CC BY
66
экология природных СИСТЕМ
УДК 504.064: 504.455
'В.З. Латыпова, 'О.В. Никитин, 'Н.Ю. Степанова, 3Ф.М. Шакирова, '■3С.А. Удачин, 2Р.Р. Шагидуллин, 2Д.В. Иванов, 'О.Г. Яковлева, 4Е.Г. Мухаметшина
'Казанский (Приволжский) федеральный университет, [email protected] 2Институт проблем экологии и недропользования АН РТ, [email protected] 3Татарское отделение ФГБНУ «ГОСНИОРХ», [email protected] 4ФГУ «Средволгаводхоз», [email protected]
КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД КУЙБЫШЕВСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА В УСЛОВИЯХ РАЗЛИЧНОЙ ВОДНОСТИ
На основе результатов многолетних экспедиционных и лабораторных исследований, систематизации и статистической обработки информации по постам наблюдательной сети Росводресурсов дана оценка качества воды Куйбышевского водохранилища, определены оптимальные средние и минимальные допустимые уровни воды водохранилища в разные фазы водного режима с учетом основных экологических требований к качеству водных ресурсов.
Ключевые слова: качество воды; уровенный режим; оптимальный уровень; Куйбышевское водохранилище.
Введение
Анализ факторов формирования качества водных ресурсов, гидрохимического режима поверхностных вод и среды обитания в условиях техногенных воздействий крайне важен для обеспечения устойчивого функционирования сложившихся экосистем, сохранения биологического разнообразия и перспективного планирования рациональной эксплуатации водохранилищ (Куйбышевское ..., 2007). Особо важное значение приобретают исследования, направленные на создание моделей изменения экосистем водохранилищ в условиях регулирования уровненного режима. Необходимость формулировки требований к режиму стока и качеству вод и режиму эксплуатации водохранилищ, особенно в период маловодья, отмечается в числе важнейших научно-технических мероприятий на всех уровнях управления (федеральном, бассейновом, региональном, отраслевом и муниципальном) (Авакян и др., 2002; Черезов, 2006; Степанова и др., 2006; Шагидуллин, 2012; Латыпова и др., 2012; Яковлев и др., 2012).
Целью работы является определение оптимальных уровней воды Куйбышевского водохранилища с учетом основных экологических требований к качеству водных ресурсов на основе данных многолетних гидрологических, гидрохимических и гидробиологических исследований.
Материалы и методы исследования
В работе использованы результаты экспедиционных обследований и контроля качества воды Куйбышевского водохранилища по гидро-
химическим и гидробиологическим показателям (рис. 1) аккредитованными лабораториями Казанского федерального университета (КФУ, 1999— 2012 гг.); Института проблем экологии и недропользования АН РТ (ИПЭН АН РТ, 2003-2011 гг.); ФГБУ «Средволгаводхоз» (ФГБУ, 2006-2012 гг.); Центральной специализированной инспекции аналитического контроля Министерства экологии и природных ресурсов РТ (ЦСИАК МЭПР РТ, 2003-2008 гг.) и Управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды Республики Татарстан (УГМС РТ, 1994-2004 гг.).
Рис. '. Карта-схема расположения створов
наблюдений за качеством поверхностных вод Куйбышевского водохранилища (линиями отмечены контрольные створы, точками -станции отбора проб)
Качество воды оценивали по гидрохимическим и гидробиологическим (фито- зоопланктон, бентос) показателям (ГОСТ 17.1.5.05-85; РД 52.24.633-2002).
Гидрологическая информация охватывает временной интервал с 1957 по 2012 г. с наиболее подробным отражением интервала времени 2001-2012 гг. по сведениям ФГУП «Центр Регистра и Кадастра». В целом в работе собрано, систематизировано и статистически обработано более 60000 единиц данных гидрологической информации по Куйбышевскому водохранилищу, полученных в пунктах государственной гидрометеорологической сети наблюдений.
