Научная статья на тему 'Опыт применения логгеров для исследования динамики состояния водных объектов, расположенных в зонах активного техногенеза'

Опыт применения логгеров для исследования динамики состояния водных объектов, расположенных в зонах активного техногенеза Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

CC BY
4
2
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
водохранилища / мониторинг / логгеры / уровень воды / внутрисуточные колебания / reservoirs / monitoring / loggers / water level / intra-day fluctuations

Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — А П. Лепихин, А В. Богомолов, Ю С. Ляхин, М А. Опутин, Т Н. Синцова

Актуальность. Практика показывает, что измерение уровней воды, проводящееся государственной службой мониторинга два раза в сутки, недостаточно для достоверного отражения внутрисуточных колебаний уровней воды. Статья посвящена анализу эффективности применения современных приборов мониторинга за гидрологическими и гидрохимическими показателями водных объектов. Показано значимое превосходство логгеров уровней воды над традиционными методами мониторинга. Методы. Проведены полевые работы по установке логгера в районе водозабора АО «Березниковский содовый завод». Выполнен общий анализ данных логгера за 40 дней его непрерывной работы. Прибор записывал значения уровней воды, электропроводности и температуры с дискретностью в 20 мин. Результаты.Выявлены значительные внутрисуточные колебания уровней воды и удельной электропроводности. Сравнение данных наблюдений на гидро-логическом посту Росгидромета и логгера показывает, что прибор достаточно точно отражает динамику изменения уровней воды. Доказано, что на крупных водных объектах, расположенных в зонах активного техногенеза, где возможно формирование слоистых структур, необходимо переходить на автоматические измерения не только показателей качества воды по гидрологическим характеристикам водного объекта, а, в первую очередь, его уровня.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по наукам о Земле и смежным экологическим наукам , автор научной работы — А П. Лепихин, А В. Богомолов, Ю С. Ляхин, М А. Опутин, Т Н. Синцова

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Experience of using loggers to study the dynamics of the state of water bodies located in the zones of active technogenesis

Relevance.Practice shows that measuring water levels twice a day by the state monitoring service is not enough to reliably reflect intra-day fluctuations in water levels. Th e article analyzes the efficiency of using modern devices for monitoring hydrological and hydrochemical parameters of water bodies. A significant superiority of water level loggers over traditional monitoring methods is shown. Methods.Field work was carried out to install a logger in the water intake area of JSC BSZ (Bereznikovsky Soda Plant Joint-Stock Company). A general analysis of the logger data for 40 days of its continuous operation was performed. Th e device recorded the values of water levels, electrical conductivity, and temperature with a resolution of 20 minutes. Results. Significant intra-day fluctuations in water levels and specific electrical conductivity were revealed. Comparison of observation data from the Roshydromet hydrological post and the logger shows that the device accurately reflects the dynamics of water level changes. It has been proven that in large water bodies located in areas of active technogenesis, where the formation of layered structures is possible, it is necessary to switch to automatic measurements of not only water quality indicators based on the hydrological characteristics of the water body, but first of all, its level.

Текст научной работы на тему «Опыт применения логгеров для исследования динамики состояния водных объектов, расположенных в зонах активного техногенеза»

УДК 556.08 https://doi.org/10.35567/19994508-2024-6-81-94

Опыт применения логгеров для исследования

динамики состояния водных объектов, расположенных в зонах активного техногенеза

А.П. Лепихин12 ISI , А.В. Богомолов1 , Ю.С. Ляхин1 (Е , М.А. Опутин1 , Т.Н. Синцова1 (В, А.А. Исахов3 D

ISI [email protected]

1 Горный институт Уральского отделения Российской академии наук, г. Пермь, Россия

2 Российский научно-исследовательский институт комплексного использования и охраны водных ресурсов, Камский филиал, г. Пермь, Россия

3 Казахский национальный университет им. аль-Фараби, Алматы, Республика Казахстан

