авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |

Формирование гидрологического режима водосборов малых равнинных рек

-- [ Страница 6 ] --

Рис.6 Районирование водосбора р. Истры по степени экологической опасности.

Анализ картосхем на рис.5-6 позволяет объективно показать значительную пространственную неоднородность распределения антропогенной нагрузки в данном речном бассейне, выделить водосбор р. Маглуши, находящийся в критическом геоэкологическом состоянии, и показать, что более половины территории всего бассейна р. Истры находится под влиянием сильного и очень сильного антропогенного воздействия. Лишь небольшая часть территории бассейна, расположенная на северо – востоке, является относительно «чистой» от влияния антропогенных факторов. На основании этого анализа сделан вывод о том, что в целом геоэкологическая ситуация на территории всего бассейна р. Истры является весьма неблагоприятной с точки зрения ее влияния на компоненты природной среды и прежде всего на водные ресурсы этой реки.

5.2 Геоэкологический анализ зоны взаимовлияния Истринского водохранилища

Более простой вариант методики ГЭА, в котором используется минимально доступная информация о природных и антропогенных факторах, разработан для анализа геоэкологического состояния зоны взаимовлияния Истринского водохранилища [С.В. Ясинский 2004].

В естественных условиях водосбор и водный объект, особенно малая река, находятся в постоянной достаточно устойчивой взаимосвязи друг с другом. Создание водохранилищ нарушает сложившееся относительное равновесие во взаимодействии водосбора и водного объекта. В результате на водосборе образуется зона влияния водохранилища, в пределах которой изменяются климатические условия, режим подземных вод, наблюдаются затопление, подтопление, заболачивание, изменения почвенного и растительного покровов [Водохранилища…, 1986]. Часть площади водосбора, непосредственно примыкающая к урезу воды, на которой процессы взаимного влияния в системе «водосбор-водохранилище» проявляются наиболее отчетливо и протекают наиболее интенсивно, может быть названа «зоной наибольшего взаимовлияния» (ЗНВ) [Б.Г. Петров, 1986, 2004].

Размеры ЗНВ зависят от площади самого водного объекта и особенностей физико-географических условий района его расположения. Анализ совокупности процессов и факторов, определяющих взаимодействие Истринского водохранилища с окружающими его геосистемами, а также детальный учет рельефа этой территории, выполненные в работе, позволили выделить для него ЗНВ, граница которой проведена по линии первого местного водораздела, расположенного на расстоянии 3 – 6 км от уреза воды при НПГ. Общая площадь ЗНВ = 220.5 км2, что составляет 20% площади водосбора Истринского водохранилища и 10.7% площади всего бассейна р. Истры. В качестве топологической единицы рассмотрения геоэкологической ситуации выбран элементарный водосбор (ЭВ). На рассматриваемой территории ЗНВ Истринского водохранилища по топографической карте М. 1: 100000 было выделено 34 ЭВ малых рек (< 10 км), логов, крупных оврагов, балок.

