Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Влияние изменения уровня воды на экологическое состояние водохранилищ

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Закиров, Альфред Газизович

Введение.

1. ВЛИЯНИЕ САМООЧИЩЕНИЯ НА ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ

ВОДОХРАНИЛИЩ.

1.1. Природные процессы, определяющие самоочищение водохранилищ.

1.2. Математические модели процессов самоочищения.

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

3. КОМПЛЕКСНЫЙ АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ

КУЙБЫШЕВСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА В ПРЕДЕЛАХ РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН.

4. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ВЛИЯНИЯ ИЗМЕНЕНИЯ УРОВНЯ

ВОДЫ НА ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ВОДОХРАНИЛИЩА

5. ПРИНЯТИЕ РЕШЕНИЙ ПО УПРАВЛЕНИЮ КАЧЕСТВОМ ВОДЫ.

ВЫВОДЫ.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Влияние изменения уровня воды на экологическое состояние водохранилищ"

Актуальность проблемы. В последней трети XX столетия экосистемы водохранилищ Среднего Поволжья стали объектом пристального исследования. Это связано в первую очередь с тем, что водоёмы нового типа -водохранилища, создание которых особенно характерно для XX века, представляют особый интерес, как в хозяйственном, так и в природоохранном, отношениях. Собственно равнинные водохранилища, существующие за счёт огромных водосборных территорий и искусственного регулирования стока, служат, с одной стороны, источником водообеспечения населения городов, предприятий промышленного и сельскохозяйственного производства, а с другой, являются, по существу, конечным звеном коллекторов промышленных, сельскохозяйственных и бытовых отходов. В этом цикле движения вещества водохранилища одновременно играют роль «очистных сооружений», используя биологические механизмы самоочищения. Эти процессы формируют особый статус водохранилищ в трансформированном ландшафте, позволяя им противостоять многоаспектному, всё возрастающему воздействию факторов антропогенного характера.

При принятии решений о системе природоохранных мероприятий, а тем более о системе управления качеством воды в водохранилище, учёт его самоочищающей способности является просто необходимым. Однако принятию таких решений препятствует недостаточная изученность влияния на процессы самоочищения уровенных режимов водохранилища. Поэтому изучение этого влияния представляет собой актуальную задачу, как для научных исследований, так и в практических приложениях для принятия технически обоснованных решений.

Цель и задачи исследования. Целью данного исследования является выявление факторов, влияющих на экологическое состояние водохранилищ при изменении уровня воды, и способа повышения качества воды путем интенсификации процессов самоочищения.

В соответствии с поставленной целью были сформулированы следующие задачи:

1. Создание банка данных по гидрохимическим и гидробиологическим показателям, характеризующим экологическое состояние и процессы самоочищения Казанского района переменного подпора Куйбышевского водохранилища.

2. Построение и идентификация математической модели влияния изменения уровня воды на экологическое состояние водохранилища.

3. Выявление факторов, в наибольшей степени определяющих динамику процессов самоочищения водохранилища при изменении уровня воды.

4. Разработка предложений по интенсификации процессов самоочищения Куйбышевского водохранилища.

5. Создание программного комплекса, реализующего задачу выбора уровня подпора водохранилища для достижения заданного качества воды.

Заключение Диссертация по теме "Экология", Закиров, Альфред Газизович

-98-ВЫВОДЫ

1. Впервые разработана математическая модель влияния изменения уровня воды на экологическое состояние водохранилища для обобщенных показателей экологического состояния (БПК5 и растворенного кислорода) на примере модельного участка Казанского района переменного подпора Куйбышевского водохранилища.

2. Впервые выявлена зависимость динамики самоочищения при изменении уровня воды в водохранилище от процессов, связанных с образованием и потреблением кислорода в фотической и литоральной зонах. Вид зависимости содержания кислорода от уровня воды в водохранилище связан с геоморфологией мелководий. Установлено, что при уменьшении уровня воды в водохранилище на один метр при конусообразной форме мелководий содержание органического вещества по БПК5 увеличивается на 20%, а содержание кислорода уменьшается на 17%.

