CC BY
114
УДК 556.53:504.4.054
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЕРЕНОСА ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ ПО РЕКЕ СЕЛЕНГЕ НА ТЕРРИТОРИИ МОНГОЛИИ И РОССИИ*
© 2014 г. Э.М. Зомонова, Б.О. Гомбоев, А.Б. Зандакова
Байкальский институт природопользования Сибирского отделения Российской академии наук, Республика Бурятия, г. Улан-Удэ
Ключевые слова: трансграничный перенос загрязняющих веществ, моделирование массотока загрязняющих веществ вдоль речного русла.
Представлено моделирование переноса загрязняющих веществ (ЗВ) в бассейне р. Селенги и вклада трансграничного переноса с территории Монголии в общем поступлении ЗВ в оз. Байкал. Расчеты показали, что объем многих загрязняющих веществ, поступивших в оз. Байкал со стоком р. Селенги с территории Монголии, не превышает 30 %. Основная часть объема ЗВ, поступивших в оз. Байкал со стоком р. Селенги, формируется на территории России (Республика Бурятия и Забайкальский край).
Проблема рационального использования и охраны вод оз. Байкал от загрязнения и истощения вызывает закономерный интерес к гидрологическому режиму и гидрохимическому составу рек бассейна. Река Селенга является основным притоком оз. Байкал, ее бассейн занимает 80 % всего водосбора озера, а сток реки - почти 50 % общего притока в озеро. На территории Монголии формируется 46 % годового стока р. Селенги. Площадь водосбора 447,06 тыс. км2, в том числе на территории России 148,06 тыс. км2 (33 %),
* Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ-Сибирь, грант № 12-05-98096 «Научные основы интегрированной модели управления водными ресурсами на Байкальской природной территории».
Э.М. Зомонова
Б.О. Гомбоев
А.Б. Зандакова
на территории Монголии 299 тыс. км2 (64 %). Селенга образуется в результате слияния двух рек Мурэн и Идэр. Длина р. Селенги 1024 км, протяженность на монгольской части 615 км, на российской 409 км. За исток принято считать более водоносную и длинную р. Идэр, расстояние от устья р. Селенги до истока р. Идэр 1453 км. По территории Монголии река течет на восток и северо-восток, после пересечения государственной границы Монголии и России круто поворачивает на север и впадает в оз. Байкал. При впадении в озеро она образует обширную дельту, площадь которой 546 км2 [1].
Бассейн р. Селенги несет большую антропогенную нагрузку. Результаты ежегодно проводимых работ по оценке воздействия на водные ресурсы объектов хозяйственной деятельности, расположенных в бассейнах трансграничных рек (Селенга, Онон) свидетельствуют о продолжающемся загрязнении водосборного бассейна и оз. Байкал недостаточно очищенными сточными водами и промышленными выбросами предприятий промышленности и жилищно-коммунального хозяйства. В 2012 г. общий объем сброса в поверхностные водные объекты бассейна р. Селенги по Монголии составил более 230 000 тыс. м3, по Республики Бурятия - 434 122 тыс. м3. На территории республики Бурятия непосредственно в Селенгу поступает 77 %, а в ее притоки около 12 % от общего количества загрязняющих веществ, сбрасываемых со сточными водами в водные объекты [2].
Для оценки количественной характеристики негативного антропогенного воздействия на поверхностные воды бассейна р. Селенги и оз. Байкал проводили расчет переноса загрязняющих веществ (ЗВ) вдоль речного русла через заданные створы, в том числе приграничные створы для оценки трансграничного переноса ЗВ. В данном исследовании для расчета выноса ЗВ была использована усовершенствованная методика определения выноса (переноса) загрязняющих веществ с речным стоком РД 52.24.748-2010, разработанная специалистами Государственного учреждения «Гидрохимический институт» (ГУ ГХИ) и утвержденная Росгидрометом 11 ноября 2010 г. [3].
Расчет величины выноса (переноса) ЗВ за заданный период осуществляют по формуле
а = су, (1)
где О - величина выноса ЗВ с речным стоком за выделенный характерный период (сезон) в заданном году или многолетии, т; С - рассчитанная по уравнению регрессии средняя концентрация ЗВ, соответствующая условиям среднего расхода речной воды в выделенном характерном периоде (сезоне) за заданный год или многолетие, мг/дм3 (г/м3);
V - водный сток за выделенный расчетный период (сезон) в заданном году или многолетии, млн м3 [3].
Водное хозяйство России № 6, 2014
Водное хозяйство России
Наблюдения за загрязнением поверхностных вод осуществляют согласно ГОСТ 17.1.3 «Правила контроля качества воды водоемов и водотоков». В пробах определяют химический состав воды, содержание загрязняющих веществ органического и неорганического происхождения, биогенных элементов.