при определении гидрологических характеристик применяли методы статистического анализа с использованием законов теории вероятностей и методы гидролого-географического анализа с учетом генезиса водного стока. Расчеты гидрологических характеристик выполняли на основании указаний и рекомендаций, приведенных в СП 33-101-2003. Для расчета использовали ряды среднегодовых (1957-1980, 1995-2001 гг.), среднемесячных (1981-1987 гг.) и ежедневных (с ноября 2001 по октябрь 2012 гг.) показателей уро-венного режима водохранилища. По полученным данным рассчитывали усредненные показатели по месяцам, гидрологическим фазам, годам. При определении сезонного (внутригодового) распределения стока воды рек, при наличии данных наблюдений, использовали метод компоновки сезонов (весеннее половодье - с апреля по июнь, летне-осенняя межень - с июля по ноябрь, зимняя межень - с декабря по март).
Статистическую обработку результатов проводили с использованием программы Statisticа 8.0.
Результаты и их обсуждение
оценка качества водных ресурсов по гидрохимическим и гидробиологическим показателям. Анализ созданной базы гидрохимических данных за период с 1994 по 2012 г. позволяет выделить следующие приоритетные загрязняющие вещества и показатели, характерные для исследуемого водохранилища: марганец, железо, медь, фенолы, ХПК, БПК и др. Рассчитанные с использованием гидрохимических данных за период 1994-2004 гг. значения обобщенного индекса загрязнения воды ИЗВ находились в интервале 1.79-2.35, что позволило отнести исследуемые воды к категории «умеренно-загрязненных» (III класса качества).
Для оценки загрязненности поверхностных вод с 2004 г. в РФ используется интегральный показатель УКиЗВ, базирующийся на 15 загрязняющих веществах, наиболее характерных для
большинства поверхностных вод, и позволяющий проводить сравнение степени загрязненности воды в различных створах и пунктах. В период с 2005 по 2012 гг. значение УКИЗВ Куйбышевского водохранилища изменялось в интервале 2.233.78, что соответствует категории воды от 3 «а» -«загрязненные» до 4 «а» - «грязные» с преобладанием 3 «б» класса - «очень загрязненные».
По данным гидробиологического мониторинга в период 2003-2012 гг. воды водохранилища отнесены к категории «умеренно-загрязненных» (III класс качества). На основе проведенных исследований отклика фитопланктонного и зоопланктонного сообществ, оцененного по статистическим характеристикам в соответствии с РД 52.24.564-96 и РД 52.24.565-96, показано, что для вод Куйбышевского водохранилища характерно усиление процессов антропогенного эвтрофирования в связи с замедленным водообменном (Куйбышевское ..., 2007).
Пространственное распределение уровня загрязнения вод Куйбышевского водохранилища. Для установления взаимосвязей между различными показателями качества воды по различным створам и выявления характера особенностей поведения в условиях разной водности был проведен анализ рядов гидрохимических наблюдений на 42 створах Куйбышевского водохранилища с применением аппарата статистической обработки данных. При анализе базы гидрохимических данных, полученных по единым стандартизированным методикам за период с 1994 по 2012 гг., и сжатия информации в виде расчетных показателей ИЗВ и УКИЗВ (РД 52.24.643-2002) использовали следующие принципы:
• принцип согласования времени соответствующих замеров - для каждого из постов наблюдений использовали конкретный уровень воды на конкретную дату гидрохимического анализа;
• принцип однородности рядов гидрохимических данных, что обеспечивается использованием данных по постам наблюдений, размещенным в зонах полного смешения, вдали от техногенных источников загрязнения, и исключением данных, вызванных аварийными сбросами и сбросами в чрезвычайных погодных условиях. Анализ распределения уровня загрязнения воды
Куйбышевского водохранилища за 1994-2012 гг. выявил наличие статистически значимых (г 0.620.95) зависимостей (табл. 1) между большинством значений ИЗВ, рассчитанным по данным аккредитованных лабораторий на каждый конкретный день отбора проб, по различным постам наблюдения, размещенным в зонах полного смешения в Куйбышевском водохранилище. Коэффициенты
26
российский журнал ОРИИОй экологии
ЭКОЛОГИЯ ПРИРОДНЫХ СИСТЕМ
ранговой корреляции Спирмена (г = 0.62-0.95) указывают на статистически значимые корреляции значений среднегодовых интегральных показателей качества воды (ИЗВ) для различных постов наблюдения при уровне р < 0.05 и пространственную однородность уровня загрязнения Куйбышевского водохранилища. Последнее подтверждается статистическим анализом распределения ИЗВ по постам наблюдений при помощи критерия Краске-ла-Уоллиса (Н (2.184) = 5.408, р = 0.067).
