WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |

Суть комплексного обустройства водосбора состоит в целостном восприятии его природных комплексов как сложной саморегулирующей системы.

Водосбор р. Таналык представляет собой относительно замкнутое природное образование со своими естественными границами. Площадь водосбора составляет 4160 км2. Природный ландшафт водосбора является производной геоэкологического взаимодействия отдельных его составляющих. Обозначив интегральную характеристику элементарного природного ландшафта через еp, а комплексные характеристики локального состояния сред через еi, механизм структурного образования ландшафта (водосбора) можно выразить полным
дифференциалом функции v(t):

. (1)

Как в любой открытой системе, внутри водосбора идет единый интегральный, взаимосвязанный процесс обмена потоков вещества, энергии и информации, который обусловливает эволюцию природных систем и функционирование техно - природных систем.

Рис. 1. Схема водосбора р. Таналык

Анализ литературных данных и материалов собственных исследований позволил сформулировать и разработать обобщенную модель устойчивого функционирования водосбора р. Таналык (рис. 2). Модель позволяет обосновать комплекс мероприятий по снижению негативных последствий антропогенной деятельности.

Основной целью разработки модели является выявление элементов мелиоративных систем, с помощью которых представляется возможным повысить экологическую устойчивость (стабильность) функционирования водосбора.

Модель состоит из трёх основных и взаимосвязанных подсистем:

  • природная подсистема, состоящая из биотических и абиотических компонентов системы;
  • антропогенная подсистема, состоящая из мелиоративной и техногенной подсистемы.
  • управленческая подсистема, которая состоит из блока информации и лица, принимающего решения в системе управления; принятие решений

Рис. 2. Обобщенная модель устойчивого функционирования водосбора р. Таналык

поддерживается использованием экспертных систем, баз данных, систем мониторинга, которые позволяют реализовывать принцип адекватности воздействий и предсказуемости.

Для обеспечения устойчивого функционирования водосбора управленческая подсистема ставит и оперативно решает задачи: анализ состояния водосбора, проведение прогнозных исследований, оценка риска аварий (сценарные исследования), разработка модели «ГИС-водосбор р. Таналык».

Экологическая устойчивость водосбора оценивается коэффициентом экологической устойчивости техноприродных систем на водосборах (А.И. Голованов).

. (2)

где F – площадь водосбора; fi – площадь i-го угодья; – коэффициент стабильности; - коэффициент, учитывающий геолого-морфологическую устойчивость рельефа.

Расчеты показали, что для водосбора р. Таналык коэффициент составляет 0,23 и по принятой классификации оценивается как «очень низкий», что соответствует неудовлетворительному экологическому состоянию.

Учитывая сложные экологические условия водосбора р. Таналык, критерий устойчивого функционирования водосбора Кс принят равным 0,34, т.е. ставится задача повысить коэффициент экологической устойчивости до уровня «низкой степени» экологической устойчивости.

Модель «ГИС- водосбор р. Таналык» обеспечивает сбор, обработку, отображение пространственно-координированных данных, интеграцию данных о территории водосбора для их эффективного использования при решении научных и прикладных географических задач, связанных с инвентаризацией, анализом, моделированием, прогнозированием и управлением состоянием водосбора р. Таналык.

Управление моделью осуществляется через мелиоративную подсистему. Мелиоративные мероприятия на водосборе в первую очередь оптимизируют тепло- и влагообеспеченность, устраняют кислотность, засоленность, осолонцованность, загрязненность почв, смягчают антропогенные техногенные воздействия на агроландшафт водосбора, повышают его экологическую устойчивость, улучшают экологические показатели биотических и абиотических компонентов водосбора, создают на сельхозугодиях требуемый мелиоративный режим, обеспечивающий оптимальные урожаи.

В работе представлен детальный анализ эрозионных процессов на исследуемом объекте и предложены мелиоративные мероприятия, улучшающие экологическое состояние территории рассматриваемого водосбора. Установлено, что с территории водосбора р. Таналык в процессе эрозии ежегодно смывается 49920 т почвы, более 3494 т гумуса, 175 т азота, 28 т фосфора, 75 т калия.

Указаны мероприятия для рекультивации техногенно нарушенных земель.