АННОТАЦИЯ

Актуальность. Практика показывает, что измерение уровней воды, проводящееся государственной службой мониторинга два раза в сутки, недостаточно для достоверного отражения внутрисуточных колебаний уровней воды. Статья посвящена анализу эффективности применения современных приборов мониторинга за гидрологическими и гидрохимическими показателями водных объектов. Показано значимое превосходство логгеров уровней воды над традиционными методами мониторинга. Методы. Проведены полевые работы по установке логгера в районе водозабора АО «Березниковский содовый завод». Выполнен общий анализ данных логгера за 40 дней его непрерывной работы. Прибор записывал значения уровней воды, электропроводности и температуры с дискретностью в 20 мин. Результаты. Выявлены значительные внутрисуточные колебания уровней воды и удельной электропроводности. Сравнение данных наблюдений на гидрологическом посту Росгидромета и логгера показывает, что прибор достаточно точно отражает динамику изменения уровней воды. Доказано, что на крупных водных объектах, расположенных в зонах активного техногенеза, где возможно формирование слоистых структур, необходимо переходить на автоматические измерения не только показателей качества воды по гидрологическим характеристикам водного объекта, а, в первую очередь, его уровня.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: водохранилища, мониторинг, логгеры, уровень воды, внутрисуточные колебания.

Финансирование: Исследование выполнено при финансовой поддержке Правительства Пермского края в рамках научного проекта № С-26/828 и Министерства науки и высшего образования РФ (тема № 121031700169-1) в рамках государственного задания Горного института УрО РАН (рег. номер НИОКТР: 124020500053-6).

Для цитирования: Лепихин А.П., Богомолов А.В., Ляхин Ю.С., Опутин М.А., Синцова Т.Н., Исахов А.А. Опыт применения логгеров для исследования динамики состояния водных объектов, расположенных в зонах активного техногенеза // Водное хозяйство России: проблемы, технологии, управление. 2024. № 6. С. 81-94. https://doi. org/10.35567/19994508-2024-6-81-94.

© Лепихин А.П., Богомолов А.В., Ляхин Ю.С., Опутин М.А., Синцова Т.Н., Исахов А.А. 2024

Experience of using loggers to study the dynamics of the state of water bodies located in the zones of active technogenesis

Anatoly P. Lepikhin12 <E, Andrey V. Bogomolov1 , Yuriy S. Lyakhin1 D, Maksim A. Oputin1 Tatiana N. Sintsova1 IE, Alibek А. Isakhov3 ©

ISI [email protected]

1 Mining Institute, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Perm, Russia 2Russian Information-Analytical and Scientific Research Water Management Center, Kama Branch, Perm, Russia

3Kazakh National University named after al-Farabi, Almaty, Republic of Kazakhstan ABSTRACT

Relevance. Practice shows that measuring water levels twice a day by the state monitoring service is not enough to reliably reflect intra-day fluctuations in water levels. The article analyzes the efficiency of using modern devices for monitoring hydrological and hydrochemical parameters of water bodies. A significant superiority of water level loggers over traditional monitoring methods is shown. Methods. Field work was carried out to install a logger in the water intake area of JSC BSZ (Bereznikovsky Soda Plant Joint-Stock Company). A general analysis of the logger data for 40 days of its continuous operation was performed. The device recorded the values of water levels, electrical conductivity, and temperature with a resolution of 20 minutes. Results. Significant intra-day fluctuations in water levels and specific electrical conductivity were revealed. Comparison of observation data from the Roshydromet hydrological post and the logger shows that the device accurately reflects the dynamics of water level changes. It has been proven that in large water bodies located in areas of active technogenesis, where the formation of layered structures is possible, it is necessary to switch to automatic measurements of not only water quality indicators based on the hydrological characteristics of the water body, but first of all, its level.