Антропогенная нагрузка на ЗНВ Истринского водохранилища представлена тремя основными источниками загрязнения: животноводческой отраслью сельского хозяйства, рекреацией и селитебными территориями. Согласно приведенной выше методике ГЭА, для ЗНВ Истринского водохранилища разработана матрица антропогенных нагрузок. Однако, в отличие от подробной оценки антропогенных факторов, в данном случае ограничились более простыми показателями, а именно: для характеристики животноводческой отрасли сельского хозяйства использовалось численность крупного рогатого скота (КРС), рекреации и селитебных пунктов – число учреждений отдыха и населенных пунктов. В качестве природного фактора, компенсирующего антропогенные воздействия, как и ранее, в матрицу включена залесенность каждого ЭВ (%). На следующем этапе в зависимости от сочетания антропогенных факторов и залесенности проведена классификация всех выделенных ЭВ на 10 классов. Для каждого класса, в которые вошло от 1 до 12 ЭВ, экспертным путем получены балльные оценки экологической опасности. По доминирующему фактору (имеющему наивысший балл) 10 классов были объединены в 4 типа антропогенных воздействий: 1-ый тип - воздействие рекреации. В этот тип вошли 7 ЭВ. 2-й тип – воздействие животноводческих комплексов и селитебное, объединивший 12 ЭВ. 3-й тип – в него вошли 10 ЭВ подверженных загрязнению от всех видов антропогенных факторов в сочетании с их низкой залесенностью; 4-ый тип объединил 5 ЭВ с отсутствием какого – либо влияния хозяйственной деятельности. На основе выполненной классификации проведено районирование рассматриваемой территории по типам природно-антропогенных нагрузок (рис.7). Оно показывает, что максимальную антропогенную нагрузку испытывает верхний участок ЗНВ Истринского водохранилища, а в целом геоэкологическое состояние ее территории также может быть охарактеризовано как неблагополучное. Разработанные методики ГЭА антропогенных нагрузок для всего малого речного бассейна или для его части позволяют объективно выявлять водосборы притоков основной реки или ЭВ на территории ЗНВ водохранилищ находящиеся в наиболее неблагоприятном геоэкологическом состоянии. Поэтому именно на этих водосборах целесообразно осуществление первоочередных проектных и натурных водоохранных мероприятий. В результате проведения этих мероприятий должна значительно улучшаться геоэкологическая ситуация на малых водосборах и ЭВ с максимальной антропогенной нагрузкой и, вследствие этого, – водный режим и качество воды не только дренирующих их водотоков, но и на значительном протяжении основной реки и самого водохранилища. Важно отметить необходимость повторного проведения такого анализа с периодичностью не реже 1 раза в 5 лет. Это позволяет выявить динамику изменения геоэкологической ситуации на водосборах, а также оценить эффективность проведения водо- и природоохранных мероприятий, если они за этот период осуществлялись.

Рис. 7. Геоэкологическое районирование ЗНВ Истринского водохранилища по типам природно-антропогенных нагрузок. 1- воздействие рекреации; 2- воздействие животноводческих комплексов и селитебное; 3- загрязнение от всех видов антропогенных факторов в сочетании с их низкой залесенностью; 4- отсутствие влияния хозяйственной деятельности.

Глава 6. Ландшафтно-гидрологический метод оценки средних многолетних характеристик выноса биогенных элементов в овражнобалочную и речную сеть малой равнинной реки

Комплекс гидролого-эрозионных процессов, формирующихся на водосборах, относится к неточечным источникам загрязнения водных объектов. Они обусловливает миграцию и вынос в речную сеть малых равнинных рек не только органического вещества (ОВ) и биогенных элементов (БЭ), но и ядохимикатов, тяжелых металлов и радионуклидов. Потоки разнообразных веществ, выносимых с водосбора, трансформируются овражно-балочной сетью и, поступая в водные объекты, приводят не только к ускоренной эвтрофикации, но и совместно с притоком из точечных источников обусловливают общее загрязнение рек и водоемов. Совокупность процессов поступления и трансформации химических веществ с водосбора из неточечных источников в системе «водосбор – водный объект» характеризуется как диффузное (рассеянное) загрязнение водных ресурсов.

В работе выполнен анализ современных подходов к оценке характеристик диффузного загрязнения водных объектов, отмечены достоинства и недостатки таких методов их расчета, как «коэффициентов выноса» [Н.И. Хрисанов, Г.К. Осипов,1993; А.А. Цхай, 1995], физико-статистического [Г.А. Чуян и др., 1985; Г.Г. Борисова, 2003], математического моделирования [Н.А. Назаров, 1996; С.А. Кондратьев, 1990, В.Г. Пряжинская, 2001]. На основе такого анализа дано обоснование необходимости разработки новых, более простых методов, обеспечивающих, вместе с тем, достаточную для практики точность расчета как частных гидролого-геохимических процессов, так и общего диффузного загрязнения водных объектов.

