WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 |

QРiАmax = 483·(1,00·i + 15,3·i + 0,510) (10) Расчет предельных уровней экспорта азота с учетом величин его фоновых поступлений осуществлялся на основе полученной зависимости антропогенной составляющей экспорта азота QNА от выбранных параметров и :

QNА = 122000·(1,00· + 1,74· + 0,139) (11) При переходе от рассмотрения суммарного экспорта азота (7) к рассмотрению его антропогенной составляющей вклад аграрности водосборной территории возрастает более чем в три раза, что вполне объяснимо, так как сельское хозяйство является значимым источником поступления азота в водотоки и водоемы.

Исходя из того, что за вычетом фоновых поступлений антропогенное поступление азота требуется сократить до величины 342202 т·год-1, уравнение для расчета допустимых величин антропогенной составляющей поступления азота QNiАmax имеет вид:

QNiАmax = 85700·(1,00·i + 1,74·i + 0,139) (12) Необходимо подчеркнуть, что при определении величин предельных уровней поступления БЭ предложенным методом результаты в значительной степени определяются величинами заявленных2 странами ХЕЛКОМ фоновых поступлений БЭ с их территорий. В связи с чем очевидна актуальность задачи по разработке методик оценки величин фоновых поступлений БЭ с территорий водосборов, некоторые подходы к решению которой рассмотрены в главе 4.

В ПДБМ1 установлены величины требуемых снижений поступлений азота и фосфора с территорий стран ХЕЛКОМ, но не приведено распределение этих величин по суббассейнам с учетом зон основной ответственности сторон.

Для расчета предельных уровней экспорта БЭ на субакватории Балтийского моря на основании полученных зависимостей (9) и (11) мы ввели индексы нормирования экспорта БЭ:

xij + c/ a yij + b/ a ( ) Zij = N, (13) xij + c/ a yij + b/ a () i=где Zij – индекс предельного уровня экспорта БЭ для i-той страны j-того суббассейна; xij, yij – параметры, характеризующие страну; N – число стран на территории рассматриваемого суббассейна.

На основе предложенных индексов предельный уровень экспорта БЭ с территории i-той страны на j-тую субакваторию Q(БЭ)ijmax может быть вычислен по уравнению:

Q(БЭ)ijmax = Q(БЭ)jmax · Zij, (14) где Q(БЭ)jmax – суммарное максимально допустимое поступление1 БЭ на j-тую субакваторию.

Результаты расчета предельных уровней экспорта БЭ с территорий стран ХЕЛКОМ на субакватории, для которых ПДБМ1 предусматривает сокращение экспорта БЭ, представлены в таблицах 1-2.

Таблица 1. Предельные уровни экспорта фосфора в Балтийское море, т·год- Субакватория Финский Рижский Центральная Страна залив залив Балтика Финляндия 777 – – Россия 3305 114 Эстония 779 262 Латвия – 1054 Литва – – Польша – – Германия – – Дания – – Швеция – – Таблица 2. Предельные уровни экспорта азота в Балтийское море, т·год- Субакватория Финский Центральная Датские Каттегат Страна залив Балтика проливы Финляндия 20500 – – – Россия 72500 10584 – – Эстония 13680 1034 – – Латвия – 10447 – – Литва – 26599 – – Польша – 143614 – – Германия – 7038 11504 – Дания – 2257 11633 Швеция – 29541 7752 Особого внимания заслуживает вопрос о регламентации содержания валового фосфора и общего азота в поверхностных водах суши. Существующие в РФ нормативы содержания отдельных соединений азота в воде не учитывают влияние этих соединений на процесс эвтрофирования, поскольку преследуют гигиенические и рыбохозяйственные цели. Содержание валового фосфора в воде до настоящего времени не регламентировано.

Для предупреждения процесса эвтрофирования целесообразно установить ПДК биогенных веществ в воде исходя из экологических позиций. Эти ПДК следует разрабатывать дифференцированно для различных водоемов и водотоков и для разных физико-географических регионов, что позволило бы учитывать специфику региональных условий.