Keywords: reservoirs, monitoring, loggers, water level, intra-day fluctuations. For citation: Lepikhin A.P., Bogomolov A.V., Lyakhin Y.S., Oputin M.A., Sintsova T.N., Isakhov A. A. Experience of using loggers to study the dynamics of the state of water bodies located in the zones of active technogenesis. Water Management of Russia: Problems, Technologies, Management. 2024. P. 81-94. https://doi.org/10.35567/19994508-2024-6-81-94.

ВВЕДЕНИЕ

Традиционно считается, что динамика гидрологических, гидрохимических процессов в крупных водных объектах весьма инерционна. Поэтому основное внимание при их исследовании уделяется анализу процессов с частотами их регистрации значительно меньше 1 раза в сутки. Данное положение нашло отражение в стандартных схемах организации наблюдений на гидропостах, где уровни воды измеряются с частотой 1 раза в сутки, а гидрохимические показатели - как правило, меньше 1 раза в месяц, а также в действующих нормативно-методических документах по регламентации отведения сточных вод1, 2.

1 РД 52.24.309-2016. Организация и проведение режимных наблюдений за состоянием и загрязнением поверхностных вод суши, дата введения 2017-04-03.

2 Приказ Минприроды России от 29 декабря 2020 г. №1118 «Об утверждении Методика раз-

работки нормативов допустимых сбросов загрязняющих веществ в водные объекты для водопользователей» (с изменениями на 8 мая 2024 г.).

В то же время в водных объектах, расположенных в зонах активного техногенеза, гидрологические показатели, а также тесно связанные с ними гидрохимические данные, могут изменяться со значительно большими частотами. Эти особенности гидрологического режима фиксировались и обсуждались в большом количестве исследований [1-8]. Трудоемкость их проведения требует, как правило, использования нестандартного оборудования, позволяющего проводить регулярные измерения с большой частотой. Так, эффективная частота измерения V при решении практических задач при заборе воды определяется, исходя из инерционности системы водообеспечения из соотношения объемов забираемой воды (м3) и его расхода q (м3/с):

При этом, как правило, T < 20-30 мин, т. е. v ~ 48-72 раз в сутки. Соответственно, с такой частотой целесообразно осуществлять контроль забираемой воды и анализировать возможные колебания как качества воды, так и гидрологических факторов. Существенный интерес эти колебания представляют для обеспечения устойчивости технического водоснабжения предприятий, в частности, крупного Соликамско-Березниковского промузла, из р. Камы (Камского водохранилища), влияющие на качество забираемой воды [1, 2, 4, 5, 7].

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Для проведения эффективного корректного исследования внутрисуточ-ных колебаний необходимо применять новые технологии регулярных гидрологических наблюдений. Такие возможности открываются при использовании логгеров.

Логгер представляет собой компактный, автономный, автоматический измерительный комплекс, способный накапливать и длительное время хранить получаемую информацию. В гидрогеологии эти приборы нашли широкое применение и стали активно использоваться с начала 2000-х годов [9, 10]. В настоящее время их производство освоено и в нашей стране, соответственно, существенно расширяется практика их применения [11, 12].

В данной работе использован портативный датчик уровня воды - логгер Levelogger Solinst3. Принцип его работы заключается в измерении абсолютного давления (давление воды + атмосферное давление), выраженного в метрах. Датчик представляет собой портативный прибор длиной 208 мм и диаметром 22 мм. Вес прибора не превышает 200 грамм. Прибор позволяет производить одновременно измерение трех параметров: уровня воды, температуры, удельной электропроводности. Показатель электропроводности приводится с учетом термокомпенсации к 25 °С. Прибор позволяет регистрировать и записывать в автоматическом режиме во внутреннюю память показатели с различной частотой - от 1 Гц до 10-6 Гц в течение нескольких лет. Внешний вид прибора представлен на рис. 1.

