CC BY
91
Литература
1. Бать, М.И. Теоретическая механика в примерах и задачах / М.И. Бать, Г.Ю. Джанелидзе, А.С. Кельзон. - Москва: Наука, 1972. - Т. 2. - С. 168-487.
2. Корн, Г. Справочник по математике для научных работников и инженеров / Г. Корн, Т. Корн: пер с анг. - 4-е изд. - Москва: Наука, 1978. - 831 с.
Сведения об авторе
Погоров Туган Ахметович - канд. техн. наук, старший научный сотрудник отдела эксплуатации мелиоративных систем Российского научно-исследовательского института проблем мелиорации (г. Новочеркасск). Тел. 8 (8635) 26-65-00, 8 (8635) 26-00-16.
E-mail: [email protected]
Information about the authors
Pogorov Tugan Akhmetovich - Candidate of Technical Sciences, senior researcher of department of meliorative systems’ exploitation of Russian Research Institute of Melioration Problems (Novocherkassk). Phone: 8 (8635) 26-65-00, 8 (8635) 26-00-16.
E-mail: [email protected]
УДК 631.11:556.164:556.55.502.55.001.8
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ УЩЕРБА, НАНЕСЕННОГО ПОВЕРХНОСТНЫМ ВОДНЫМ ОБЪЕКТАМ СТОКОМ ДОЖДЕВЫХ И ТАЛЫХ ВОД С ЗЕМЕЛЬ СЕЛЬХОЗНАЗНАЧЕНИЯ
© 2010 г. Г.Т. Балакай, Л.М. Докучаева, Н.И. Балакай, Р.Е. Юркова
Приведена методика определения ущерба, нанесенного поверхностным водным объектам стоком дождевых и талых вод с земель сельхозназначения, которая позволяет определить массу загрязняющего вещества, поступившего в поверхностные водные объекты, рассчитать ущерб от поверхностного стока для водосбора в целом или отдельного участка землепользователя.
Ключевые слова: методика, ущерб, поверхностные водные объекты, сток, талые и дождевые воды, масса загрязняющего вещества, земли сельхозназначения.
It is given a methodology of damage determination, caused to surface water objects by rain and melt waters from arable lands, which allows determining quantity of contaminants coming to surface water objects, calculating damage from surface outlet for water collecting in a whole or for separate plot landholder.
Keywords: methodology, damage, surface water objects, outlet rain and melt waters, quantity of contaminants, arable lands.
Основная масса загрязняющих биогенных веществ поступает в водные объекты с поверхностным стоком с земель сельскохозяйственного назначения. Они наносят определенный ущерб водным объектам и ухудшают экологию природных систем. В связи с тем, что д поверхностный сток происходит с огромных территорий, используемых для нужд сельскохозяйственного производства, определение виновни-
ков загрязнения поверхностных водных объектов (ПВО), а их может быть сразу тысячи, по натурным наблюдениям практически невозможно. Поэтому величину д поверхностного стока с конкретной части водосбора мы предлагаем определять расчетными методами по косвенным показателям, влияющим на величину стока и данными о содержании биогенных веществ в почве.
За основу для расчета ущерба была использована формула «МУ Приказ МПР РФ от 30 марта 2007 г. № 71 «Об утверждении Методики исчисления размера вреда, причиненного водным объектам вследствие нарушения водного законодательства».
В ходе исследований были добавлены новые поправочные коэффициенты и уточ-
нены существующие с учетом особенностей поверхностного стока с земель сельскохозяйственного назначения [2].