Для оценки ПДК биогенных элементов для крупнейших рек бассейна Балтийского моря мы применили подход, в основу которого положен принцип, согласно которому модуль биогенного стока с водосборной территории любой из рек рассматриваемого i-го суббассейна не должен превышать установленной для данного региона величины максимально допустимого модуля стока Мimax на i-тую субакваторию Балтийского моря.

На основании максимально допустимых величин1 биогенного стока в Балтийское море нами были определены максимально допустимые модули материкового стока валового фосфора и общего азота с территорий суббассейнов Балтийского моря (табл. 3).

Таблица 3. Максимально допустимые модули биогенного стока в Балтийское море Суббассейн Mmax, кгкм-2год-Фосфор Азот Ботнический залив 9,94 Ботническое море 10,9 Финский залив 11,8 Центральная Балтика 13,6 Рижский залив 14,0 Датские проливы 51,5 Каттегат 19,7 Для оценки предельно допустимых концентраций валового фосфора (ПДКРвал) и общего азота (ПДКNобщ) в реках бассейна Балтийского моря мы предлагаем использовать следующие граничные условия:

ПДКРвал Мimax(Рвал)F/0,0315RСГ (15) ПДКNобщ Мimax(Nобщ)F/0,0315RСГ, (16) где RСГ – среднегодовой расход воды в реке, м3с-1, F – площадь водосбора, км2.

Результаты расчетов по (15) и (16) для крупнейших рек бассейна Балтийского моря приведены в таблице 4.

Таблица 4. Предельно допустимые концентрации биогенных элементов для крупнейших рек бассейна Балтийского моря Река ПДКРвал, мкгдм-3 ПДКNобщ, мкгдм-Нева 41 Висла 78 Даугава 62 Неман 64 Гта-Эльв 55 Кемийоки 29 Одер 89 Приведенные величины ПДК следует рассматривать как ориентировочные, так как они рассчитаны исходя из предположения, что поступление БЭ с водотоком определяется предельно допустимыми величинами модулей стока с водосборной территории без учета ее функции биогеохимического барьера.

На основании величин максимально допустимого поступления соединений фосфора и азота на субакватории Балтийского моря1 были определены средневзвешенные значения максимально допустимых модулей материкового стока на акваторию Балтийского моря, которые составили 12,2 кгкм-2год-1 по фосфору и 350 кгкм-2год-1 по азоту. За период 1997-2003 гг. величины средних значений модулей фактического биогенного стока с территории водосборного бассейна Балтийского моря превысили максимально допустимые значения в 1,и 1,2 раза по фосфору и азоту соответственно. При этом наибольшее превышение максимально допустимого биогенного стока по совокупности параметров за рассматриваемый период зафиксировано для Центральной Балтики (на 186 % по фосфору и 40 % по азоту). Наблюдается превышение на 40 % по стоку фосфора в Финский залив и на 52 % – в Рижский залив, по стоку азота – на 49 % в Датские проливы и на 45 % – в Каттегат.

Сформулированы следующие принципы оценки предельных уровней экспорта БЭ в Балтийское море с территорий стран ХЕЛКОМ:

• Модули биогенного стока на акваторию Балтийского моря с территории его водосборного бассейна не должны превышать 12,2 кгкм-2год-по фосфору и 350 кгкм-2год-1 по азоту.

• Расчет величины необходимого сокращения поступления биогенного элемента с территории страны следует заменить расчетом величины его предельно допустимого поступления.

• Предельные уровни экспорта биогенных элементов с территории страны должны вычисляться с учетом величин их фоновых поступлений.

• Распределение предельных уровней экспорта БЭ следует осуществлять на основании не менее чем двух наиболее информативных параметров, один из которых должен характеризовать антропогенную деятельность на водосборе.