3. Создан программный комплекс для работы на персональном компьютере, позволяющий принимать экологически обоснованные технические решения по поддержанию высокого качества воды в водохранилище.

4. Предложена схема системы управления качеством воды Куйбышевского водохранилища на примере модельного участка с использованием математической модели влияния изменения уровня воды на экологическое состояние водохранилища.

-995. Сделан прогноз изменения качества воды при поднятии нормального подпорного уровня Нижнекамского водохранилища с 62м до 68м. Допустимое качество воды для питьевого водоснабжения сохраняется при уровне воды до отметки 63м.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата технических наук, Закиров, Альфред Газизович, Казань

1. Авакян А.Б., Матарзин Ю.М. Водохранилища и их народохозяйственное значение. Пермь, Изд-во Пермского ун-та, 1984. С. 84.

2. Авакян А.Б., Салтанкин В.П., Шарапов В.А. Водохранилища. М., Мысль, 1987. С. 325.

3. Алекин О.А., Семёнов А.Д., Скопинцев Б.А. Руководство по химическому анализу вод суши. 3-е изд. Л.: Гидрометеоиздат, 1973. - С. 269.

4. Бек М.Б. Моделирование содержания растворённого кислорода на участке реки, далёком от эстуария. В кн.: Математические модели контроля загрязнения воды. М., Мир, 1981. С. 165-200.

5. Боровкова Т.Н., Никулин П.И., Широков В.М. Куйбышевское водохранилище. Краткая физико-географическая характеристика. Куйбышев, Куйб. кн. изд-во, 1962. С. 91.

6. Бреховских В.Ф., Вишневская Г.Н., Козлова Е.И. Экспериментальное определение скорости потребления кислорода донными отложениями в присутствии макробентоса. Водные ресурсы, Т. 21, 1994, №2, С. 154-158.

7. Вавилин В.А. О моделях биохимического окисления органических веществ в водоемах. Вод. ресурсы, 1975, №4, - С. 160-164.

8. Вавилин В.А. Нелинейные модели биологической очистки и процессов самоочищения в реках. М.: Наука, 1983. С. 157.

9. Васильев Ю.С., Хрисанов Н.И. Экологические аспекты гидроэнергетики -Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1984. С. 284.

10. Винберг Г.Г. Биологические процессы и самоочищение на загрязненном участке реки. Минск, 1973. С. 3-192.

11. Выхристюк JI.A. Экологические исследования Волжского бассейна. Научно-информационный бюллетень. Тольятти, 1991. С. 30.

12. Галимов Д.Н., Ахметзянова Н.Ш. Макрозообентос мелководий устья р. Мёши. Проблемы охраны вод и рыбных ресурсов: Изд-во Казанского ун-та, 1991, T.I.-С 77-80.

13. Гаранин В.И. 68-я отметка сулит катастрофу. Независимая газета, 27.06.2000.

14. Гидрометеорологический режим озёр и водохранилищ СССР. Куйбышевское и Саратовское//Куйбышевское водохранилище. JL: Гидрометеоиздат, 1978. С. 269.

15. Глаголева М.А. Формы миграции элементов в речных водах. М.: Изд-во АН СССР, 1959.-С. 126.

16. Голубева И.Д., Папченков В.Г., Шпак T.JI. Растительность остовов и мелководий Куйбышевского водохранилища. Часть I. Казань, АН СССР КНЦ, 1990,-С. 81.

17. Голубева И.Д., Папченков В.Г., Шпак T.J1. Растительность остовов и мелководий Куйбышевского водохранилища. Часть II. Казань, АН СССР КНЦ, 1990.-С. 128.

18. Государственный доклад «Водные ресурсы и питьевая вода Республики Татарстан». Казань, Изд-во «Мониторинг», 1997. С. 170.

19. Гусева Н.Н., Максимова М.П. Органическое вещество в донных отложениях Куйбышевского водохранилища. В кн.: Матер. Первой конф. по изучен, водоёмов бассейна Волги. Волга-I, Куйбышев, 1971. С 60-67.

20. Дзюбан Н.А. О районировании Куйбышевского водохранилища: Бюл. Инта биол. водохр., 1960, № 8-9. С 53-56.