В результате исчисление размера ущерба, причиненного водному объекту сбросом вредных (загрязняющих) веществ в составе жидкого стока и стока наносов (смытой почвы), предлагается производить по формуле (1):
п
У = К •К •К •К •К ТИ • М •К + У •К (1)
У К ВГ К ДЛ К В К ИН К СЭЗ / Иі М і К ИЗ ^ У ЗАИЛ К ИН, (1)
где У - размер ущерба, тыс. руб.;
Квг - коэффициент, учитывающий природно-климатические условия в зависимости от времени года;
Кдл - коэффициент, учитывающий
длительность негативного воздействия вредных (загрязняющих) веществ на водный объект при непринятии мер по его ликвидации;
Кв - коэффициент, учитывающий экологические факторы (состояние водных объектов);
К^ - коэффициент индексации,
учитывающий инфляционную составляющую экономического развития;
КСэз - коэффициент социальноэкономической значимости хозяйствующего субъекта, допустившего поступление загрязняющих веществ в ПВО с поверхностным стоком, устанавливается для хозяйствующего субъекта по согласованию с МПР, может изменяться от 1,0 до 0,1;
Н - таксы для исчисления размера вреда от сброса /-го вредного (загрязняющего) вещества в водные объекты. По вредным (загрязняющим) веществам, нормативы ПДКр/х которых в связи с их неразработанностью определены в соответствующих нормативных документах словом «отсутствие», таксы для исчисления размера вреда определяются на уровне вредного (загрязняющего) вещества, являющегося химическим аналогом и входящим в группу вредных (загрязняющих) веществ того же класса опасности;
Ыг - масса сброшенного /-го вредного (загрязняющего) вещества определяется
1
по каждому ингредиенту загрязнения в жидком стоке и стоке наносов, т;
Киз - коэффициент, учитывающий
интенсивность негативного воздействия вредных (загрязняющих) веществ на водный объект. Устанавливается в зависимости от превышения фактической концентрации вредного (загрязняющего) вещества, поступающего со стоком над установленной ПДКр/х для него;
Узаил - ущерб от заиления ПВО, тыс.
руб.
Важным моментом разработки является исчисление ущерба от заиления водного объекта, так как УЗАИП - важный показатель, имеющий существенное значение при поверхностном стоке. При расчете Узаил учитываются объем стока наносов и затраты на очистку водных объектов от ила и мелкозема, которые определяются по СНиП при подготовке проекта.
Определение массы сброшенного вещества является ключевым в расчетах ущерба водным объектам от поверхностного стока с земель сельскохозяйственного значения.
Поступление поверхностного стока с содержанием вредного вещества, превышающего ПДКр/х в жидком стоке или стоке наносов, является основанием для исчисления ущерба.
По косвенным показателям масса загрязняющих веществ, попавших в водный объект с поверхностным стоком, определяется расчетными (косвенными) методами так же, как и по натурным исследованиям по формуле (2):
Мобщст.1 - (Мжидк.ст.1 + Мтв.ст.1) > (2)
где Мобщст; - общая масса загрязняющих веществ, поступивших в ПВО с диффузным стоком, т;
Мжидкстл и Мтв.ст.1 - масса /-го загрязняющего вещества, поступившего с диффузным стоком, соответственно с жидкой и твердой фазами, т.
При необходимости выражения массы вредных веществ Мобщст1 в т/га, по формуле (3):
Мобщст.1 - (Мжидкст.1 + Мтв.ст.1 )/£ • (3)
При необходимости определения Мо5ШгСт1, поступившего с части водосбора
(наличие нескольких землепользователей), и разграничения ответственности землепользователей, поступление ЗВ определя-
Мжидк.ст.1 - (Сг, ■ / + С, ■ ^
ют с площади сельхозугодий землепользователя на водосборе (т) по формуле (4):
Мобщст.1 - (Мжидк.ст.1 + Мтв.ст.1 ) • £ , (4)
где £ - площадь сельскохозяйственного водосбора или части водосбора землепользователя, га.
Масса /-го ЗВ в жидком стоке, поступившего с водосбора, на котором располагается один землепользователь, определяется в тоннах, по формуле (5):
^„1 - Cgl•Qg -10б. (5)
Масса /-го ЗВ в жидком стоке, поступившего с водосбора, на котором располагаются сельхозугодия нескольких землепользователей, определяется на единицу площади водосбора по формуле (6):
/ £ + Смел ^мет / ^мел )-10б, (6)
где ■ - масса /-го ЗВ в жидком сто-
жидк. 01.1
ке, т/га;
С ■, Сй, Смел - концентрация /-го загрязняющего вещества в стоке дождевых (ливневых), талых и ирригационных вод, поступивших с части водосбора (сельхозугодия одного землепользователя), мг/дм3; Qg, Qt,, Qмeл - объем стока дождевых
(ливневых), талых вод, поступивших с части водосбора, в мм или м /га, (1 мм стока при пересчете на 1 га равен 10 м /га);
£ , £, £мел - соответственно, площадь сельхозугодий землепользователей, га;
10б - коэффициент пересчета массы загрязняющих веществ в жидком стоке из мг/дм3 в т/м3.