Согласно предложенной модели, обеспечить экологическую устойчивость водосбора можно различными мероприятиями по обустройству его территории. При оценке устойчивости водосбора р. Таналык основное внимание рекомендуется уделять мероприятиям с природоохранной направленностью. Для повышения экологической устойчивости рекомендованы следующие мероприятия (табл.1).

Таблица 1

Рекомендуемые мероприятия для повышения экологической
устойчивости водосбора р. Таналык

Корректирующая (мелиоративная) подсистема

Корректируемая

подсистема

Корректирующие

мероприятия

Увеличение Кс

Организационно-хозяйственный

- Сельское хозяйство

- добывающие и перерабатывающие предприятия;

Перевод деградированных распаханных земель в пастбища, рекультивация техногенно нарушенных земель

на 0,07

Агромелиоративный

- Сельское хозяйство

Приемы противоэрозионной обработки почв, снегозадержание и т.д.

на 0,04

Лесомелиоративный

- Населенные пункты;

- добывающие и перерабатывающие предприятия;

- водохранилища, пруды

Устройство буферных зон и развитие биокоридоров (особоохраняемые территории, водоохранные зоны, лесополосы, кустарниково-степные массивы)

на 0,03

Гидромелиоративный

- Сельское хозяйство;

- водохранилища, пруды

Совершенствование технологии орошения (интенсивность дождевания 0,1-0,3 мм/мин), строительство мелиоративных (ирригационных) сооружений (лиманное орошение)

на 0,03

Предложенные группы мероприятий на водосборе р. Таналык позволяют повысить экологическую устойчивость водосбора – коэффициент экологической устойчивости водосбора (Кс = 0,36) становится больше критического значения.

В третьей главе «Анализ и методика прогноза химического состава воды водохранилищ водосбора р. Таналык» изучен макрокомпонентный состав поверхностных вод водосбора и предложена расчетная методика прогноза химического состава воды водохранилищ для условий водосбора р. Таналык.

Гидрохимический состав и режим поверхностных вод объекта исследования обусловлены:

- комплексом природных факторов (климатические условия, геоморфологическое и геологическое строение территории, характер почв и растительного покрова);

- комплексом антропогенных факторов (сельское хозяйство, добывающие и перерабатывающие предприятия).

Вода из р. Таналык используется для хозяйственно-бытовых нужд населения, для сельскохозяйственного водоснабжения, орошения, рекреации. Химический состав воды р. Таналык гидрокарбонатно-хлоридный сульфатный кальциево-магниевый с минерализацией 0,61 г/л.

Основной оросительной системой водосбора является Маканская система. Качественные свойства Маканской оросительной системы: вода ручья Татыр-Узяк имеет гидрокарбонатно-хлоридно-сульфатный магниево-натриево-кальциевый состав. Относится по Алекину к типу IIIа, рН 6,65. в солевом составе присутствуют Ca(HCO3)2, CaSO4, MgSO4, MgCl2, и NaCl. Анализ ирригационных свойств воды ручья свидетельствует в целом об удовлетворительном ее качестве.

Прогнозирование качества вод водохранилищ является важным элементом при анализе экологического состояния водосбора р. Таналык, т.к. качественный состав воды водохранилищ формируется главным образом под влиянием процессов, происходящих на водосборе. Водохранилище выступает в качестве индикатора (аккумулирование поступающих с водосборной территории загрязняющих веществ) экологического состояния водосбора.

В качестве основных характеристик химического состава воды водохранилищ исследуемого водосбора приняты ее минерализация, содержание биогенных элементов, состав ионов (НСО3, SО42, Cl, Ca2+, Mg2+, Na++K+), количество нефтепродуктов и тяжелых металлов.

В работе выбран аналитический метод прогнозирования, позволяющий исследовать трансформацию химического состава солей в водоеме за расчетный период времени (декада, месяц, сезон и т.д.) с учетом предусмотренных проектом водохранилища правил регулирования стока, что особенно важно для водохранилищ комплексного использования.

Основой аналитического метода является количественная оценка отдельных элементов приходной и расходной частей солевого баланса водохранилища.

Уравнение солевого баланса водохранилища имеет вид:

, (3)

где Wпр – объем притока воды с концентрацией солей пр; Wот – объем оттока с концентрацией солей от; V1 – объемы аккумулируемой в водохранилище воды на начало расчетного интервала с минерализацией – 1; V2 - на конец расчетного интервала с минерализацией 2, являющейся искомой величиной при прогнозировании качества воды водоема.