Характеристика гидрологического режима Куйбышевского водохранилища (1957-2012 гг.). Характерные уровни водохранилища связаны с двумя основными факторами: поступлением воды в водохранилище и сработкой последнего на гидроузле. При этом на долю главных притоков (реки Волга, Кама, Вятка) приходится 95 % притока воды в водохранилище. Водохранилище характеризуется выраженным сезонным типом регулирования расходов воды на входных (Чебоксарская и Нижнекамская ГЭС) и замыкающем (Тольятти-Волжская ГЭС) створах. Показано, что в последние годы сработка водохранилища до таких низких уровней как 45,5 м БС, как это было в 1957-1980 гг., не осуществляется. Минимальные уровни, до которых осуществляется сработка водохранилища, составляют около 48 м БС, причем такие уровни соответствуют зимней межени (март).
На рисунке 2 приведен годовой ход средних уровней воды верхнего бьефа Куйбышевского гидроузла в периоды 1957-1987 гг. и 2001-2012 гг. Все характерные уровни по пунктам наблюдений испытывают значительные колебания, связанные с годовыми и внутригодовыми колебаниями метеорологических факторов, то есть с изменчивостью их пространственно-временной структуры. За подробно рассмотренный в данной работе временной интервал (2001-2012 гг.) значение уровня Куйбышевского водохранилища находилось в пределах 48.10-53.60 м БС. За период с 1957 по 2001 гг. (Черезов, 2006) самый низкий уровень воды, составляющий 46.04 м БС, был зафиксирован в апреле 1976 г.
Рис. 2. Годовой ход средних уровней воды верхнего бьефа Куйбышевского гидроузла в периоды '957-1980, '98'-'987 и 200'-20'2 гг.
Тенденция к увеличению среднегодовых уровней воды верхнего бьефа Куйбышевского гидроузла за период существования водохранилища до 2007 г. сменяется тенденцией к их снижению в последние 5 лет (2008-2012 гг.), особенно четко проявляющейся в многоводные годы (рис. 3).
Рис.3. Среднегодовые уровни воды верхнего бьефа Куйбышевского гидроузла ('957-2012 гг.)
Построенные кривые обеспеченности уровней воды верхнего бьефа Куйбышевского гидроузла в характерные периоды (половодье, летне-осенняя межень и период зимней межени) (рис. 4)
Таблица '. Коэффициенты ранговой корреляции Спирмена уровней загрязнения (по ИЗВ) для постов наблюдения на Куйбышевском водохранилище в пределах РТ (выделены статистически значимые значения, р < 0.05)
ИЗВ Зеленодольск ИЗВ К. Тенишево ИЗВ З. Каратаи ИЗВ Чистополь ИЗВ Лаишево ИЗВ Тетюши
ИЗВ Зеленодольск 1 0.32 0.43 0.63 0.66 0.76
ИЗВ К. Тенишево 0.32 1 0.27 0.52 0.63 0.63
ИЗВ З. Каратаи 0.43 0.27 1 0.84 0.78 0.62
ИЗВ Чистополь 0.63 0.52 0.84 1 0.94 0.92
ИЗВ Лаишево 0.66 0.63 0.78 0.94 1 0.90
ИЗВ Тетюши 0.76 0.63 0.62 0.92 0.90 1
позволяют рассчитать уровни воды для разных значений обеспеченности: уровень водохранилища 95 % обеспеченности для половодья составляет 49.5 м, для летне-осенней и зимней межени - 49.7 и 48.5 м соответственно; вероятность превышения уровня 49 м БС составляет для половодья 99.3 %, для летне-осенней межени - 98.7 %, для зимней межени - 84.4 %; вероятность превышения уровня нормального подпорного уровня (НПУ) 53 м БС составляет для половодья 12.4 %, для летне-осенней межени - 4.6 %, в период зимней межени такие уровни воды в водохранилище не отмечаются.