Объем стока дождевых вод Объем стока дождевых (ливневых) вод с водосбора (или части водосбора
£„, £ и £ „) по косвенным показателям
g “ t мел у
предлагается определять по формуле [2]
(7):
Qд - 2,5 • Нд • Кд • К^ Кt, (7)
где 2,5 - коэффициент;
Нд - слой осадков за теплый период
(апрель-октябрь) со средними температурами выше 0 °С или за более короткий расчетный период определяется по данным метеорологических наблюдений ближайшей метеостанции, мм;
К - коэффициент, учитывающий
объем стока дождевых вод в зависимости от интенсивности дождя для данной местности продолжительностью 20 минут при периоде однократного превышения расчетной интенсивности дождя, равном 1 году (д20), определяется по данным таблицы 1.
Таблица 1
Коэффициент, учитывающий объем стока дождевых вод
4.20 20 30 40 50 60 70 80 90 100 120
К 4 0,96 0,91 0,87 0,82 0,78 0,75 0,71 0,68 0,65 0,60
Квн - коэффициент, учитывающий интенсивность формирования дождевого стока с учетом удельного веса (в процентах) водонепроницаемых поверхностей
( Пвн ) на площади территории (водосбора) хозяйствующего субъекта, определяется по данным таблицы 2.
Таблица 2
Коэффициент Квн, учитывающий интенсивность формирования дождевого стока
ПВН , % 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
К ВН 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2
К - коэффициент, учитывающий
принимаемое к расчету вреда время сброса вредных (загрязняющих) веществ по отношению к продолжительности теплого периода.
Необходимо отметить, что данная формула позволяет определять поступление ЗВ по усредненным показателям с большого водосбора, например для административного района субъекта РФ. В то же время расчеты будут иметь большую погрешность, если мы будем использовать усредненные коэффициенты для конкретного участка водосбора (землепользователя).
Так, усредненный коэффициент 2,5 не может учитывать зональные особенности огромной территории России, влияющие на величину стока. В связи с этим нами проведено обобщение данных, имеющихся в научной литературе, и данных, полученных в результате исследований в 2007-2008 гг. Предлагается включить в эту
формулу новый коэффициент Кзон - коэффициент зональности, вместо усредненного коэффициента 2,5. Он позволяет определить расчетными методами объем стока для территорий России, сгруппированной по зонам с учетом основных факторов, влияющих на диффузный сток и процессы эрозии почвы.
На величину Кзон влияет комплекс
природных показателей. Наиболее существенными из них являются тип почвы с ее водно-физическими свойствами, уклоны поверхности почвы, растительность, агрофон и пр. Оценка различных вариантов районирования территории России по этим показателям позволила определить, что показатели Кзон должны изменяться от 1,05
до 1,45 по зонам России [2]. Данные о распределении коэффициентов по зонам приводятся ниже в таблице 3.
Таблица 3
Коэффициенты зональности, влияющие на объем стока дождевых вод
Показатель Зоны
1 2 3 4
К ЗОН 1,05 1,20 1,30 1,45
Показатель Нд - слой осадков за
теплый период для расчета размеров диффузного стока и поступления ЗВ в ПВО может быть использован для определения усредненного стока за теплый период года, т.е. определения укрупненных показателей. В то же время, когда мы говорим о необходимости исчисления ущерба от поступле-
ния ЗВ с диффузным стоком, в основном мы имеем в виду, что это разовое поступление ЗВ в ПВО в конкретном случае. То есть это единичный случай, например, совпадает с периодом выпадения эрозионно опасного количества дождевых осадков.
Для примера. С вероятностью 10% обеспеченности, в Ростовской области
(метеостанция, г. Зерноград, ряд за 49 лет) наблюдается в среднем за год 3-4 случая выпадения эрозионно опасного количества ливневых осадков в 20 мм и более, вызывающих диффузный сток.