В уравнении (3) определение величины от в период наполнения водохранилища от V1 до V2 осложняется гидромеханическими явлениями, происходящими в водохранилище в момент сбросов.

Для определения от изучены существующие методы: Бочкова Н.М., Попова Г.И. и другие различные упрощенные расчетные схемы.

Указанные расчетные методы не учитывают величину объема воды, испарившейся за расчетный интервал времени из водохранилища Wисп.

Водохранилища изучаемого водосбора равнинного типа (hср<7,1м) расположены в степной засушливой зоне РБ, поэтому испарение оказывает влияние на концентрацию минерализации оттока от из водохранилища, и особенно сильно это проявляется в летние меженные месяцы.

В данной работе предлагается расчетные интервалы увязывать с водохозяйственными расчетами водохранилища года расчетной обеспеченности. Требуемые значения параметров уравнения солевого баланса определяются для каждого расчетного интервала, при этом искомая величина 2, являясь конечной минерализацией для предыдущего интервала, становится начальной для последующего. Определение от выполняется исходя из того, что в засушливой, степной зоне на неё оказывает влияние Wисп. Поэтому для условий водосбора р. Таналык величину концентрации от предлагается вычислять с учетом величины Wисп:

. (4)

Тогда искомая величина 2 определится как:

. (5)

Для проверки правильности предложенного расчетного метода (выражение 5) произвели его сопоставление со значениями, полученными экспериментально в течение 2007 года.

Экспериментальные значения получены в результате отбора и анализа пробы воды в лаборатории, аккредитованной в установленном порядке на право выполнения исследований качества воды проектно-изыскательского института «Башгипроводхоз». Отбор проб воды для анализа произведен в соответствии с требованиями ГОСТ Р 51592-2000 "Вода. Общие требования к отбору проб". Целью отбора проб является получение дискретной пробы, отражающей качество исследуемой воды.

Для сравнения существующих методов расчета 2 с расчетной формулой (5) представлена зависимость 2i = f(t) для водохранилища на р. Б. Бузавлык (рис. 3).

Рис. 3. Зависимость 2i = f(t) по различным методам:

символ 2-1 – определение величины 2 по методу Н.М. Бочкова, 2-2 – по упрощенному методу, 2-3 – по методу Г.И. Попова, 2 эксп – экспериментально, 2 – предлагаемый метод.

Точность указанных расчетов и их расхождение определили по величине абсолютной погрешности i расчетной величины 2i:

, (6)

где 2эксп - экспериментальное значение минерализации воды в водохранилище на конец расчетного интервала;

2i – минерализация отдельных расчетных величин 2.

Сравнительная оценка различных методов определения 2 представлена в виде графика зависимости 2i = f(t) (рис. 4).

Анализ графических зависимостей показывает, что предложенный расчетный метод дает значения, наиболее близкие к экспериментальным значениям, особенно это можно проследить в летний меженный период (июнь, июль), т.е. именно в тот момент, когда объемы испарения воды из водохранилища Wисп характеризуются как максимальные. В июне 2 ближе к истинному значению при сравнении с другими методами на 6,0-19,87 мг/л, в июле – на 6,3-28,35 мг/л.

Рис. 4. Зависимость 2i = f(t) по различным методам:

символ 2-1 – обозначение погрешности метода Н.М. Бочкова, 2-2 – упрощенного метода, 2-3 –метода Г.И. Попова, 2 – предлагаемого метода.

То есть, выражение (5) для условий водосбора р. Таналык наиболее полно отражает влияние гидрохимической инерции водохранилищ, дает возможность выполнить качественный прогноз изменения химического состава воды водоемов.

В четвертой главе «Методика оценки риска возникновения аварийных ситуаций на водохранилищах в границах водосбора» проведены анализ риска и вероятностная оценка аварий ГТС, разработана методика построения депрессионных кривых в теле грунтовых плотин водохранилищ для условий изучаемого водосбора.

Для эксплуатируемых в настоящее время водохранилищ выявление потенциального риска аварии рекомендуется проводить в три стадии.

1) предварительный анализ опасности. Анализируются наиболее опасные участки, являющиеся вероятными источниками аварии всего водохранилища.

2) выявление последовательности опасных ситуаций. Исследование производят с помощью двух основных аналитических методов: построения дерева событий и построения дерева отказов.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»