ..'стза золм по даннмм ести пуиктои і іілрохпмиче-ских наблюдений, гірпотом под качеством ііольі педра іуметіа^гса иніегрл;;;,-пьіГі показатель качества воды (ИЗВ. УКИЗВ) или оценка .ч ач їства боды з соопістстзнн с критериями стран СЗВ. Для каждого критерия связь ККВ с классом приведена в табл. 2.,; .

Система расчета платы за подьзовашг поверхностными іюдш.імн объекта -ми с учетом качества забираемой воды.

Соршрованиі^ запросов нп \, обработку / ^данных / ■

4 t »ро£Л

прогр^сда

:Полсистима :расч*ста |иормсіт*і~ |ьоь плати із a х:э£ьзэ-І&амие по-;*ерхиост-

V.l&'M БОДАННЫМ

с&гсктахгд e

Подсистема раечьтл &ктегральних пока- с з«тгг,4:;1 КаЧ&СТ&С ВОДЫ И

•:коэч$. і‘й-: saveстаа ЬЯЇНІШ),.,

Подсистема\

расиста ♦

глатл і

пользоьа- * н;іС' сс.нГг-:^І МИ Сй'ЬОК- і тама ' "

:::т

;Подс,<стсмз

•ПФАСР.ТОРКИ.

о5^6и;-:ііня £2Ні:ік і* лнталл>-; .др.гл:?п?ї>£.

П ом с к с т с.;-: л ;j к р w а и к с

OSeCr.evltrHJ'.q . .

;Г*ПОК И»’і'0рМацИ0уИ0-Я,с

іской обработки iiv’.iu.ux

ХИйЛОГ«ЧС“*

Рнс.б

іаблпца 2

Значения ККВ в сасгхгстспйн: с классом

Класс качестве водм (МП) I . II. III IV v j"‘ ?х 1 э

Значение KJKB 2 0,9 0,7 0, 5 0, 3 0, 2

Расчет платежей ( II ± ) за забор вояы i - ым водопользователем с учетом качества осуществляется по формуле: ". f ’

- Я, = Ki - Я? • 5-Л ■. . ■ ' <2*>

где Fi- значение ККВ да i-ro Бодонод^огателя; ,

'Уд - объем поды, забранной !• ым водопользователем;

Н? ■ нормали» платы за забор поды, соотоетствующнГ I классу качг-

спза.

Вышеизложенный подход использовался для расчета платы за пользование водными объектами в бассейне рДон.

' . “ • . Таблица 3

Распределение платы за забор поверхностных зод по вилам тарифа для _______________ сельского хозяйства в бассейне рДон, %__________________

Тариф 03-03 (Госкомцен, 1989 г.) Расчетный норматив платы (Роскомвод) • Забор воды на сельское хозяйство

42,4 42,9 42,4 .

Таблица 4

Распределение платы за забор поверхностных вод для сельского хозяйства я бассейне р.Дои, У;' от полных платежей но экономическим раПскам

Методика определен!!.'! качества волы ' Экономически.: районы

Цетралыю- черноземный Поволжский Центральный Се::?ро-Ка зеки Л

- без учета качества воды; 19,6 54,7 • 21,3 43,9

- с учетом качества воды (КСЭВ) 11,5 *58,3 18,4 44,5

В чег.-ер-юй глг.пе ирсведен ситуационный анализ малых ;'"к :: •бг.с-ссйис реки Воронеж но показателям уровня техногенных гшрузок. Совместный анализ резул^г.’тоз исследований но зодохозп!-;:: - енн*. Л евтуа-ции н интегральной оценке качества под и бассейне р. Вороне;-; позволяет сформировать общий перечень водных обьектов бассейна, которые могут,быть отнесены к числу неблагополучных по принят!.!'.! группам показателей (тябл;5). „

• , Таблица 5

Перечень водных объектов бассейна р. Воронеж с высоким уровнем . показателей -НВБ и ИЗВ