21. Ежегодник качества поверхностных вод по территории деятельности Приволжского УКГС Госкомгидромета за 1984 год (Татарская АССР, Ульяновская, Пензенская, Куйбышевская, Саратовская, Оренбургская обл.), Куйбышев, 1985.-С. 57.

22. Ежегодник качества поверхностных вод по территории деятельности Приволжского УКГС (Татарская АССР, Ульяновская, Пензенская, Куйбышевская, Саратовская, Оренбургская области) 1985 год, Куйбышев, 1986. -С. 54.

23. Ежегодник качества поверхностных вод по территории деятельности Приволжского УКГС (Татарская АССР, Ульяновская, Пензенская, Куйбышевская, Саратовская, Оренбургская области) 1986 год, Куйбышев, 1987. -С. 56.

24. Ежегодник качества поверхностных вод по территории деятельности Приволжского Управления по гидрометеорологии за 1989 год, (Татарская АССР, Ульяновская, Пензенская, Куйбышевская, Саратовская, Оренбургская, Саратовская области), Куйбышев, 1990. С. 55.

25. Ежегодник качества поверхностных вод по территории Татарской АССР за 1990 год, Куйбышев, 1991.

26. Жуков А.И., Монгайт И.Л., Родзиллер И.Д. Методы очистки производственных сточных вод. (Справ, пособие). М., Стройиздат, 1977. с. 204

27. Зенин А.А. Гидрохимия Волги и её водохранилищ. Л., 1965, С. 256.

28. Закиров А.Г., Королева Т.Э., Фролова Л.Л. К оценке репрезентативности экологических данных // Казанский мед. ж. Т.73. -1992. - N 4.- 241-320.- С. 295-298.

29. Закиров А.Г., Фролова Л.Л., Королева Т.Э., Григорьян Б.Р. Основные задачи классификации островных экосистем // Тезисы 3 республиканской научной конференции "Актуальные экологические проблемы РТ", Казань, 1997, С. 89.

30. Закиров А.Г., Фролова Л.Л. Математическая модель самоочищения водохранилища // Сборник «Компьютерное и математическое моделирование в естественных и технических науках» (ISBN 5-89016-030-3), Вып. 11, Тамбов, 2001,-С. 30-35.

31. Закиров А.Г., Фролова JI.J1. Влияние уровня подпора на качество воды водохранилища // Вестник ТГУ, Сер. Естественные и технические науки. 2001. Т.6. Вып.4, С. 465-467.

32. Карта экологической ситуации Куйбышевского водохранилища (в пределах Республики Татарстан). Составители: Петров Б.Г., Валитов Н.Б., Ведерников Н.Н. и др. Уральская картографическая фабрика, Екатеринбург, 1995.-С. 10.

33. Картвелишвили Н.А. Регулирование речного стока. Д., Гидрометеоиздат, 1970, - С. 218.

34. Константинов А.С. Общая гидробиология, М.: Высш. шк., 1986. С. 472.

35. Крючкова Н.М. Роль зоопланктона в процессах самоочищения водоемов: Канд. дисс. Минск, 1968. С. 1-270.

36. Леонов А.В., Айзатуллин Т.А. Динамика закрытой БПК-системы: опыт портретного математического моделирования. В кн.: Проблемы исследования химических загрязнений морских вод: (Тр. Гос. океаногр. ин-та; № 127). 1975. -С. 5-45.

37. Лукин А.В. Куйбышевское водохранилище//Изв. Гос. науч. иссл. ин-та озёрн. иречн. рыбн. хоз-ва, 1975, Т. 102. С. 103-118.

38. Лурье Ю.Ю. Унифицированные методы анализа вод. М.: Химия, 1973. -С. 376.

39. Лучшева А.А. Практическая гидрометрия. Л. Гидрометеоиздат, 1983. С.

40. Математические модели контроля загрязнения воды. /Ред. А. Джеймс. -М.: Мир, 1981.-С. 471.

41. Можайское водохранилище. Комплексные исследования водохранилищ. Вып.З.М, 1979.-С. 400.