3 LeveloggeröD 5. Water Level Dataloggers // solinst.com URL: https://www.solinst.com/products/ dataloggers-and-telemetry/3001-levelogger-series/levelogger/.

Рис. 1. Внешний вид логгера Solinst Levelogger 5. Fig. 1. External view of Solinst Levelogger 5 logger.

Рис. 2. Система установки для опускания логгера на дно водоема.

Fig. 2. Image of the installation system for lowering the logger to the bottom of the reservoir

Для установки прибора на дне водного объекта было смонтировано специальное приспособление с системой крепления для прибора и опускания его на тросе (рис. 2). Логгер был размещен в русловой части в районе г. Березники (р. Кама, Камское водохранилище), между двумя техническими водозаборами, в 1,5 км ниже шламохранилища № 2 АО «БСЗ» («Белое море») (рис. 3). При этом гидропост р. Кама - г. Березники располагается на расстоянии 3,8 км выше по течению от места установки логгера. Датчик устанавливали на глубине 12,4 м от поверхности (0,1 м от дна) и настраивали на регистрацию и запись всех показателей с дискретностью (частотой) 1 раз в 20 мин. Наблюдения проводились 40 дней, с 4 сентября по 14 октября 2024 г. Всего было записано 2 870 значений каждого из фиксируемых показателей.

Перед установкой и после подъема прибора выполняли инструментальные измерения отметки уровня воды с помощью двухчастотного GPS/ГЛОНАСС приемника геодезического класса. Сравнение результатов изменения отметок уровня воды показало, что логгер работал корректно.

Для обработки результатов, полученных логгером, необходимы данные наблюдений за изменением атмосферного давления. Следует отметить, что изменение давления атмосферного воздуха влияет на отметки уровня воды до нескольких дециметров. На практике, как правило, используют результаты барологгера, который устанавливается в том же месте, что и логгер, измеряющий уровень воды, либо данные наблюдений на ближайшей метеостанции.

Рис. 3. Расположение объекта исследования.

Fig.3. Location of the research object.

Так как действующая метеостанции находится на расстоянии не более 20 км и на высоте не более, чем на 100 м выше места установки прибора, было принято решение использовать результаты ее наблюдений для корректировки отметок уровня воды. В данной работе использована информация из открытых источников4. Затем осуществлялся перевод атмосферного давления в давление водяного столба. В основе перевода лежит соотношение: p (м вод. ст.) = p (мм рт. ст.) / 73,556, где p (м вод. ст.) - высота столба жидкости, p (мм рт. ст.) - атмосферное давление по данным метеостанции. Такие расчеты выполнялись с заданным временным шагом, равным дискретности записи показаний на логгере. Далее из показаний уровня логгера вычиталась поправка на атмосферное давление.

Определяющим гидрологическим параметром, регистрируемым во время проведения эксперимента, является уровень воды в водохранилище. Исходя из уравнения водного баланса, изменение уровенного режима водохранилища определяется, в первую очередь, разностью величины суммарного притока и сброса.

Проведены простейшие оценки в линейном приближении. Площадь Камского водохранилища при НПУ5 составляет 1,91 *109 м2, соответственно, изменение его уровня воды на Az ~ 10-2 м требует изменения притока или сброса на F Az/T = 1,91'10910-2/0,864-106 = 2,21-102 м/сут. Если среднее суточное превышение притока или сброса будет составлять 1 000 м3/с, то изменение уровня воды должно составить около 5 см. Данные оценки характерны в целом для

4 Расписание погоды. иКЬ:ЬИрБ://гр5.ги

5 Приказ Минприроды России от 7 ноября 2016 г. № 225 «Об утверждении Правил использова-

ния водных ресурсов Камского и Воткинского водохранилищ на р. Каме».