При исчислении ущерба от поступления ЗВ в ПВО с диффузным стоком необходимо проводить расчеты для конкретных величин: периода времени (возможно, это часы или сутки), количества осадков, площади водосбора и конкретного поступления массы /-го ЗВ с диффузным стоком в каждом конкретном случае. Поэтому показатель Нд - слой осадков при расчете
диффузного стока от дождевых вод необходимо принимать не для теплого периода года, а для конкретного случая.
Слой осадков определяется по данным ближайшей метеостанции. Но при удалении метеостанции более 5 км от участка водосбора возможны большие погрешности определения величины слоя осадков из-за удаленности участка и изменения слоя осадков. Особенно это актуально в летние месяцы, когда осадки выпадают не общим фронтом, а из грозовых туч на отдельные участки водосбора. При этом достоверность данных, полученных на метеостанции, в большинстве случаев будет различной, и с удалением от нее будет резко уменьшаться. В этом случае можно определить слой осадков для конкретного участка по разности показателей влажно-
сти почвы, до и после ливневых осадков, по формуле (8):
Р -100• Н• а-(ЖЮн -ЖнаЧ), (8)
где Р - слой осадков, мм;
100 - коэффициент перевода;
Н - слой промачивания, м; а - объемная масса (плотность естественного сложения) слоя промачивания, т/м3;
и Ж„я„ - влажность почвы кокон нач
нечная (после дождя) и начальная (до дождя), определяется для глубины слоя промачивания почвы, в % от массы абсолютно сухой почвы.
При отсутствии данных о ^Тнач рассчитать начальную влажность почвы можно для различных видов культур с использованием биоклиматических коэффициентов водопотребления или по величине испарения на водобалансовых участках [2].
Коэффициент К , учитывающий
объем стока дождевых вод в зависимости от интенсивности дождя для данной местности продолжительностью 20 минут при периоде однократного превышения расчетной интенсивности дождя, равном 1 году (4го). Этот коэффициент определяется по данным таблицы 4.
Таблица 4
Коэффициент, учитывающий объем стока дождевых вод
420 20 30 40 50 60 70 80 90 100 120
К 4 0,96 0,91 0,87 0,82 0,78 0,75 0,71 0,68 0,65 0,60
Но следует отметить, что для получения более достоверных данных необходимо для конкретной местности иметь показатели по количеству и интенсивности осадков за длительный период времени (30-40 лет). По этим данным построить ряды обеспеченности осадками определенной величины, интенсивности и продолжительности, и только после этого можно рассчитать достоверное значение коэффициента к .
Объем стока талых вод Объем стока талых вод предлагаем определять по формуле (9), которая выглядит следующим образом:
Qт - Нт • КТ-Кв • К, (9)
где ^ - объем стока талых вод с водосбора (участка), м /га;
Нт - слой осадков за холодный период (ноябрь-март) со средними темпера-
турами ниже 0 °С определяется по данным метеорологических наблюдений, мм;
Кг - коэффициент, учитывающий
Кв - коэффициент, учитывающий вывоз снега с территории (водосбора) хозяйствующего субъекта (при отсутствии вывоза снега Кв = 10 и его значение уменьшается при вывозе снега пропорционально объему вывоза), для сельхозугодий принимается равным 1,0;
К - коэффициент, учитывающий
принимаемое к расчету размера вреда время сброса вредных (загрязняющих) веществ по отношению к продолжительности периода стока талых вод по зонам.
В качестве комментария к разработанной методике по определению объема стока талых вод можно отметить, что слой осадков (#т) за холодный период (ноябрь-март) со средними температурами ниже 0 °С определяется по данным метеорологических наблюдений ближайшей метеостанции. Этот показатель может изменяться в зависимости от экспозиции склона водосбора, наличия ветроударных воздушных коридоров, возделываемых культур и состояния почвы (уплотненная или рыхлая пашня), наличия лесомелиоративных полос и пр.
Однако исследования показывают, что осадки в осенний и зимний периоды выпадают сплошным фронтом, поэтому снежный покров за холодный период года создается более-менее равномерным по всей территории водосбора, и сток талой воды, накопленной в снеге, так же может быть равномерным при одинаковых условиях (уклоны, почвы и пр. факторы).
Эти обстоятельства позволяют использовать этот показатель для расчета
объем стока талых вод в зависимости от условий снеготаяния, определяется по данным таблицы 5.