42. Муратов С.Р. Тяжёлые металлы в водной экосистеме Куйбышевского водохранилища. Диссертация на соискание учёной степени к.б.н. Казань, 1992. -С. 168.

43. Общие основы изучения водных экосистем. Под ред. Г.Г. Винберга, Л.: Наука, 1979.-С. 273.

44. Овчинников А.А., Николаев А.Н. Основы гидромеханики двухфазных сред. Казань, Изд-во «Мастер Лайн», 1998. С. 103.

45. Петров Б.Г., Шагимарданов Р.А., Петрова Р.С. Водные ресурсы Республики Татарстан: состояние и проблемы сохранения//УП съезд гидробиологического общества РАН, Казань, 1996. С. 24.

46. Петров Б.Г. Эколого-экономическая оценка энергетики Татарстана/ЛV Республиканская научная конференция "Актуальные экологические проблемы Республики Татарстан". Казань, 2000, С. 233.

47. Плешаков Я.Ф. Регулирование речного стока. Водохозяйственные расчеты. JL: Гидрометеоиздат, 1975. С. 560.

48. Рекомендации по проектированию очистки русел рек от загрязнений донных отложений. УралНИИВХ, Свердловск, 1986. С. 72.

49. Руководство по методам гидробиологического анализа поверхностных вод и донных отложений/Под ред. А.Б. Абакумова. JL: Гидрометеоиздат, 1983.-С. 240.

50. Саава А.Э. О динамике численности бактерий и превращения легкоокисляемых веществ в малых реках. Вод. ресурсы, 1981, № 2. - С. 144 150.

51. Савенко B.C. Введение в ионометрию природных вод. Л., 1986. С. 77.

52. Самоочищение воды и миграция загрязнений по трофической цепи. Под ред. Телитченко М.М., М.: Наука, 1984. С. 184.

53. Средняя Волга: Геоморфологический путеводитель. Казань: Изд-во КГУ, 1991.-С. 147.

54. Стил Дж.А. Развитие водорослей в водохранилище. В кн.: Математические модели контроля загрязнения воды. М., Мир, 1981. С. 133164.

55. Трунова О.Н. Биологические факторы самоочищения водоёмов и сточных вод. Л, 1979.-С. 3-111.

56. Унгуряну Д.В. Очистка производственных сточных вод в биологических прудах. Кишинёв, Изд-во «Штиинца», 1975. С. 107.

57. Уорн А.Э. Математическая модель реки Трент. В кн.: Математические модели контроля загрязнения воды. М., Мир, 1981. С. 481.

58. Уотерс У. Механизм окисления органических соединений, Москва, Мир,1966.

59. Федосеев О.Н Расчёт численности личинок рыб в прибрежных водных экосистемах//Проблемы охраны вод и рыбных ресурсов: Тр. 4 Поволжской конференции. Казань, 9-15 апреля 1990 г.: Изд-во Казанского ун-та, 1991, Т. 2. -С. 36-39.

60. Чеботарев А.И. Общая гидрология (воды суши). Л., Гидрометеоиздат, 1975.-С. 544.

61. Широков В.М. Баланс наносов и донных отложений Куйбышевского водохранилища//Совещание по вопросам круговорота вещества и энергии в озёрных водоёмах: Тез. докл. М. 1964. С. 24-31.

62. Широков В.М. Интенсивность заиления крупных искусственных водоёмов лесостепной зоны на примере Куйбышевского водохранилища//Сборник работ Комсомольской ГМО: Л., 1966, вып. 6. С. 116124.

63. Широков В.М. Влияние процесса обрушения берегов на заиление крупных водохранилищ//Тр. совещания по изучению берегов водохранилища и вопросов дренажа в условиях Сибири. Новосибирск, 1969, вып. 1. С. 267-281.

64. Эделыитейн К.К. Водные массы долинных водохранилищ. М.: Изд-во МГУ, 1991.-С. 176.

65. Экологическая оценка воздействия гидротехнического строительства на водные объекты / Романенко В.Д., Оксиюк О.П., Жукинский В.Н. и др. Ин-т гидробиологии АН УССР. Киев: Наукова думка, 1990, - С. 256.