В работе разработан ландшафтно – гидрологический метод (ЛГМ) оценки среднего многолетнего объема выноса основных БЭ – азота и фосфора с малого речного водосбора в период весеннего снеготаяния и получены оценки вклада диффузного поступления этих БЭ в формирование биогенного загрязнения его реки, основанный на гидролого – географическом подходе [В.Г. Глушков, 1961; М.И. Львович, 1963; А.И.Субботин,1966].

Основу ЛГМ составляют выражения, разработанные в физико-статистическом методе [Г.А. Чуян и др., 1985]. Согласно ему, оценка выноса биогенных веществ с жидким стоком (Вж) производится по формуле:

Вж = 10 – 3 C Wp Fр (4),

где: Вж - вынос биогенного вещества в кг; C - концентрация БЭ в стоке, мг/л; Wp- объем стока заданной вероятностью превышения, м3/ га; Fр - площадь,, га.

Расчет выноса БЭ с твердым стоком (Вт) производится аналогично:

Вт = 10 - 3 m Mp Fр (5),

где: m - содержание биогенного вещества в твердом стоке, мг/кг наносов, определяется по их концентрациям в верхнем 10см слое почвы; Mp - модуль твердого стока за период весеннего половодья заданной вероятности превышения, т/га. Общий вынос БЭ с водосбора рассчитывается как сумма их потоков с жидким и твердым стоком: Вс = Вж + Вт.

Объектами, на примере которых проводилось разработка ЛГМ оценки выноса БЭ, являлись водосбор р. Истры и 16 малых речных бассейнов, образующих его гидрографическую сеть. Разработка ландшафтно – гидрологического метода (ЛГМ) оценки объема выноса БЭ проводилась для периода весеннего снеготаяния, в течение которого на большей части южной части лесной зоны Русской равнины, формируется 60 – 80% весеннего и 40-60% годового стока малых рек [Н.И.Коронкевич, 1990; В.А. Жук, Н.Л. Фролова, 1993].

6.1 Методика расчета средних многолетних характеристик гидролого – эрозионных процессов, формирующихся на водосборе и выноса БЭ в овражно – балочную и речную сеть

Расчет средних многолетних характеристик процессов выноса БЭ в ОБС и речную сеть малых водосборов и всего бассейна р. Истры производится в следующей последовательности.

а. Оценка площади геосистем.

По картам М 1: 100000 выделяются границы и гидрографическая сеть малых водосборов и для каждого из них определяются площади лесных, сельскохозяйственных (зябь и уплотненная почва), урбанизированных геосистем и площадь ОБС.

б. Расчет ПВСС.

Для каждого типа геосистем всех водосборов проводится расчет ПВСС по зависимостям Увс = f (Урс), аппроксимированных выражениями (1-3), приведенными в главе 1.

Средний многолетний речной сток в период весеннего половодья рассчитывается по величине среднего многолетнего годового стока с коэффициентом 0.5 [Г.С.Шилькрот, С.В.Ясинский, 2002]:

Урс = 0.5 Yр (6),

Средний многолетний годовой речной сток оценивался по зависимости от средней высоты водосбора Yр = f (Hср) [Оценка ресурсов…,1989]:

Yр = 1,99*Hср -219 (7),

где Yр - величина среднего многолетнего годового речного стока, мм; Нср - средняя высота водосбора, м.

Величина ПВСС для урбанизированных геосистем определялась приближенно, как пропорция между ПВСС в агрогеосистемах и коэффициентами стока с урбанизированных (урб = 0.75) и сельскохозяйственных геосистем (cх= 0.58) d= урб /cх. [Г.М. Черногаева,1976; А.И. Субботин, В.С. Дыгало, 1991].