• В качестве параметров для расчета предельных уровней экспорта фосфора рекомендуется выбрать площадь территории и численность населения, выраженные в относительных величинах; для расчета предельных уровней экспорта азота – площади территории и сельхозугодий, выраженные в относительных величинах.

• Предельные уровни экспорта БЭ с территории данной страны на рассматриваемую субакваторию следует устанавливать на основании предложенных индексов нормирования экспорта БЭ.

Четвертая глава посвящена разработке методов дифференцированной оценки выноса фоновой и антропогенной биогенной нагрузки с водами рек бассейна Балтийского моря.

Основным поставщиком биогенных веществ природного и антропогенного происхождения в Балтийское море является речной сток; БЭ частично аккумулируются и иммобилизуются на территории бассейнов рек или захораниваются в грунты водотоков и промежуточных водоемов, в связи с чем в замыкающих створах водотоков не наблюдается такого значительного увеличения концентраций БЭ, какого можно было бы ожидать. Таким образом, оценка лишь источников биогенных веществ еще не может служить показателем их поступления в водоемы, следовательно, очевидна необходимость не только количественной оценки источников биогенных веществ на территории бассейна, но и дифференцированной фоновой и антропогенной составляющих биогенного стока рек в замыкающих створах.

М. П. Максимовой4 для расчетов антропогенной и фоновой составляющих биогенного стока рек были предложены фоновые эмпирические коэффициенты К, представляющие собой соотношения концентраций БЭ Si/N и Si/P, величины которых в речном стоке, не загрязненном антропогенными добавками азота и фосфора, постоянны и не зависят от колебаний водности. При наличии фоновых коэффициентов расчет антропогенной составляющей биогенного речного стока осуществляется в соответствии с уравнением:

А = В – Siмин. раств./К, (17) где А – антропогенная составляющая стока рассматриваемой формы БЭ; В – суммарный речной сток рассматриваемой формы БЭ; К – фоновый коэффициент для рассматриваемой формы БЭ; Siмин. раств. – вынос минерального растворенного кремния речным стоком за расчетный год. Как следует из уравнения Максимова М. П. Критерии антропогенного евтрофирования речного стока и расчет антропогенной составляющей биогенного стока рек // Водные ресурсы. 1979. №1. С. 35-40.

(17), второй его член представляет собой фоновое поступление БЭ с речным стоком.

Предлагаемый нами подход (именуемый далее метод I) к оценке фоновых коэффициентов БЭ для р. Невы базируется на предположении о наличии тесной корреляционной связи между величинами соотношений Si/БЭ и концентрациями БЭ. Для расчета фоновых коэффициентов была проведена обработка данных о содержании кремния, общего (Робщ) и валового фосфора (Рвал) в истоке р. Невы за период с 1990 г. по 2008 г., а также общего азота (Nобщ) за период с 1999 г. по 2008 г., в результате чего были выявлены корреляционные уравнения, связывающие величины фоновых коэффициентов БЭ и их концентрации (табл. 5).

Таблица 5. Зависимости фоновых коэффициентов от концентраций БЭ для р. Нева БЭ Уравнение rРобщ КРобщ = 34,4exp(-0,0354Робщ) (18) 0,Рвал КРвал = 16,3exp(-0,0177Рвал) (19) 0,Nобщ КNобщ = 2,35 – 0,298ln(Nобщ) (20) 0, Для оценки величин эмпирических фоновых коэффициентов в истоке р. Невы были выбраны концентрации БЭ, соответствующие периоду наименьшей антропогенной нагрузки как на Ладожское озеро, так и на вытекающую из него р. Неву (до начала 1960-х гг.): Робщ = 9 мкгдм-3, Рвал = 12 мкгдм-3, Nобщ = 405 мкгдм-3 (табл. 6).