Расчет переноса проводили по следующим ЗВ: взвешенные вещества; химическое потребление кислорода (ХПК); биохимическое потребление кислорода (БПК5); азот аммония; азот нитрит-иона; азот нитрат-иона; фенолы; нефть и нефтепродукты; железо общее; медь; цинк; марганец; сульфаты; фториды; хлориды.
Контроль качества воды бассейна р. Селенги ведет Бурятский центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды в государственных гидропостах в 21 створе, а также Центральная лаборатория по мониторингу и метеорологии окружающей среды Монголии в 24 створах, расположенных на территории Монголии. Два из них являются приграничными: в г. Сухбаатар (Монголия) и пос. Наушки (Республика Бурятия).
Анализ качества воды в пос. Наушки и в с. Мурзино показал, что изменение качества воды по разным показателям неравномерно. Ухудшение качества воды вдоль р. Селенги от приграничного до устьевого створов произошло по БПК5 - на 66 %, фенолам - на 44 %, цинку - на 13 %, меди - на 11 %. Кон -центрации ЗВ в створе п. Наушки значительно превышали значения в створе
Таблица 1. Характеристика воды р. Селенги в 2012 г.
Единица измерения пос. Наушки (Республика Бурятия) с. Мурзино (Республика Бурятия) Изменение концентрации
Показатель (ПДК) Пределы концентраций Средняя в створе Пределы концентраций Средняя в створе ЗВ в с. Мурзино и пос. Наушки
Взвешенные вещества мг/дм3 2,1-138 35,59 2,5-95,4 37,92 1,07
Растворенный кислород (4,0-6,0) мг/дм3 6,74-11,9 9,64 7,8-12,6 9,91 1,03
ХПК (15,0) мгО/дм3 9,3-26,3 15,42 9,6-24,2 15,82 1,03
БПК5 (2,0) мгО2/дм3 0,57-1,41 1,077 0,71-3,27 1,784 1,66
Азот аммонийный (0,4) мг/дм3 0-0,14 0,044 0-0,04 0,007 0,16
Азот нитритный (0,02) мг/дм3 0-0,004 0,0023 0-0,008 0,0021 0,91
Азот нитратный (9,1) мг/дм3 0,01-0,29 0,106 0-0,29 0,057 0,54
Медь (1,0) мг/дм3 0-6,9 2,81 0,9-8,1 3,11 1,11
Фенолы (0,001) мг/дм3 0-0,002 0,0009 0-0,002 0,0013 1,44
Нефтепродукты (0,05) мг/дм3 0-0,06 0,02 0-0,02 0,008 0,40
Железо (0,1) мг/дм3 0,08-2,13 0,57 0,11-0,82 0,44 0,77
Цинк (10,0) мкг/дм3 8,1-13,2 11,42 11,3-14,1 12,87 1,13
Водное хозяйство России № 6, 2014
Водное хозяйство России
с. Мурзино по всей азотной группе, нефтепродуктам и железу. В табл. 1 представлена гидрохимическая характеристика воды на приграничном створе в пос. Наушки и на замыкающем створе в с. Мурзино.
Данные по годовому стоку по основным гидропостам Монголии и России в 2012 г. представлены в табл. 2 и рис. 1.
Таблица 2. Годовой сток воды по гидропостам Монголии и России в бассейне р. Селенги за 2012 г., млн м3
Река Пост 2012 Река Пост 2012
Монголия
Бассейн р. Сэлэнга Притоки
Идэр Дзурх 824 Хангал Жаргалант 12
Сэлэнга Тосонцэнгэл 911 Чулуут Ундур-Улаан 254
Сэлэнга Дзунбурен 5140 Делгермурен Мурен 629
Сэлэнга Сухэбатор 8867 Эг Хантай 2172
Орхон Сухэбатор 3849
Российская Федерация (Республика Бурятия)
Бассейн р. Селенги Притоки
Селенга пос. Наушки 7600 Джида пгт Джида 2075
Селенга Новоселенгинск 19 868 Чикой пос. Поворот 10 344
Селенга г. Улан-Удэ 24 305 Хилок с. Хайластуй 3119
Селенга разъезд Мостовой 26 459 Уда г. Улан-Удэ 2154
Селенга с. Кабанск 26 743 Темник улус Улан-Удунга 1028
Куйтунка с. Тарбагатай 11
Рис. 1. Годовой сток р. Селенги в 2012 г.
Водное хозяйство России № 6, 2014
Водное хозяйство России
Около 70 % стока р. Селенги формируется на территории двух субъектов Российской Федерации - Республики Бурятия и Забайкальского края, несмотря на то, что 2/3 бассейна р. Селенги находится на монгольской территории.