Оценки ПВСС в ОБС получены по величине снегозапасов, сложенных с осадками за период снеготаяния в этом типе ландшафта (Sобс мм) и его коэффициенту():

Yобс = Sобс

Sобс = а Sп (8),

где: а – переходной коэффициент, между значениями снегозапасов + осадки за период снеготаяния в поле (Sп) и в ОБС (Sобс): а = 1.5 [Н.И. Коронкевич, 1990]; - коэффициент ПВСС в ОБС: = 0.9 [А.И. Субботин, В.С. Дыгало, 1991]. Величина снегозапасов + осадки в поле (Sп) рассчитывается по зависимости от величины среднего многолетнего речного стока (Yр): Sп =f (Yр) [Н.И. Коронкевич, 1990], аппроксимированной следующим уравнением:

Sп = 1.33 Yр – 82.2 (9).

в. Расчет эрозии почвы.

Для каждого типа агросистем всех водосборов производится расчет эрозии почвы по зависимости смыва распаханной под зябь почвы (М, т/га) от слоя ПВСС (Yвс,мм): М = аYвс n, где - а, n - эмпирические параметры [Н.Н.Бобровицкая, 1977]. Значения входящих в зависимость М=f(Yвс) параметров для зяби на дерново – подзолистых почвах были определены следующими: а =10-1 0,42; n = 1.3:

Мз = 10-1 0,42 Yвс1.3 (10)

Для агрогеосистем с уплотненной почвой использовался коэффициент Кз = 0.15, учитывающий почвозащитные свойства растительного покрова по отношению к зяби [Н.И.Хрисанов, Г.К.Осипов, 1993]:

Муп =0.15 Мз = 10-2 0,63 Yвс1,3 (11).

При расчетах эрозии почвы с урбанизированных геосистем использовалось среднее значение мутности талых вод =2.5 г/дм3, полученное как среднее для различных функциональных зон этих геосистем [Вода России. Малые реки, 2001]:

Мурб.= Wвсу. (12),

где Wвсу – объем ПВСС.

г. Оценка концентраций БЭ в жидком и твердом стоке.

В работе были использованы средние многолетние значения концентрации в ПВСС БЭ, полученные для естественных (лесных) и природно-антропогенных агрогеосистем южной части лесной зоны Русской равнины. Было принято, что среднемноголетняя концентрация подвижных форм Nобщ. для лесных геосистем составляет 2.20 мг/ дм3, Робщ – 0.06 мг/ дм3; для агрогеосистем с уплотненной почвой: Nобщ -1.72 мг/ дм3, Робщ – 0.11 мг/ дм3; с зябью: Nобщ – 2.99 мг/ дм3, Робщ. – 0.165 мг/ дм3 [М.А. Хрусталева, 1990]. Для урбанизированных территорий использованы аналогичные данные, полученные для г. Валдая, расположенного в той же природной зоне: Nобщ – 3.5 мг/ дм3, Робщ. – 0.104 мг/ дм3 [Г.С. Шилькрот, 1979].

Оценка содержания в почвах подвижного Р-Р205 проведена двумя путями: 1 - по результатам статистического анализа данных, полученных из агрохимических картограмм за 1990-1994 гг. для 13 коллективных сельскохозяйственных предприятий, охватывающих более 900 сельскохозяйственных полей; 2 - по данным агрохимических анализов смешанных образцов почвы агрогеосистем всех малых водосборов бассейна р.Истры. Анализ данных агрохимических картограмм показал, что содержание Р-Р205 для 4% рассмотренных полей находилось в пределах 51-100мг/кг; для 11% - 101-150 мг/кг; для 28% - 151-250 мг/кг; для 57% > 250 мг/кг. Согласно классификации, принятой Агрохимслужбой для оценки плодородия почв дерново-подзолистые почвы, с содержанием Р-Р205 > 250 мг/кг относятся к категории – «очень высокой обеспеченности» [В.И.Никитишен, 2003]. Агрохимический анализ образцов почвы, отобранных в осенние и весенние периоды в 1995-96гг, показал, что содержание Р-Р205 менялось в диапазоне 120 -330 мг/кг. Валовое содержание Р в почве, агрогеосистем малых водосборов принято равным: Рвал.- 600 мг/кг [К.Е. Гинзбург, 1981]. Валовое содержание N для агрогеосистем была оценено по материалам многолетнего стационарного опыта в исследуемом бассейне и принято равным: Nвал – 1100 мг/кг [А.К.Ярцева и др,1974]. Значения подвижного Nпод. для всех видов агрогеосистем были приняты равными 0.1 от Nвал. [Г.А.Чуян и др., 1985]. Содержание БЭ в почвах урбанизированных геосистем в бассейне р.Истры получено по данным агрохимического анализа 4 смешанных проб, отобранных в 2004г в различных функциональных зонах г.Истры. Содержание в почве разных функциональных зон г. Истры N - Nвал менялось в диапазоне 1400 – 1970 мг/кг, Р - Рвал. – 362-767 мг/кг; Рпод-Р205 – 75 – 185 мг/кг. В расчетах выноса БЭ с этих геосистем для всех водосборов использовались их средневзвешенные значения, полученные с учетом площади той или иной функциональной зоны г. Истры.