66. Экологические модели малых рек и водоёмов. Труды советско-датского симпозиума. Л., Гидрометеоиздат, 1985. С. 104.

67. Экологические проблемы бассейнов крупных рек. Тезисы международной конференции. Тольятти, 6-10 сентября, 1993. С. 283.

68. Экологическое состояние Куйбышевского водохранилища (в пределах РТ). Экспедиция 1993 г. ИнЭПС АНРТ. Отчёт (рукопись).

69. Broun Н.В., Berthouex P.M. Analysis of lag phase BOD curves using the Monod equation. Water Resour. Res., 1970, 6, N 3, - p. 838-844.

70. Churchill M.A., Elmore H.A., Buckingham R.A. The prediction of stream reaeration rates. J. Sanit. Eng. Div. Proc. ASCE, 1962, 88, SA4, - p. 467-504.

71. Camp T.R. Water and its impurities. L.: Reinhold Publ. Corp., Chapman and Hall, 1963,-355.

72. Dobbins W.E. BOD and oxygen relationships in streams. J. Sanit. Eng. Div. Proc. ASCE, 1964, 90, SA3, p. 53-78.

73. Eckenfelder W.W., Ford D.L. Biological Waste Treatment. Oxford: Pergamon Press, 1961,-p. 299.

74. Elzerman A.W., Armstrong D.E. Enrichment of Zn, Cd, Pb and Cu in the surface microlayer of Lakes Michigan, Ontario and Mendota//Limnology and Oceanography. 1985, Vol. 24, pp. 133-144.

75. Fair G.M. The dissolved oxygen gases an analysis. Sewage Works J., 1939, 11,N3, -p. 445.

76. Forstner U., Wittman G.T. Metal pollution aquatic environment//Springer-Verlag, Berlin, 1979, Heidelberg, p 486.

77. Frolova L.L., Zakirov A.G. Environmental biotechnology and treatment of reservoir waters // Proceedings of 4th Pacific Rim Biotechnology Conference, Melbourne, Australia, 6-9 February, 1995, p. 94.

78. Kennedy V.C., Sebetich M.I. Trace elements in Northen California streams// Geological Sarveg Research 1976, Washington, D.C., p 208-209.

79. Mc Kee J.E., Wolf H.W. Water quality criteria. Sacramento: State Water Quality Control Board Publ., 1963,3A.-p. 187.

80. Mingazova N.M., Zakirov A.G., Derevenskaya O.Y., Frolova L.L. Databank of methods for restoration of water ecosystems. / International Congress "Water: Ecology and technology", Moscow, September 6-9, 1994, vol. IY, P. 1132-1135.

81. O'Connor D.J. Oxygen balance of an estuary. J. Sanit. Eng. Div. Proc. ASCE, 1960, 86, SA3,-p. 35-55.

82. O'Connel R.L., Thomas N.A. Effect of bentic algae on stream dissolved oxygen. J. Sanit. Eng. Div. Proc. ASCE, 1965, 91, SA3, - p. 1-16.

83. Shastry J.S., Fan L.T., Ericson L.E. Nonlinear parameter estimation in water quality modeling. J. Environ. Eng. Div. ASCE, 1973, 99, EE3, - p. 315-331.

84. Streeter H.W., Phelps E.B. A study of the pollution and natural purification of the Ohio river. US Publ. Health Service Bull., 1925, N 146, - p. 1-75.

85. Tarrasov V.J., Perlis H.J., Davidson B. Optimization of a class of river aeration problems by the use multivariable distributed parameter control theory. Water Resources Research, 1969, v. 5(3), - p. 563-573.

86. Thames Survey Committee and Water Pollution Research Laboratory. Effects of pollution discharges on the Thames estuary. L.: H.M. Stationary off., 1964.

87. Theriault E.J. The oxygen demand of polluted waters. US Publ. Health Service Bull, 1927, N 173, - p. 1-185.

88. Thomas H.A. Pollution load capacity of streams. Water and Sewage Works, 1948, 95,-p. 409-413.- Ill

89. Weeter D.W. A water quality prediction model and water quality simulation program for the Wabash river: Ph.D.Thes. Lafayette (Ind.): Purdue Univ., 1971. p. 317.