5
10% 20%
80% 90%
ственная однородность как степени загрязнения водохранилища, так и распределения уровней воды в Куйбышевском водохранилище по постам наблюдений позволяет использовать для решения поставленной задачи сводную выборку данных и исследовать изменчивость показателей качества воды (ИЗВ), оцененных по среднегодовым индивидуальным гидрохимическим показателям, в зависимости от среднегодовых уровней воды в водохранилище.
Таблица 2. Значения статистически значимых (р < 0.05) коэффициентов ранговой корреляции Спирмана между гидрографами некоторых гидрологических постов (2001-2012 гг.)
Посты наблюдений 1* 2 3 4 5 6 7
1 1 0.91 0.96 0.73 0.87 0.99 0.78
2 0.91 1 0.95 0.91 0.93 0.93 0.87
3 0.96 0.95 1 0.82 0.95 0.97 0.89
4 0.73 0.91 0.82 1 0.85 0.75 0.84
5 0.87 0.91 0.95 0.85 1 0.88 0.96
6 0.99 0.93 0.97 0.75 0.88 1 0.80
7 0.78 0.87 0.89 0.84 0.96 0.80 1
* 1 - верхний бьеф Куйбышевского гидроузла, 2 -Вязовые, 3 - Чистополь, 4 - нижний бьеф Чебоксарского гидроузла, 5 - Сокольи Горы, 6 - Тетюши, 7 - нижний бьеф Нижнекамского гидроузла
I 50,5
§ 50,0
Рис. 4. Кривые обеспеченности уровней воды
верхнего бьефа Куйбышевского гидроузла в характерные периоды гидрологического года (2001-2012 гг.): а - половодье, б - летне-осенняя межень, в - зимняя межень
Пространственное распределение уровней воды в Куйбышевском водохранилище по постам наблюдений (табл. 2) свидетельствуют о статистически значимой согласованности колебаний уровней воды по различным постам наблюдений, что, по-видимому, отражается и в установленной выше пространственной однородности уровня загрязнения Куйбышевского водохранилища. Последнее указывает на возможность количественной взаимосвязи между параметрами качества воды и ее уровня. Выявленная простран-
Методом корреляционного анализа показано наличие статистически значимой зависимости между ИЗВ Куйбышевского водохранилища в целом и уровнем воды на конкретную дату отбора проб.
Для оценки и количественного описания изменчивости качества воды Куйбышевского водохранилища при колебании его уровня рассмотрена парная линейная регрессионная зависимость вида: ух = а + Ьх, где у - зависимая переменная (результативный признак - ИЗВ, безразмерная величина); х - независимая, или объясняющая, переменная (признак-фактор - уровень верхнего бьефа Куйбышевского гидроузла, выраженный в м БС).
Полученное уравнение регрессии имеет вид: Ух = 28.458 - 0.501х.
Проведена оценка качества уравнения регрессии (табл. 3). Линейный коэффициент корреляции гху = - 0.588; коэффициент детерминации гу2 = 0.346. ^ - критерий Фишера составил F (1.175) = 92.688. Исходя из того, что F > F
'1 ~ Г ГГУ
табл'
можно
признать статистическую значимость критерия и всего уравнения в целом при р < 0.001. Общая стандартная ошибка оценивания модели составляет величину ± 0.665 (27.2 % от среднего значения зависимой переменной).