д. Трансформация потока БЭ овражно-балочной сетью.

В связи с тем, что коэффициент стока талых вод в целом для ОБС равен: =0.9 [А.И. Субботин, В.С. Дыгало, 1991] в качестве характеристики ПВСС, поступающего в речную сеть принята средневзвешенная оценка его значений для всего водосбора.

Концентрация БЭ в притоке воды в речную сеть, мало отличается от значений, которые определены для ПВСС, формирующегося на водосборе и в первом приближении коэффициент доставки БЭ может быть принят Dж.с. = 1 [Вода России. Малые реки, 2001].

Оценка притока твердого стока (Мр) в речную сеть бассейна р. Истры была получена по выражению:

Мр = Dн Мсрв (13),

где Dн – коэффициент доставки наносов, Мсрв – средневзвешенные значения величины твердого стока, поступающего с водосбора. Величина Dн рассчитывалась по зависимости Dн = f (F ) [В.Н. Голосов,2003]:

Dн= 0.65 F –0.27 (14).

Результаты расчетов средних многолетних потоков N и P, поступающих с водосборов в речную сеть с жидким и твердым стоком в весенний период показывают, что всего в речную сеть бассейна р.Истры с жидким стоком в период снеготаяния поступает с водосбора и ОБС валовых форм: ВдифжN - 576 т и ВдифжP - 23.6 т; с твердым стоком: ВдифтсN -50.4 т и ВдифтсР -27.5 т. Общий средний многолетний объем валового ВдифN составляет 627 т, а ВдифP – 51.1 т., т.е. вынос N в целом на порядок выше, чем Р, что обусловлено довольно высокой залесенностью бассейна р. Истры, обусловливающей меньший вынос Р с эрозией почвы с агрогеосистем. При этом, доля подвижных форм БЭ ВдифпN в жидком и твердом стоке составляет 47.4 % ВдифN, доля ВдифпР – 34.6 % ВдифP. По результатам расчетов выполнено районирование бассейна р. Истры по значениям притока валовых форм БЭ в речную сеть (рис 8).

6.2 Оценка точности ЛГМ расчета характеристик гидролого – эрозионных процессов и потоков БЭ, поступающих в овражно – балочную и речную сеть

Точность расчета ПВСС оценивалась путем сравнения с данными экспериментальных наблюдений в бассейне р. Истры [С.В. Ясинский, 2004], а для эрозии почвы – по данным Учебного центра Географического факультета МГУ в бассейне р. Протвы [Л.Ф.Литвин, В.Н.Голосов и др., 1998]. Анализ показал, что ЛГМ позволяет получать значения средних многолетних значений этих процессов с приемлемой для практики точностью – в среднем 10-20%.

Точность расчета потоков БЭ в речную сеть оценивалась путем сравнения средних многолетних характеристик этих потоков в весенний период, полученных ЛГМ и рассчитанных как остаточный член уравнения руслового баланса масс (РБМ)[С.В.Ясинский, Ф.Н. Гуров, 2006; С.В.Ясинский и др., 2007]:

Вр = Вфон + Впод + Вр.п+ Вдиф + Вств- Вбвп (15),



Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.