всего водохранилища. На отдельных локальных участках колебания уровня воды определяются большим количеством факторов, их оценки могут быть другими [13]. В связи с этим для рассматриваемого района была рассчитана высота волны нагона для юго-западного направления ветра, который имеет максимальную длину разгона. Расчет производился согласно6. Как показали его результаты, максимальная высота нагонных волн на рассматриваемом участке для характерной скорости ветра может составлять до 0,3 м, что требует значительно более тщательного исследования, которое возможно только при наличии регулярных наблюдений за внутрисуточными колебаниями уровня воды. При этом следует учитывать, что актуальность проведения таких наблюдений определяется возможными негативными последствиями их не учета и игнорирования.

Очевидно, что для большинства водных объектов изменение уровня воды на несколько сантиметров в течение суток не может оказывать каких-то серьезных негативных последствий. Однако для Камского водохранилища в районе Соликамско-Березниковского промузла в теплый период, как показал целый ряд исследований [1, 4, 7, 14], может иметь существенные негативные последствия.

На рис. 4 представлены изменения уровней воды за 40 дней работы логге-ра, точками отмечены уровни воды, измеряемые наблюдателями на гидрологическом посту (г\п) г. Березники. Наибольшая разность между данными г/п и логгера составила 8 см. Как было отмечено выше, данное отличие может возникать в силу действия ветровых явлений и связанных с ними локальных волновых явлений, которые образуются на акватории изучаемого участка водохранилища. Определенное влияние на изменение уровней воды исследуемого участка, расположенного в зоне переменного подпора Камской ГЭС, оказывает суточный режим работы станции, предусматривающий существенное увеличение сбросных расходов в утренние и вечерние часы в рабочие дни. В целом, отметки уровней логгеров с большой точностью совпадают с данными наблюдений Росгидромета.

Следует отметить очень резкие колебания удельной электропроводности воды: значительные внутрисуточные и даже внутричасовые изменения фиксируются логгером (рис. 5). Они вызваны влиянием особенностей механизмов формирования плотностной стратификации водных масс и представляют практический и теоретический интерес для дальнейшего применения новых подходов и технологий при проведении натурных наблюдений рассматриваемых процессов. Так, в течение 20 минут 22 сентября произошел спад с 9 000 мкСм/см до 400 мкСм/см. В другие дни также отмечены большие изменения значений удельной электропроводности воды. Данный показатель тесно связан с содержанием в воде основных макрокомпонентов, поэтому он очень важен для оценки устойчивости действующих систем водоснабжения [2, 3, 4, 7]. При этом простейшее объяснение этого явления, как результата несанкциони-

6 СП 38.13330.2018 «СНиП 2.06.04-82 Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов)».

10T.S WTJ LOT.T VTJt 107.!

a wr.j Ï HWJ в Ю7.1

i Ml

1HI Iflí.T IflM IM.S

—^тмк коц ч te ( полир)

Цвкп Н№1 6Í (1Л1 г. CqiimnJ

^ ^ ^ # # # ^ # # # # # &

Рис. 4. Хронологический график колебаний уровней воды по данным логгера и гидрологического поста в г. Березники. Fig. 4. Chronological graph of water level fluctuations according to the data obtained from the logger and hydrological station in Berezniki city.

Рис. 5. Хронологическая диаграмма колебаний удельной электропроводности воды по данным логгера. Fig. 5. Chronological diagram of fluctuations in specific electrical conductivity of water based on the data obtained from the logger.

рованного, не регламентируемого отведения высокоминерализованных сточных вод, считается необоснованным [4]. Вследствие продольной дисперсии даже при мгновенном «включении или выключении» источника загрязнения, минерализация воды в контрольном створе может изменяться с определенной инерцией.

Исходя из традиционной схемы формирования продольной дисперсии, характерное время изменения концентрации должно составлять:

(D kV2

Т ~ УххУ' (2)

из и ' ^ '

где D - коэффициент продольной дисперсии, м2/с.

(3)

где Н - характерная глубина, м; V - характерная скорость, м/с; С - коэффициент Шези, м1/2/с; g - ускорение свободного падения, 9,81 м/с2;

р - эмпирический коэффициент по многочисленным натурным оценкам р ~ 500 [15].