Таблица 6. Фоновые эмпирические коэффициенты и уравнения для расчета выноса фоновой биогенной нагрузки со стоком р. Невы и ее рукавов БЭ К Уравнение Робщ 25 QРобщ = QSi/25 = 0,0315CSiRСГ/25 (21) Рвал 13 QРвал = QSi/13 = 0,0315CSiRСГ/13 (22) Nобщ 0,56 QNобщ = QSi/0,56 = 0,0315CSiRСГ/0,56 (23) Примечание. QSi – поступление кремния, т·год-1; CSi – среднегодовая концентрация кремния, мкг·дм-3.

На основании полученных результатов были оценены фоновая и антропогенная составляющие биогенного стока с р. Нева в Невскую губу: фоновые составляющие поступления Робщ и Рвал за рассматриваемый период составили в среднем 621 т·год-1 и 1180 т·год-1 соответственно – 34 % от суммарного поступления, среднее фоновое поступление Nобщ – 20900 т·год-1 (32 %).

Для оценки фоновых концентраций БЭ в водотоках и фоновых составляющих биогенного стока нами был также разработан метод (именуемый далее метод II), основанный на предложенной Дж. Дэвис и Дж. Цобристом зависимости концентраций растворенного вещества в реке (С) от величин обратных расходов воды 1/R:

С = А/R + b, (24) где b – фоновая концентрация растворенной формы БЭ; А – антропогенное поступление БЭ в единицу времени.

В рамках предложенного нами метода на первом этапе на основе данных о концентрациях БЭ (на примере фосфора) в водотоке за несколько лет и расходах воды за тот же период проводится определение фоновой концентрации Робщ. На втором этапе выявляются количественные соотношения между концентрациями Робщ и Рвал, на основании которых определяются величины фоновых концентраций Рвал; необходимость такой процедуры обусловлена тем, что рассматриваемый метод может быть использован только применительно к растворенным в воде формам БЭ и не распространяется на оценку фоновых концентраций валовых форм. Определенные нами величины фоновых концентраций Робщ и Рвал для некоторых рек бассейна Балтийского моря приведены в таблице 7.

Таблица 7. Фоновые концентрации общего и валового фосфора для некоторых рек бассейна Балтийского моря Река Фоновая концентрация, мкг·дм-Робщ Рвал Нева 11 Великая 24 Луга 21 Желча 9 Нарва 19 На основании полученных результатов были определены величины фоновой и антропогенной составляющих стока Рвал с водами ряда рек бассейна Балтийского моря (табл. 8).

Таблица 8. Величины (Q) и модули (М) фонового стока Рвал для некоторых рек бассейна Балтийского моря Река Q(Рвал)ФОН, М(Рвал)ФОН, Составляющие суммарного стока, % т·год-1 фоновая антропогенная кг·км-2год-Нева 1220 4,3 34 Великая 197 7,8 43 Нарва 288 5,1 45 Луга 76 5,8 22 Желча 8,9 7,3 52 Следует подчеркнуть, что фоновый биогенный сток для всех рассмотренных рек соизмерим с антропогенным; это обусловливает необходимость учета фонового стока при оценке предельных уровней экспорта БЭ в приемные водоемы.

Достоверность полученных результатов подтверждается данными, приведенными в таблице 9, на примере р. Невы: величины фонового стока Рвал, рассчитанные нами на основе методов I и II, а также полученные С. А. Кондратьевым методом математического моделирования, весьма близки.

Таблица 9. Величины фонового стока Рвал с р. Нева и ее рукавами в Невскую губу, определенные разными методами Метод Q(Рвал)ФОН, т·год-I II С. А. Кондратьев В связи с тем, что рассмотренные выше методы оценки фоновой составляющей биогенного стока применимы только в случае контролируемых рек, для которых имеются ряды данных гидрохимических и гидрологических наблюдений, очевидна необходимость разработки метода, который мог бы быть применен также и для неконтролируемых рек.

Факторы внешней среды, воздействующие на продукционные процессы в водоемах и на суше, тесно связаны с географической зональностью, которую можно рассматривать как фактор, интегрирующий влияние эдафических и климатических условий на продуктивность водных экосистем.

Pages:     | 1 | 2 || 4 |






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