Таблица 5
стока талых вод, но при этом обязательно учитывать внешние факторы, влияющие на интенсивность таяния снега и величину стока.
Кг - коэффициент, учитывающий объем стока талых вод в зависимости от условий снеготаяния, определяется по укрупненным показателям, которые можно использовать для прогноза стока талых вод с больших территорий, однако для конкретного водосбора или части водосбора применение этих коэффициентов по рекомендуемым зонам даст большую погрешность.
Более достоверные данные возможного объема стока талых вод можно получить по конкретным натурным наблюдениям для данного водосбора. Выпадение осадков в холодный период и, главное, данные о запасах воды в снеге перед активным снеготаянием можно получить на ближайшей метеостанции. Уклоны поверхности, типы почвы, состояние водосбора и прочие устанавливаются по проектам землеустройства и другим документам или натурными наблюдениями.
Применение разработанной методики позволяет определить массу загрязняющего вещества, поступившего в поверхностные водные объекты, рассчитать ущерб от поверхностного стока для водосбора в целом или отдельного участка землепользователя и для разграничения ответственности в случае нанесения такого ущерба несколькими землепользователями, находящимися на одном водосборе.
Коэффициент, учитывающий объем стока талых вод
Зоны по условиям весеннего стока талых вод 1 2 3 4
Значение коэффициента Кг 0,47 0,56 0,69 0,77
Литература
1. Приказ МПР РФ от 30 марта 2007 г. № 71 «Об утверждении Методики исчисления размера вреда, причиненного водным объектам вследствие нарушения водного законодательства». - Москва, 2007. - 25 с.
2. Методические указания по определению ущерба, наносимого поверхностным водным объектам поверхностным стоком. - Москва: ФГНУ ЦНТИ «Мелиоводинформ», 2009. - 77 с.
Сведения об авторах
Балакай Георгий Трифонович - д-р с.-х. наук, профессор Российского научноисследовательского института проблем мелиорации, заместитель директора по науке, заведующий отделом освоения и использования орошаемых земель (г. Новочеркасск).
Тел. 8(8635) 26-65-00, 8-903-402-47-80. E-mail: [email protected]
Докучаева Лидия Михайловна - канд. с.-х. наук Российского научно-исследовательского института проблем мелиорации, ведущий научный сотрудник отдела освоения и использования орошаемых земель (г. Новочеркасск). Тел. 8(8635) 26-65-00, 8-950-862-17-28. E-mail: [email protected]
Балакай Наталья Ивановна - канд. с.-х. наук Российского научно-исследовательского института проблем мелиорации, старший научный сотрудник отдела освоения и использования орошаемых земель (г. Новочеркасск). Тел. 8(8635) 26-65-00, 8-905-426-78-31. E-mail: [email protected]
Юркова Рита Евгеньевна - канд. с.-х. наук Российского научно-исследовательского института проблем мелиорации, старший научный сотрудник отдела освоения и использования орошаемых земель (г. Новочеркасск). Тел. 8(8635) 26-65-00, 8-904-347-98-28. E-mail: [email protected]
Information about the authors
Balakay Georgiy Trifonovich - Doctor of Agricultural Sciences of professor of Russian Research Institute of Melioration Problems, deputy manager of science, head of the department of irrigated lands’ development and application (Novocherkassk). Phone: 8 (8635) 26-65-00, 8-903-402-47-80. E-mail: [email protected]
Dokuchaeva Lidia Mikhailovna - Candidate of Agricultural Sciences of Russian Research Institute of Melioration Problems, leading research assistant of department of irrigated lands’ development and application (Novocherkassk). Phone: 8 (8635) 26-65-00, 8-950-862-17-28.
E-mail: [email protected]
Balakay Natalia Ivanovna - Candidate of Agricultural Sciences of Russian Research Institute of Melioration Problems, senior research assistant of department of irrigated lands’ development and application (Novocherkassk). Phone: 8 (8635) 26-65-00, 8-905-426-78-31.
E-mail: [email protected]
Yurkova Rita Evgenievna - Candidate of Agricultural Sciences of Russian Research Institute of Melioration Problems, senior researcher of department of irrigated lands’ development and application (Novocherkassk). Phone: 8 (8635) 26-65-00, 8-904-347-98-28.
E-mail: [email protected]