50
50
экология природных СИСТЕМ
Таблица 3. Статистические параметры уравнения регрессии (1)
r xy Стандартная ошибка r xy Параметры уравнения регрессии Стандартная ошибка, m t (200) Р
Свободный член (а) 28.458 2.702 10.531 0.000
Уровень водохранилища (x) -0.588 0.061 -0.501 0.052 -9.627 0.000
Адекватность регрессионного уравнения подтверждается также и результатами выполненного анализа остатков (как разность между наблюдаемыми и предсказанными значениями) (рис. 5) (Халафян, 2007). Средняя стандартная ошибка аппроксимации составляет 6.6 %.
I kl publik HKiH M-f-r-lll Hl NlHu J грнфш ПЕ11Г1Н
4
1,1 1,4 41 Ы Т,0 1.1 7 5
Рис. 5. Нормальный вероятностный график остатков уравнения регрессии (')
Анализ предсказанных и наблюдаемых значений интегральных показателей качества воды показал, что выделение отдельных кластеров является нецелесообразным.
По полученному линейному уравнению регрессии (1) были найдены прогнозные значения результативного фактора ух при различных значениях признака-фактора. Прогнозные значения индекса загрязнения воды (ИЗВ) и границы их доверительного интервала при различных уров-
Таблица 4. Прогнозируемый по полученному уравнен Куйбышевского водохранилища для обеспечения
нях Куйбышевского водохранилища приведены в таблице 4.
Для выбора минимального допустимого уровня воды в водохранилище по полученной регрессионной модели (1) был выполнен обратный расчет при условии сохранения преобладающего класса качества вод (III класс качества, «умеренно-загрязненные») в настоящее время. Этот расчет дает величину ИЗВ = 3.16, которая не превышает норматив качества, соответствующий верхней границе «умеренно-загрязненных вод» (табл. 4) с учетом стандартной ошибки оценивания модели. Данное условие было выбрано как самое наилучшее прогнозируемое по полученному уравнению регрессии (модели) (табл. 4).
Уровень для обеспечения «чистых» и «очень чистых» вод является нереализуемым, т. к. он превышает максимальный допустимый уровень (ФПУ = 54.7 м) при пропуске весеннего половодья вероятностью превышения 0.01 % (с гарантированной поправкой).
Полученные результаты, статистические параметры уравнения и прогнозные величины в весеннее половодье и в летне-осеннюю межень приведены в таблице 5.
Таким образом, по полученным результатам искомый средний оптимальный уровень воды Куйбышевского водохранилища с учетом экологических требований к ее качеству составил 51.9 м БС, минимальный допустимый уровень с учетом ошибки оценивания модели - 50.5 м БС.
Изменчивость показателя качества воды в зависимости от уровня Куйбышевского
о регрессии (') необходимый средний уровень воды оологических требований к классу качества вод
Класс качества вод Категория вод Величина ИЗВ Прогнозируемый необходимый средний уровень воды в водохранилище, м
1 Очень чистая < 0.3 56.25
2 Чистая 0.3-1 56.25-54.85
3 Умеренно-загрязненная 1.0-2.5 54.85-51.86
4 Загрязненная 2.5-4.0 51.86-48.86
5 Грязная 4.0-6.0 48.86-44.86
6 Очень грязная 6.0-10 44.86-36.87
7 Чрезвычайно грязная > 10 < 36.87
Таблица 5. Вид и статистические параметры регрессионной модели и обоснованный оптимальный уровень Куйбышевского водохранилища с учетом экологических требований к классу качества воды (у - индекс загрязнения воды (ИЗВ), х - уровень воды в верхнем бьефе Куйбышевского гидроузла, м БС)
Вид уравнения и параметры регрессионной модели Коэффициент, стандартная ошибка коэффициента Стандартная ошибка оценки по модели
a b
у = Ь • х + а R = 0.588, = 0.346 F (1.175) = 92.688, р < 0.0000 28.458 ± 2.702 -0.501 ± 0.052 ± 0.665