I Наименование Группа лимитирующих получателей * Наименование водохозяйсгвен-

бассейна реки Зодохозяй ственный, баланс Интсграль ный показатель качества ных участков или пунктоз гидрохимического контроля

p.npi;roK Ог.Ряса *Г по ВХБ; 1. исток-гр .Тамбовской и Л till с цко и • о бла ст с и 2. гр.Тамбовской н’Липецкой областей'-устье -

р.Воронеж *£ по ВХБ • 1. устье р.Матыра-грЛипецкой 1! Воронежской областей по ИЗВ ' !.устье р.Воронеж 2. водозабор Авиационного з-д 3. с.Сшщякино 4. с.Крутое, гидропост .

р.Усмань ~ ’ + ' ■ + • по ВХБ

j : 1. исток -грЛипецой и Воронежской областей 2. грЛнпецс-П и Воронежской областей - устье. по ИЗВ; !. yen,е р.Усмань

р.Плавица ’ + , * ' »5 грЛипецкои . и Воронежской областей - грЛипецкой н Тамбовской областей

p.Man.itw — ’■г ' 1 . С.КгАТОе, П!'‘Г>ОПОС7

* Знака-.ги (-),(+) обозначено отсутствие пли наличие годны;-: объектов сиисокнт.! показателей КВБ и ИЗВ.

Г- г.-.лон главе приводится те>:1Шко-->коно-.'нческое обоснование эф-йеггшкпоеп; результатов исследовании. Эффективность исследовании всей совокупности природных и хозяйственных харастерилгик бассейнов малых

рек определяется целым ког,;п?;;;,:ом затрат, схли^сющих интеллектуальные, материальные, организационные и временные. Поскольку не все перечисленные факторы в настоящее время могут быть выражены в стоимостных формах, то расчет ■эффективности внедрения результатов исследований производился сравнением работы ранжирования малых рек с применением ПЭВМ и без нею. Экономический эффект проведения машинных расчетов соспшил 34.6 млн.руЗ.

. ВЫВОДЫ И ПГЦДЛОЖЬНИЯ ‘

1. Сложившаяся неблагоприятная сбстаисп"з а бассейнах малых рек еннжает воз,меккиосгь использования, донсхой поды для сельского хозяйства, сокращая бнолологическую продуктивность, и ухудшая качество воды, применяемы!} для целен сельскохозяйственного обводнения. Восстановление благоприятной водохозяйственной обстановки должно достигаться органи-

"зациониымн и техническими средствами, позволяющими управлять природными и хозяйственными процессами п пределах водосборных площадей и русл рек. Однако до настоящего времгш отсутствует концепция ком- • плексного управления ограниченной экологической информацией, что не позволяет достоверно оценивать ущербообразукинке фактор;,"! и адекватно 2лють_на складывающуюся обстановку. ■

2. В условиях современной недостаточной экологической изученности

рек выбор объектов, требующих первоочередных инвестиций з водоохранные меронриятя; проводится путем классификация бассейнов по степени действующей из них техногенной нагрузки. В результант анализа существующих методов классификации устанозлг.'п г.та{&од!г:’0!тть боле: детального учета реальных неточшпгез нн^ор.’пц'пз, .'.^кощелся - нормативной базы, сжюзгашяж! технодошП подсохртигого планирования н проектирования. ■ :; : '

С цель» повышения иифер!!!з-пйиссш пягсдьзрмых материалов раз. рзботзцы показатели и кр!Тгер!ЕГкпзшфгаЬй1 бгссгПасз, принщшизяь-но отличимые от^шекяемю .о фвяхпу&!ог&йгтт!х&и-:.

Кроме/г^,-яспольтомни5•• псягззевяЗ и перо-'.'