Для выявления характера изменений антропогенной нагрузки по данной методике рассчитана величина выноса загрязняющих веществ с водным стоком в период 2008-2012 гг. по створам реки, где проводили систематические гидрохимические наблюдения по вышеприведенным загрязняющим веществам. Приведем пример расчета переноса по БПК5 (табл. 3, рис. 2, 3).
Общий привнос БПК5 в оз. Байкал в 2012 г. составил 47,7 тыс. т. В целом с 2008 по 2012 гг. увеличение общего объема выноса БПК5 в устье р. Селенги составило 54 %. Расчеты показали, что объемы выноса БПК5 в замыкающем створе в с. Мурзино превышают значения в приграничном створе в пос. На-ушки в 4-6 раз. Это объясняется тем, что большая часть БПК5 попадает в р. Селенгу с притоками Чикой, Джида и Уда, расположенными в российской части бассейна, в том числе со сточными водами Улан-Удэнского и Гусино-озерского промышленных узлов. Расчет переноса показал, что основной вынос БПК5 в реку осуществляется на российской части бассейна.
Согласно расчетам, в период 2008-2012 гг. со стоком р. Селенги в среднем ежегодно в оз. Байкал поступало взвешенных веществ 653 тыс. т., ХПК 310 тыс. т, БПК5 36 тыс. т, нефтепродуктов 0,4 тыс. т, фенолов 17 т, СПАВ 0,21 тыс. т, соединений меди 52 т, цинка 328 т. Почти по всему перечню загрязняющих веществ наблюдалось увеличение объемов, за исключением азотной группы и нефтепродуктов (табл. 4).
В данном исследовании моделирование переноса ЗВ в бассейне р. Селенги проведено с помощью модели массотоков, разработанной группой красноярских ученых для задач автоматизированных систем контроля водоохранных мероприятий АСКВод «Енисей» и воплощенных в программном комплексе «ГХМодель» [4].
В модели представлена струйная теория объединения водотоков в реке. В ее основе лежит гидролого-гидравлическая модель водотоков (водохозяйственный баланс). На основе данного водохозяйственного баланса и гидрохимической информационной базы строится потоковая модель переноса ЗВ (балансы массотоков по ингредиентам). Таким образом, в рамках данного подхода создаются две модели: объединения струй воды (гидролого-гидравлическая) и объединения массотоков ЗВ (гидрохимическая) [4].
Моделирование гидрологической части проводят в пространственном распределении объемов водного потока р. Селенги от истока к устью. Для этого р. Селенга со всеми ее притоками моделируется графом, вершинами которого служат створы реки с гидропостами. Данные о расходах воды, получаемые на гидропостах, служат исходными для моделирования водохозяйственного баланса в речной системе.
Водное хозяйство России № 6, 2014
Водное хозяйство России
Страна Река Пост 2008 2009 2010 2011 2012 2012/2008
Монголия Сэлэнгэ Сухбаатар XII 17,64 15,99 18,72 15,84 15,87 0,90
Россия Селенга пос. Наушки 7,51 7,40 7,49 8,05 8,18 1,09
Россия Селенга пос. Новоселенгинск 24,71 20,22 26,28 29,18 35,59 1,44
Россия Селенга г. Улан-Удэ, 2 км выше города 25,03 38,12 29,84 24,94 37,98 1,52
Россия Селенга 1 км ниже г. Улан-Удэ, 3 км выше с. Сотниково 32,71 30,68 34,21 27,90 41,41 1,27
Россия Селенга 3,7 км ниже разъезда Мостовой 41,60 31,53 34,69 24,00 42,53 1,02
Россия Селенга с. Кабанск, 23,5 км выше с. Кабанск, 4,3 км выше впадения р. Вилюйка 32,82 33,73 51,81 24,51 48,40 1,47
Россия Селенга с. Кабанск, 19,7 км выше с. Кабанск, 0,5 км ниже впадения р. Вилюйка 32,70 36,58 36,92 30,08 43,76 1,34
Россия Селенга с. Кабанск, 0,5 км ниже с. Кабанск 32,35 31,76 43,90 23,52 49,03 1,52
Россия Селенга с. Мурзино, 4 км ниже села 30,97 35,79 40,17 26,33 47,72 1,54
Притоки
Монголия Дэлгэр мурэн Мурэн 0,69 1,15 1,37 1,06 1,52
Россия Модонкуль г. Закаменск, 2 км выше города н/д н/д 0,01 0,05 0,04 н/д
Россия Модонкуль г. Закаменск, 1 км ниже сброса сточных вод ГОС 0,00 0,00 0,01 0,04 0,07 н/д
Россия Джида с. Хамней, 4 км выше села 0,00 0,00 1,24 1,94 1,26 н/д
Россия Джида ст. Джида 3,5 км к юго-западу от станции 5,79 4,12 1,28 3,13 3,74 0,65
Россия Темник улус Улан-Удунга, 1 км к ЮЗ от улуса 0,94 2,10 2,13 1,62 1,69 1,79
Россия Чикой с. Чикой, 1 км выше Чиккожзавода 5,11 6,90 7,22 4,69 10,37 2,03
Россия Чикой с. Поворот, 0,5 км выше села 7,13 7,25 10,41 9,39 20,58 2,89
Россия Хилок заимка Хайластуй, на уровне заимки 2,99 2,51 4,18 3,04 5,88 1,96
Россия р. Куй-тунка с. Тарбагатай, 0,2 км выше села 0,03 0,02 0,03
Россия р. Брянка ст. Заиграево, 0,2 км выше станции н/д н/д 0,31 0,13 0,18 н/д
Россия р. Уда г. Улан-Удэ, 1,0 км выше города 4,75 2,15 2,49 1,40 3,21 0,68
Россия р. Уда в черте города Улан-Удэ 4,72 1,92 2,34 1,51 3,20 0,68
Примечание: н/д - нет данных.