Прогнозируемый средний оптимальный уровень воды в водохранилище, м БС (ИЗВ < 2.5) 51.9
Границы доверительного интервала регрессионной модели (ИЗВ) при среднем оптимальном уровне воды в водохранилище: - 95 % + 95 % 2.40 2.60
Прогнозируемые значения ИЗВ при среднем оптимальном уровне воды в водохранилище: ИЗВ - ошибка оценки ИЗВ + ошибка оценки 2.50 1.83 3.16
Прогнозируемый класс качества воды при среднем оптимальном уровне: Наилучший Наихудший III IV
Прогнозируемый минимальный допустимый уровень воды в водохранилище, м БС с учетом ошибки (ИЗВ < 3.16): 50.5
Границы доверительного интервала регрессионной модели (ИЗВ) при минимальном допустимом уровне воды в водохранилище: - 95 % + 95 % 3.0 3.3
Прогнозируемые значения ИЗВ при минимальном допустимом уровне воды в водохранилище: ИЗВ - ошибка оценки ИЗВ + ошибка оценки 3.2 2.5 3.8
Прогнозируемый класс качества при минимальном допустимом уровне: Наилучший Наихудший III IV
Обеспеченность среднего оптимального уровенного режима (Р, %) по кривым обеспеченности (рис. 4) в весеннее половодье: 64.7 %
в летне-осеннюю межень: 58.2 %
Количество дней, в течение которых может соблюдаться средний оптимальный уровень воды в Куйбышевском водохранилище в весеннее половодье: 59
в летне-осеннюю межень: 89
Обеспеченность минимального допустимого уровенного режима (Р, %) по кривым обеспеченности в весеннее половодье: 89.1 %
в летне-осеннюю межень: 90.3 %
Количество дней, в течение которых может соблюдаться минимальный допустимый уровень воды в Куйбышевском водохранилище в весеннее половодье: 81
в летне-осеннюю межень: 138
водохранилища по конкретным дням в разные фазы водного режима также описывается статистически значимым парным линейным регрессионным уравнением между двумя переменными (у и х) аналогичного вида: ух = а + Ьх. Анализ зависимости степени загрязнения воды от его уровня при помощи критерия Краскела-
Уоллиса показал статистически значимые различия для разных фаза водного режима (Н (2.177) = 22.709, р = 0.0000).
Полученные и статистически охарактеризованные регрессионные уравнения для различных гидрологических фаз позволили рассчитать значения среднего оптимального уровня воды
3!
российский журил орииоой экологии
ЭКОЛОГИЯ ПРИРОДНЫХ СИСТЕМ
Куйбышевского водохранилища для различных фаз водного режима. По угловому коэффициенту кривых показано, что сильнее всего на величину ИЗВ влияет уровень водохранилища в период половодья и летне-осенней межени, в то время как в период зимней межени колебания уровня оказывают слабое воздействие на качество воды.
На основе больших массивов гидрохимических данных, в соответствии с экологическими требованиями к качеству воды по соответствующим уравнениям регрессии, надежно обоснованы средние и минимальные допустимые уровни воды для весеннего половодья (52 и 51 м БС) и летне-осенней межени (52 и 50 м БС). Обеспеченность среднего оптимального уровенного режима (Р, %) по кривым обеспеченности в летне-осеннюю межень составляет 69.9 %, в весеннее половодье -58.8 %.
В силу ограниченности сведений по мониторингу в зимний период допустимые уровни воды водохранилища для зимней межени, оцененные аналогичным образом, не внесены в таблицу, их следует рассматривать лишь как грубое приближение, т. к. их поддержание является нереальным (обеспеченность равна 0 %). Недостаточность массива гидрохимических данных, использованных в работе для прогнозов применительно к зимней межени, диктует необходимость дополнительных исследований в зимний период времени.