химической ••'(збяазгеггп л.бзсегШш/, с&гптпгггт Гйряссд ат ужетньк

■ эгсперпаа ССЯ1С2: ^бгеетез я нориггргггггяьг.* ^гг^пг^з сдачяггукяо'-'

■ пга.уир1»зя^шадетяргаззтамЗ-бзягк!сзвк^явтг!вгад-:.;^''

<■;3. Мап'отгбкость 5кса«м ы5агогг»Э’ таелфйявдз! &«г2'лоз, язрак-^- • теризугсшаяся сстазми ооггэтез 11 зс;.*г сгятггакрст йззсЬго БЕО» соус- ^

• лавлтйст • Гюобхашюоо» пграншуйияо!» ПЭВМ.-';.>

: . 4. Инфсрмаииокгкзя технология рзегегоэ'сияки ЬостсгзЕа «злых ргг

в Шссейнер.Ворснгя показьЕигп "Iу'а-хюжвпои-Щкгсто вод в бассейне ■

* относэтсй ко 2-иу 1С|^.ссу^гмсреш1о-зигряз1(.-.чшые), за исключением ряда участков рр.Воронеж, Матыра и Усмаиь, гае качество поды соответствует 3-иу (загрязненная) и 4-ыу (грязная, в устье р.Воронеж); 2) па водохозяйственной обстановке в маловодный год в группу с качественной характеристикой . “Очень напряженный ВХБ“ вошла р.Пригок Ст.Ряса(исток-гр.Тамбовокой н Липецкой обл.), в группу - "Напряженный КХБ” вошли рр. Усмань(нстох гр. Липецкой и Воронежской обл., грЛипецкой я Воронежской обл. - устье) и' Воронеж (устье р.Матыра - гр Липецкой и Воронежской обл.)

5. Решение задачи об оптимальном размещении севооОоротог. (па примере Мартыновской ОС) позволяет устанавливать не только рациональное распределение воды ме;кду севооборотами и сельскохозяйственными культурами , но и дать оценку ■этой волы, которая может бьпь положена г: основу расчстл'болсе обоснованных платежей ;:а использование воды.

6.Для бассейна РтЦон выполнены расчеты н анализ 1ерри1ориалъчо-отфаслсиоП сгруктури платеж:-;») с учетом применения различных у.егод;::-: интегральной оценки качества вод.

Сског/льк 1:оло;;:е.::-::; досссртакиоиппи раили иг.т.>:.»;:и.| а <мглу!‘ЛШ!\ печатных работа:;: '

I .Имитационная модель водохозяйственной системы бассейна реки-как средст;.1г. анализа алтерплтнвпы.-: В'.рнантор использования водных ресурсов (тезисы конференции) S-12.I0.90 г. - Новочеркасск: Пзд-во НПО "Югмглиорацня”, 1990 г .-с.53 / в соаитореп’е/.

2.Выбор режимов работы системы водохранилищ в бассейне р:СевДонсц на имитационной модели (тезнеы конференции) 5-12.10.90 г. -Новочеркасск" Изд-во НПО “Югмелнорацня”, 1990 г.-с.53 / и соавторстве/.

3.Управление . малым водосбором и ландшафтно-гидрологический

подход к обоснованию сети мониторинга II Мелиорация и водное хозяйство. 1595. - Кг 6. -С24-25 7 в соавторстве/. *

4.Метоз1ка ситуационного анализа водохозяйственной обстановки и качество вод б бассейнах рек. РосНИИВХ.-Екз геринбург: Изд во ’‘Виктор”,1995-66 с./в соавторстве/.

5.Ситуацио1ШЫЙ анализ уровня техногенных нагрузок на водные объ-гкты бассейнов рек (тезисы конференции) 23-26.01.96 г. - Екатеринбург: Изд-по “Виктор’’, 1996 г,-51 с. / с соавторстве/.

Подписано в печать 22.C2.a6r. Тиран 100.экз. Заказ Д 33 Тпл.ШЕАГгТшьочеркасск ?остоеской“оол7 1й"5хйнская'1ГГ'