60
50
40
н 30 .с
ты20
10 0
пос. Наушки
пос. Новоселенгинск
с. Мурзино, 4 км ниже села
2008
2009
2010 Годы
2011
2012
Рис. 3. Динамика выноса БПК5 в бассейне р. Селенги по основным створам в 2008-2012 гг., тыс. т.
Водное хозяйство России
Таблица 4. Суммарное количество нормируемых веществ, поступивших в оз. Байкал со стоком р. Селенги
Загрязняющие вещества Единицы измерения 2008 2009 2010 2011 2012 2012/2008
Взвешенные вещества тыс т 505,84 650,59 527,99 568,39 1014,14 2,00
ХПК тыс т 250,93 300,01 334,31 241,91 423,13 1,69
бпк5 тыс т 30,97 35,79 40,17 26,33 47,72 1,54
Азот аммонийный тыс т 0,89 0,34 0,44 0,22 0,18 0,20
Азот нитритный тыс т 0,0598 0,0389 0,1725 0,0609 0,0565 0,94
Азот нитратный тыс т 3,04 0,73 2,03 0,57 1,52 0,50
Медь т 54,09 53,00 52,84 19,57 83,20 1,54
Фенолы т 8,87 12,16 15,48 14,77 35,66 4,02
Нефтепродукты т 598,50 461,93 530,65 350,86 208,00 0,35
Железо общее тыс т 8,88 12,96 9,03 7,13 11,65 1,31
Цинк т 289,27 504,20 319,05 182,81 344,09 1,19
Сульфаты тыс т 190,09 255,36 280,08 254,71 212,73 1,12
Хлориды тыс т 35,79 48,08 52,73 47,96 40,05 1,12
СПАВ тыс т 0,15 0,20 0,22 0,20 0,17 1,13
Фосфор фосфатов тыс т 0,11 0,15 0,17 0,15 0,13 1,18
Водохозяйственный баланс - это модель упорядоченного изменения расходов воды в живых сечениях водотока по мере перемещения воды от истока к устью реки. В общем виде водохозяйственный баланс описывается уравнением
&=а +1 +1 т, -1 ^, (2)
где а, - годовой сток воды в 7-й вершине (створе);
- годовой сток к-го притока, поступающего на участке реки между (7 - 1)-й и 7-й вершинами;
- годовые сбросы 1-го предприятия на участке реки между (7 - 1)-й и 7-й вершинами;
2тт - забор воды т-ми предприятиями на участке реки между (7 - 1)-й и 7-й вершинами.
Вершина графа обозначает створ реки, куда вода поступает из предыдущей вершины, а также притоков и сточных вод предприятий. Уменьшение объема воды происходит за счет забора воды предприятиями. Таким образом, водоток представляет сумму частей истоковых и присоединенных расходов воды за вычетом расходов изъятия [4].
Водное хозяйство России
В табл. 5 приведен водохозяйственный баланс стока р. Селенги за 2012 г. Набор строк в соответствии с перечнем створов составляет таблицу водохозяйственных характеристик створов. При перемещении воды от створа к створу в реке расход воды возрастает в каждой группе (статье баланса). Итоговая таблица содержит девять числовых колонок, которые являются статьями баланса.
Статьи с первой по шестую являются приходной частью баланса. Седьмая и восьмая представляют расходную часть баланса. Первая статья отражает годовой сток в истоке и по притокам, по которым они известны; третья - попутную приточность воды, включающей притоки с неизвестными стоками воды; пятая статья - сточные воды, сбрасываемые водопотребителями; седьмая - забор воды, отбираемый предприятиями из реки для использования за пределами водотока; девятая - суммарный накопленный расход воды в реке по створу [4].