Проведенная статистическая оценка качества уравнения регрессии и анализ его остатков как разность между наблюдаемыми и предсказанными значениями (рис. 6) свидетельствуют о работоспособности найденного двухпарамет-рового уравнения (1), несмотря на то, что в целом зависимость между показателем качества воды водохранилища и его уровенным режимом является чрезвычайно многофакторной. Количественно подтвержденная адекватность наблюдаемых и предсказанных по данному уравнению регрессии значений обязана, по-видимому, относительному постоянству действия остальных взаимосвязанных факторов, выражаемому свободным членом (а = 28.458 ± 2.702) уравнения, в силу их регионального характера. К числу подобных региональных факторов, способных влиять на качество воды при изменении уровня воды, можно отнести, прежде всего, протекание разнонаправленных процессов аллохтонного привноса загрязняющих веществ -процессов, ответственных как за повышение, так и понижение концентрации загрязнений, причем с различным относительным вкладом - это дополнительный привнос загрязняющих веществ с поверхностным и речным стоком
за счет интенсификации переработки берегов (Куйбышевское ., 2007) и разбавления сточных вод, поступающих от организованных источников. При увеличении уровня воды в водоеме следует ожидать повышения концентрации загрязнений, особенно это касается соединений двойного генезиса, поступающих в водохранилище как со сточными водами, так и с поверхностным стоком (например, соединений меди, марганца, железа, фенола, фоновое содержание которых в течение длительного времени превышает величины их ПДК). Соотношение интенсивности этих разнонаправленных процессов, а также вну-триводоемных процессов самоочищения, биопоглощения, изменчивости кислород-зависимых показателей и др., в свою очередь, определяется региональным фактором - температурным режимом водохранилища в разные годы и в разные фазы водного режима.
Заключение
Таким образом, в работе на основе результатов многолетних исследований аккредитованных лабораторий и официально опубликованных материалов охарактеризовано качество водных ресурсов Куйбышевского водохранилища по гидрохимическим и гидробиологическим данным за период 1994-2012 гг. На основе гидрологической информации дана характеристика гидрологического режима водохранилища за весь период его функционирования (1957-2012 гг.) с наиболее подробным анализом за 2001-2012 гг. Определены основные тенденции изменения уровней воды верхнего бьефа Куйбышевского гидроузла, начиная с момента образования водоема и построены кривые обеспеченности для характерных периодов, позволяющие рассчитать обеспеченные значения уровней.
Методами математической статистики показаны согласованность колебаний уровня воды по различным постам наблюдений и пространственная однородность уровня загрязнения Куйбышевского водохранилища. Дано количественное описание изменчивости качества воды Куйбышевского водохранилища при колебании его уровня. Созданы парные линейные регрессионные модели, описывающие изменение качества воды Куйбышевского водохранилища при изменении его уровня в среднем и для отдельных фаз водного режима для возможности прогноза уровня воды с учетом экологических требований к качеству воды.
Показано, что в соответствии с экологическими требованиями к качеству воды рекомендуемый минимальный допустимый уровень воды в Куйбышевском водохранилище в пределах РТ
составляет 50.5 м БС. При данном уровне вода будет соответствовать категориям «умеренно загрязненная» и «загрязненная», преимущественно фиксируемым в водохранилище в настоящее время. В соответствии с полученным регрессионным уравнением, прогнозируемый необходимый средний уровень Куйбышевского водохранилища для обеспечения классов качества «очень чистых» (ИЗВ < 0.3) и «чистых» (ИЗВ 0.3-1) вод составляет > 56.3 м БС и 56.3-54.9 м БС, соответственно, и с полной очевидностью является нереализуемым, т. к. превышает максимальный допустимый уровень (форсированный подпорный уровень ФПУ = 54.7 м БС) при пропуске весеннего половодья вероятностью превышения 0.01 %. Превышение этого уровня может привести к переливу через гребень плотины и к другим аварийным ситуациям.
Для дальнейшего совершенствования регрессионного уравнения и повышения его прогностических функций необходимы исследования с учетом температурного режима и проведение системных мониторинговых исследований в разные фазы водного режима.
Благодарности. Авторы приносят благодарность сотрудникам ФГУ «Средволгаводхоз» И.А. Фатхуллину и Т.Г. Ганиной за консультации и участие в лабораторных экспериментах.
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства экологии и природных ресурсов республики татарстан.