90. Whitehead P., Young P.C. A dynamic-stochastic model for water quality in part of the Bedford Ouse river system. In: Proc. First IEIP Working Conference on Modeling and Simulation of Water Resources, Ghent, 1974. - p. 26.

91. Whitehead P. G., Young P.C. The Bedford-Ouse study dynamic model fourth report to the steering group of the Great Ouse associated committee. - Technical note CN/75/1, Control Division, Univ. Engineering Dep., Cambrige, 1975. - p. 17.

92. Young J.C., Clark J.W. Second order equation for BOD. J. Sanit. Eng. Div. Proc. ASCE, 1965, 91, SA1, - p. 43-58.

93. Young P.C., Beck M.B., Singh M. The modeling and control of pollution in a river systems. IF AC symposium on control of water resources systems, Haifa, 1973.-p. 15.

94. Young P.C., Beck M.B. The modeling and control of water quality in a river system Automatica, 1974, v. 10(5), - p. 455-468.-кь

95. МИНИСТЕРСТВО ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

96. КОМИТЕТ ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ ПО РЕСПУБЛИКЕ ТАТАРСТАН420059, г. Казань, ул.Оренбургский -факт, 20а. Тел. 37-75-28,факс 37-75-28 E-mail: NRCRT@MNR.KAZAN.RU№ С/-4JL/4

97. В спецсовет по защите диссертации1. С/

98. Коллективом авторов в составе: А.Г.Закирова, Л.Л.Фроловой разработана математическая модель влияния уровня подпора на самоочищение водохранилища.

99. Результаты научно-исследовательской работы представлены в виде программного продукта и переданы для использования в Комитет природных ресурсов по Республике Татарстан.

100. Данная работа будет использована при оценке экологического состояния Куйбышевского и Нижнекамского водохранилищ.1. Руководитель Комитета1. А.А.Колесник

101. ТАТАРСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ №fllИ РЕСПУБЛИКА ТАТАРСТАН1. ПП А ППЯкТТ/Л^Г

102. СУДНОЛАР H9PTY I Д I /Т) |()| СУДОХОДНАЯ

103. В спецсовет по защите диссертаций

104. Об использовании результатов научно-исследовательской работы

105. Коллективом авторов в составе: А.Г. Закирова, Л.Л. Фроловой разработана математическая модель влияния уровня подпора на самоочищение водохранилища.

106. Результаты научно-исследовательской работы представлены в виде программного продукта и переданы для использования в СК "Татфлот".

107. В настоящее время данная работа используется для оценки экологического состояния Куйбышевского и Нижнекамского водохранилищ.1. Генеральный директор

108. СК "Татфлот" А.Н. Казанков- li€

109. Сазансхий государственный университет1. ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ420008, Казань 8, ул. Ленина, 18 Телефон 39-80-68 , 38-70-51 Телетайп НЕПТУН Ш Факс <007) (8432) 38732J Ус^^Т^оном^^^О 265760

110. Kazan State University FACULTY OF ECOLOGY1.nin Str., 18, Kazan, 420008 USSR Phone 39-80-68, 38-70-51 Fax 0952035941 Moscow (007) (8432) 387321 Telex 224864 PPTB SU

111. Спецсовет по залягте диссертациио внедрении результатов научно-исследовательской работы в учебный процесс

112. Фролова Л.Л., Закиров А.Г., Королева Т.Э. Использование ППП STATGRAPHICS для статистического анализа данных при экологических исследованиях. //Методическая разработка. КРУ, Казань.- 1995 г.-24с.

113. Практическое руководство по статистической обработке данных полевых исследований в курсовых и дипломных работах. (Преподаватели: доц.Мингазова Н.М. ст.прей. Оакфудлин P.P.}.1. Преподаватели

114. Зав.кафедрой прикладной экологии

115. Декан экслогическог факультетадоц., к.б.я. Мингазова Н.М. ст.преп., к.б.н. Сзйфуллин P.P.троф., д.к.к. Латыпова Е.З* доц.,/к.б.н, Рогова Т.В.