В таблицу баланса добавили столбец, содержащий коэффициент антропогенной доли сточных вод в расходе воды в реке
К — ^ 1=10 2
^ - -0СЗГ-
(3)
где 0 (2)г- - расход внедренной струи сточных вод номер I, м3/с;
0 (3)к - расход воды в реке в створе к, м3/с, и три столбца коэффициентов остатка, которые заполняются после выполнения гидравлических расчетов. Коэффициенты выбираются из таблицы по условиям:
— ак-1 и Й500— «к:
(4)
где ак-1 - коэффициент предельного фонового остатка струи в створе (к - 1), расположенном выше створа к на удалении X;
ак - коэффициент предельного фонового остатка струи в створе, расположенном на 500 м ниже створа к по течению реки [4]. Также был проведен гидравлический расчет основного русла (табл. 6). Коэффициент Шези рассчитывается по Павловскому. Ширина водотока определяется из выражения
. = ю
В -
НУ :
где ^ 0 _ полный расход воды в створе, м3/с; Н - средняя глубина, м; У - средняя скорость течения, м/с. Глубина воды определяется по [5]
кСр - 0,22/0.
(5)
(6)
Водное хозяйство России № 6, 201 4
Водное хоз яйство России
к и о ^ *
39 34 41
7852
^о^то
а0
о н д О
39 34 41
066 593
839084 034040
о^т^ошо
Сл^нООЮОО
785230
^о^то^о
82 21
д 5
о ^ а 2
87799
с?с?с?сГс?
о
и в-
м
о г га
3724 5096 4779
^ ^ ^
о" ^ ю ^
335888
655 444 777
|>7 С^ С^ |>7 С^ ^ ^ ^
оо~ оо~ оо~ ^ ^ с^ с^ о"
4444444444
,2 6
°°„<Ч<Ч0
33333
477
3333 444
ит е
с & & к
со н
,2
,7 7,
2
2 а
С. .р
а к окт
ИФ I
ЕГ О
999999999966660000
§|Ц
ти
а
а Не !
* а ГС 1=
5007998888666 47788899976 6 6
^^^тттчоююоос^оооо
8993333333
344000000
7779999999
225 862
2
72
5 9 8 8 0 9 4
9 7 50 90 11 31 ^о^оооооо 21
8
К 2 ^ £ Д X « О
Л Он & С Л Л С Он
к ,5 аК з39. р 21 с
Водное хозяйство России № 6, 2014
Водное хозяйство России
о
03
о
о о о
Створ Расстояние между створами Уклон поверхностного водотока Коэффициент шероховатости Расход воды в струе, м3/с Расход сточных вод, м3/с Коэффициент Шези 0,5/с Ширина водотока Дм Глубина водотока Н, м Скорость течения К м Падение по уклону, м
1. р. Идэр 73 0,00066 0,036 26,10 0 28,90 28,52 1,15 0,80 48,18
2. р. Морон 12 0,00066 0,036 46,00 0 31,33 30,32 1,53 0,99 7,92
3. р. Чулуут 27 0,00066 0,036 54,10 0 32,06 30,85 1,65 1,06 17,82
4. пос. Тосонцэнгэл 245 0,00066 0,036 56,80 0 32,28 31,01 1,70 1,08 161,7
5. р. Эг 54 0,00066 0,024 125,70 0 51,66 23,64 2,52 2,11 35,64
6. р. Хангал 192 0,00066 0,024 126,08 0 51,68 23,65 2,53 2,11 126,72
7. пос. Дзунбурэн 29 0,00057 0,024 157,98 0 53,05 26,23 2,83 2,13 16,53
8. р. Орхон 1 0,00057 0,024 260,98 0 56,24 28,05 3,63 2,56 0,57
9. г. Сухбаатар 74 0,00057 0,024 260,98 0 56,24 28,05 3,63 2,56 42,18
10. пос. Наупжи 56 0,00045 0,024 260,98 0 56,24 31,57 3,63 2,27 25,2
11. р. Джида 20 0,00045 0,024 318,18 0,0350 57,55 32,42 4,01 2,45 9
12. р. Темник 41 0,00045 0,024 346,50 0 58,12 32,79 4,19 2,52 18,45
13. р. Чикой 12 0,00045 0,024 631,42 0 62,32 35,53 5,65 3,14 5,4
14. пос. Новоселенгинск 31 0,00032 0,024 630,86 12,4050 62,31 42,13 5,65 2,65 9,92
15. р. Хилок 34 0,00032 0,024 729,76 0 63,38 42,96 6,08 2,80 10,88
16. р. Кутунка 52 0,00021 0,024 730,11 0 63,38 53,03 6,08 2,26 10,92
17. 2 км выше г. Улан-Удэ 2 0,00021 0,024 770,41 0 63,78 53,41 6,25 2,31 0,42
18. р. Уда 2 0,00021 0,024 838,71 0 64,41 54,02 6,52 2,38 0,42
19. 1 км ниже г. Улан-Удэ 25 0,00021 0,024 839,50 0,8780 64,42 54,03 6,52 2,38 5,25
20. рзд Мостовой 60 0,00021 0,024 839,50 0 64,42 54,03 6,52 2,38 12,6
21. 23 км выше с. Кабанск 3,8 0,00015 0,024 848,50 0,0440 64,50 64,02 6,55 2,02 0,57
22. 19,5 км выше с. Кабанск 20,2 0,00015 0,024 848,54 0,0410 64,50 64,02 6,55 2,02 3,03
23. с. Кабанск 18 0,00010 0,024 848,50 0 64,50 78,41 6,55 1,65 1,8
24. с. Мурзино 25 0,00010 0,024 848,50 0 64,50 78,41 6,55 1,65 2,5
к I
г а: о
Ой
а Ь] О
г
Сй к
Ь] £
а: О/
а §
Ой
а
Рис. 4. Годовой сток р. Селенги (створа) от истока до устья по гидропостам на территории Монголии и России.