Список литературы
1. Авакян А.Б, Литвинов А.С, Ривьер И.К. Опыт 60-летней эксплуатации Рыбинского водохранилища//Водные ресурсы. 2002. № 1. С. 5-15.
2. ГОСТ 17.1.5.05-85. Общие требования к отбору проб поверхностных и морских вод, льда и осадков.
3. Колесник А.А., Мухаметшин Ф.Ф., Латыпова В.З., Савельев А.А., Пилюгин А.Г., Мухарамова С.С. Геоинформационная система эколого-водохозяйственной ситуации Куйбышевского водохранилища//Рациональное природопользование и экология/Матер. VI междунар. форума. СПб: Акватерра, 2003. С. 201-202.
4. Латыпова В.З. Уровенный режим Куйбышевского водохранилища: экологические и экономические аспекты// Журнал экологии и промышленной безопасности. 2012. № 2 (50). С. 11-14.
5. Никитин О.В., Латыпова В.З., Степанова Н.Ю., Шуралев Э.А., Бравков А.П., Мухаметшина ГГ., Халиуллина Л.Ю. Эвтрофирование как фактор загрязнения Куйбышевского водохранилища цианотоксинами//Журнал экологии и промышленной безопасности. 2012. № 3-4. С. 98-100.
6. РД 52.24.309-92. Организация и проведение режимных наблюдений за загрязнением поверхностных вод суши на сети Роскомгидромета.
7. РД 52.24.309-2004. Организация и проведение режимных наблюдений за загрязнением поверхностных вод суши на сети Роскомгидромета.
8. РД 52.24.643-2002. Метод комплексной оценки степени загрязненности поверхностных вод по гидрохимическим показателям: Методические указания.
9. СП 33-101-200.3 Свод правил по проектированию и строительству. Определение основных расчетных гидрологических характеристик.
10. Степанова Н.Ю., Захаров Д.С., Говоркова Л.К., Кондратьева Т. А., Латыпова В.З. Использование основных структурных показателей зоопланктонного сообщества для характеристики трофического статуса Куйбышевского водохранилища//Проблемы региональной экологии. 2006. № 6. С.95-101.
11. Шагидуллин Р.Р., Латыпова В.З., Никитин О.В., Яковлева О.Г. Развитие подходов к оценке воздействия промышленных предприятий на водные объекты// Георесурсы. 2011. № 2(38). С. 21-23.
12. Халафян А.А. Statistica 6. Статистический анализ данных. 3-е изд. М.: Бином-Пресс, 2007. 512 с.
13. Шагидуллин Р.Р. Формирование системы эколого-аналитического контроля равнинного водохранилища: Дисс. ... докт. хим. наук: Казань, 2012. 342 с.
14. Черезов А.Н. Влияние уровневого режима Куйбышевского водохранилища на хозяйственную деятельность прибрежной территории Республики Татарстан: Автореферат дисс. ... канд. геогр. наук: Пермь, 2006. 24 с.
15. Яковлев В.А., Латыпова В.З., Яковлева А.В. Оценка качества вод верхних плесов Куйбышевского водохранилища по зообентосу//Вода: химия и экология. 2012. № 7. С. 3-6.
16. Shapiro S.S., Wilk M.B. An analysis of variance test for normality (complete samples)// Biometrika. 1965. V. 52(3-4). P. 591-611.
V.Z. Latypova, O.V. Nikitin, N.Yu. Stepanova, F.M. Shakirova, S.A. Udachin, R.R. Shagidullin, D.V. Ivanov, O.G. Yakovleva, E.G. Muchametshina. Water quality of the Kuibyshev reservoir under different water content conditions
The paper provides evaluation of the Kuibyshev reservoir water quality, optimal average levels and minimum acceptable levels of water in different phases of water regime, taking into account the main environmental requirements for water resources quality. The evaluation is based on the results of expeditions and laboratory studies, systematization and statistical processing of data from 14 stations of The Federal Water Resources Agency observation network conducted for many years.
Keywords: water quality; water level regime; optimal water level; the Kuibyshev reservoir.
32
российский журил прикладной экологии