Суммарный расход считывается из графы «Расход воды в реке». Скорость течения рассчитывается по формуле
V = С^Н7, (7)
где С - коэффициент Шези; Н - средняя глубина; 7 - уклон [4].
На основе 9 статьи табл. 5 построен график годового стока р. Селенги от истока (р. Идэр) до устья в 2012 г. (рис. 4).
Гидрохимическая (материальная) часть модели выражена потоками вещества в речном водотоке. Баланс массотоков по сути является водохозяйственным балансом, в котором каждый расход воды умножен на соответствующую концентрацию из базы данных. Как и водохозяйственный баланс, баланс массотоков описывается следующим уравнением:
О = О- + X А +1 рра - I тО2ы, (8)
где О7 - перенос ЗВ в 7-й вершине (створе);
ОЯ7к - привнос ЗВ с к-м притоком, поступающего на участке реки между (7 - 1)-й и 7-й вершинами;
ОРц - годовые сбросы ЗВ 1-го предприятия на участке реки между (7 - 1)-й и 7-й вершинами;
ОХ7т - забор ЗВ с водой т-ми предприятиями на участке реки между (7 - 1)-й и 7-й вершинами.
Водное хозяйство России № 6, 2014
Водное хозяйство России
В гидрохимической части модели расчет проведен за 2012 г. по всем основным химическим веществам - загрязнителям р. Селенги: БПК5, ХПК, азоту аммония, азоту нитритному, азоту нитратному, фосфору фосфатов, нефтепродуктам, фенолу, СПАВу, меди, железу, цинку. В табл. 7 приведен расчет перемещения массотока БПК5 по створам и поступление его в р. Селенгу.
На рис. 5 показан график переноса БПК5 по створам р. Селенги и основные пути поступления его в реку. На графике видно, что поступление объема БПК5 с монгольского участка реки значительно меньше, чем в устье р. Селенги. Основным источником привноса БПК5 в створ р. Селенги является р. Чикой, откуда поступило 17,8 тыс. т, в то время как с монгольской части реки в 2,4 раза меньше (7,5 тыс. т). Также значительный вклад в загрязнение вносит р. Хилок. В 2012 г. с ее водами в р. Селенгу поступило 5,8 тыс. т БПК5. В этом же году с реками Джида и Уда в Селенгу внесено по 3,2 тыс. т. Главным источником антропогенного воздействия является Селенгинский промышленный узел, с территории которого в Селенгу поступило 4,7 тыс. т БПК5. По результатам модельных расчетов в оз. Байкал (гидропост в устье р. Селенги - с. Мурзино) в 2012 г. поступило 46 тыс. т этого загрязняющего вещества.
Объем БПК5 (расчет), т Объем БПК5 в сточных водах, т - Объем БПК5 (факт) -Доля внедрения потоков, %
Рис. 5. Перенос БПК5 по гидропостам на территории России.
Водное хозяйство России
Створ Поток в притоке Итог притоков Поток попутных Итог попутных Поток внедрения Итог внедрения Изъятие потока Итог изъятия Всего в створе Средний фон Плотность в створе Доля внедрения потоков Фон в струе
Ст. 1 Ст. 2 Ст. 3 Ст. 4 Ст. 5 Ст. 6 Ст. 7 Ст. 8 Ст. 9 мг/л мг/л % мг/л
10 по с. Наушки 7543,8 7543,8 0 0 0 0 0 0 7543,8 0,92 1,54 0,00 0,92
11. р. Джида 3216,516 10 760,32 0 0 27,684 27,684 0 0 10788 1,08 2,41 0,26 1,21
12 р. Темник 1466,85 12 227,17 0 0 0 27,684 0 0 12 254,85 1,12 2,23 0,23 1,17
13 р. Чикой 17810,5 30 037,67 0 0 0 27,684 0 0 30 065,35 1,51 2,85 0,09 1,73
14 пос. Новосе-ленгинск 0 30 037,67 0 0 4694,4 4722,084 731,573 731,573 34 028,18 1,71 12,96 13,88 1,92
15 р. Хилок 5772,306 35 809,97 0 0 122,604 4844,688 0 731,573 39 923,09 1,74 2,77 12,14 1,76
16 р. Кутунка 25,19 35 835,16 0 0 0 4844,688 0 731,573 39 948,28 1,74 3,16 12,13 1,74
17 2 км выше г. Улан-Удэ 0 35 835,16 2038,92 2038,92 0 4844,688 9,672 741,245 41 977,53 1,73 1,73 11,54 1,73
18 р. Уда 3187,692 39 022,85 0 2038,92 0,228 4844,916 0 741,245 45 165,45 1,71 2,32 10,73 1,69
19 1 км ниже г. Улан-Удэ 0 39 022,85 0 2038,92 332,4 5177,316 4,396 745,641 45 493,45 1,72 12,87 11,38 1,73
20 разъезд Мостовой 0 39 022,85 0 2038,92 0 5177,316 0,322 745,963 45 493,13 1,72 1,72 11,38 1,72
21 23 км выше с. Кабанск 0 39 022,85 514,04 2552,96 16,8 5194,116 2,172 748,135 46 021,8 1,72 12,86 11,29 1,72
22 19,5 км выше с. Кабанск 0 39 022,85 0 2552,96 15,6 5209,716 0 748,135 46 037,4 1,72 12,86 11,32 1,72
23 с. Кабанск 0 39 022,85 0 2552,96 0 5209,716 2,562 750,697 46 034,83 1,72 1,72 11,32 1,72
24 с. Мурзино 0 39 022,85 0 2552,96 0 5209,716 0 750,697 46 034,83 1,72 1,72 11,32 1,72
Сравнение данных моделирования и данных, рассчитанных ранее по методике РД 52.24.748-2010, показало, что они в значительной степени совпадают. По результатам моделирования переноса загрязняющих веществ со стоком р. Селенги была проведена оценка объема поступления ЗВ с территории монгольской части бассейна.
На основе расчета переноса химических веществ по р. Селенге можно сделать следующие выводы. С территории монгольской части бассейна реки поступает около 30 % общего стока, 70 % общего стока р. Селенги формируется на территории России. Соответственно и вынос химических веществ в р. Селенгу происходит преимущественно на территории России. В 2012 г. в приграничном створе реки в пос. Наушки было зафиксировано около 7 млрд м3 годового стока, а в створе в устье реки (с. Мурзино) 23,9 млрд м3. Крупными притоками р. Селенги являются реки Чикой (9 млрд м3), Хилок (3,1 млрд м3), Орхон (3,1 млрд м3), Уда (2,1 млрд м3), Эг (2,1 млрд м3), Джида (1,8 млрд м3).
Основная доля привноса загрязняющих веществ в р. Селенгу приходится на территорию российской части бассейна. Поступление с территории Монголии от общей массы ЗВ, поступивших в оз. Байкал, составило: по азоту аммония 50 %; нефтепродуктам 39 %; меди 34 %; железу 32 %; фосфору фосфатов 32 %; азоту нитритному 10,4 %; азоту нитратному 14,4 %; БПК5 16,4 % (табл. 8).
Таблица 8. Структура поступления загрязняющих веществ в р. Селенгу и оз. Байкал в 2012 г
Загрязняющее вещество Поступление ЗВ с территории Монголии (пос. Наушки) Поступление ЗВ на территории России с притоками и сточными водами предприятий Поступление ЗВ со стоком р. Селенги в оз. Байкал (с. Мурзино)
т % т % т %
бпк5 7544 16,4 38 491 83,6 46 035 100
ХПК 107 709 25,0 323 970 75,0 431 679 100
Азот аммония 307 50,1 306 49,9 613 100
Азот нитритный 16 10,4 138 89,6 154 100
Азот нитратный 740 14,4 4383 85,6 5123 100
Фосфор фосфатов 98 31,9 209 68,1 307 100
Нефтепродукты 140 39,0 219 61,0 359 100
Фенолы 6,3 21,3 23,3 78,7 29,6 100
Медь 19,6 33,8 38,4 66,2 58 100
Железо 3981 31,8 8547 68,2 12 528 100
Марганец 349 27,9 903 72,1 1252 100
Цинк 80 25,7 231 74,3 311 100
СПАВ 70 24,2 219 75,8 289 100
Водное хозяйство России
Наибольший объем загрязняющих веществ в р. Селенгу вносится с притоками Чикой и Хилок. В 2012 г. доля ЗВ, поступивших со стоком реки Чи-кой в Селенгу, а затем в оз. Байкал составила по БПК5 38,7 %; ХПК 37,4 %; нефтепродуктам 20 %; фенолам 39,3 %; меди 36,7 %; железу 37,9 %; марганцу 35,7 %; цинку 36,6 %; СПАВ 31 %. Со стоком р. Хилок в Селенгу внесено 21,6 % СПАВ; 16 % ХПК; 15,9 % железа; 13,6 % фенолов; 13,1 % цинка. Со стоком р. Уды поступило 13,2 % нефтепродуктов и 10,9 % фенолов; со стоком р. Джиды 16 % нефтепродуктов от общего объема поступления ЗВ в оз. Байкал.
Активно загрязняет воды Селенги Улан-Удэнский промышленный узел, расположенный в 152 км от устья реки. Наибольшие объемы сброса загрязняющих веществ со сточными водами производят предприятия жилищно-коммунального хозяйства. ОАО «Водоканал» аккумулирует сточные воды не только жилого комплекса, но и многих промышленных предприятий г. Улан-Удэ. Между тем очистные сооружения предприятия не рассчитаны на очистку промышленных стоков, а износ оборудования достигает 70 %. В 2012 г. ОАО «Водоканал» сбросил в р. Селенгу 116 т азота аммония; 98,4 т азота нитритного; 2886 т азота нитратного; 97,1 т фосфора фосфатного, что составляет 19, 64, 56, 31,6 % соответственно от общего объема загрязняющих веществ, поступившего в оз. Байкал.
Другими крупными загрязнителями являются предприятия жилищно-коммунального комплекса пос. Селенгинска, г. Гусиноозерска и г. Кяхты, а также промышленные предприятия - ОАО «Разрез Тугнуйский» и Гусино-озерская ГРЭС.
По данным проведенного моделирования выявлена прямая зависимость между изменением стока реки (см. рис. 5) и объемами переноса загрязняющих веществ по ее длине, свидетельствующая о том, что либо часть загрязнения имеет природный характер, обусловленный строением бассейна реки на монгольской и российской территориях, либо существуют источники загрязнения, оставленные за границами государственного мониторинга качества вод. Например, сопоставление показателей по загрязнению нефтепродуктами показало, что по данным официальной статистики «2-ТП Водхоз» на территории бассейна р. Селенги предприятиями было сброшено 2,68 т нефти, в то время как по нашим расчетам со стоком р. Селенги в оз. Байкал поступило 140 т нефтепродуктов, из которых половина привнесена с монгольской части территории бассейна. Полученные данные свидетельствуют о необходимости дальнейших исследований причин и источников загрязнения на территории трансграничной р. Селенги, а также решения комплекса проблем, связанных с ухудшением качества байкальских вод.
Водное хозяйство России № 6, 2014
Водное хозяйство России
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Гидрологический режим рек бассейна р. Селенги и методы его расчета / под ред.
В. А. Семенова и Б. Мягмаржаева. Л.: Гидрометеоиздат, 1977. 235 с.
2. Зомонова Э.М. Современное состояние и проблемы управления использованием и охраной
водных ресурсов бассейна р. Селенги // Проблемы теории и практики управления. 2011. № 8. С. 108-117.
3. РД 52.24.748-2010. Руководящий документ. Усовершенствованная методика определе-
ния выноса (переноса) загрязняющих веществ с речным стоком (утв. Росгидрометом 11.11.2010).
4. Знаменский В.А. Модель антропогенной нагрузки на реку и формирования качества воды в
реке // Программные системы: теория и приложения. 2010. № 2. С. 15-38.
5. Знаменский В.А. Предельно допустимый расход массы вещества в сточных водах: метод.
пособие. Красноярск: Центр информации, 2011. 112 с.
Сведения об авторах:
Зомонова Эржени Михайловна, канд. экон. наук, старший научный сотрудник, лаборатория региональных экономических систем, Байкальский институт природопользования СО РАН, Республика Бурятия, 670047, г. Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, д. 8; е-шаД: zomer@mail.ru
Гомбоев Баир Октябрьевич, д-р геогр. наук, главный научный сотрудник, лаборатория региональных экономических систем, Байкальский институт природопользования СО РАН, Республика Бурятия, 670047, г. Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, д. 8; е-шаД: zomer@mail.ru
Зандакова Арюна Баировна, инженер, лаборатория региональных экономических систем, Байкальский институт природопользования СО РАН, Республика Бурятия, 670047, г. Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, д. 8; е^ай: ryushaz@yandex.ru
Водное хозяйство России