В то же время в результате проведения эксперимента при заданных параметрах Н ~ 12 м, V- 0,1 м/с, V* ~ 0,05 м/с следует, что даже на расстоянии Ь ~ 100 м между источником загрязнения и местом расположения логгера характерное время изменения концентрации поллютанта будет составлять:

что значительно больше наблюдаемого времени снижения минерализации воды, при этом расход сброса сточных вод, как следует из балансовых оценок, должен быть не менее q > 0,5 м3/с. Для обеспечения регулярного отведения такого расхода сточных вод даже в течение 1-3 суток требуются серьезные инженерные сооружения, к тому же, скрытое, латентное отведение таких объемов сточных вод очень сложная задача.

Для объяснения данного факта предложена и доказана возможность формирования на данном участке Камского водохранилища при плотностных числах Фруда Ргр слоистых структур [2]. Показано, что при скоростях течений V < 0,1 м/с и гидравлических уклонах водной поверхности < 0,5 • 10-5 формируется существенная неоднородность водных масс, при которой минерализация воды в придонной области может быть более чем на порядок больше ее значения на поверхности [1, 16]. Проблема формирования и динамики слоистых структур на данном участке водохранилища заключается, как следует из материалов натурных наблюдений, в том, что колебания минерализации, удельной электропроводности воды могут быть весьма существенны даже внутри суток. Проведенный с использованием логгера эксперимент позволил получить актуальные данные по внутрисуточным колебаниям уровня воды и удельной электропроводности (рис. 6).

Как показано на рис. 7, резкие колебания удельной электропроводности синхронизированы со значимыми колебаниями уровня воды. При резком спаде уровня воды скорость течения повышается, происходит разрушение слоистых структур, в результате удельная электропроводность снижается.

В то же время при повышении уровня воды скорости течения падают и создаются условия для формирования слоистой структуры и роста минерализации воды в придонной области. Ключевым фактором, определяющим динамику удельной электропроводности воды, является не уровень воды, а формируемый его динамикой гидравлический уклон [1, 2], в значительной мере определяющий скорость течения на данном участке водохранилища. Необходимо подчеркнуть, что гидравлический уклон на рассматриваемом участке Камского водо-

Т

из

(500 ■ 12) • 10 ОД

« 7,7 • 103 с « 2,13 ч « 128 мин,

(4)

-u^]KitaHiau. м ВС" —TfcEi»™ miijHHipnnnotTV inCiáj'üi

Рис. 6. Синхронный график хода удельной электропроводности и уровня воды с 20-минутной дискретностью в районе г. Березники

за весь период натурных наблюдений. Fig. 6. Synchronous graph of the specific electrical conductivity and water level with a 20-minute discreteness in the Berezniki area for the entire period of field observations.

Рис. 7. Синхронный график хода удельной электропроводности и уровня воды с 20-минутной дискретностью в районе г. Березники

за весь период натурных наблюдений. Fig. 7. Synchronous graph of the specific electrical conductivity and water level with a 20-minute discreteness in the Berezniki area for the entire period of field observations.

хранилища формируется под совокупным воздействием как естественных, так и техногенных факторов. При возрастании уровня воды наблюдается противоположный процесс формирования вертикальной стратификации водных масс, а именно - возрастание в придонной области удельной электропроводности воды.

Как известно, динамика естественных факторов является значительно более инерционным процессом по сравнению с техногенными. На верхнем по отношению к Соликамско-Березниковскому промузлу створе р. Кама - пгт Тюлькино доминирующими выступают естественные факторы, однако непосредственно в районе г. Березники на короткопериодные колебания уровня воды доминирующее влияние оказывает режим работы Камской ГЭС. При

Уровень волы, ч ЕС TpinqaiyjM ииы, 'С

, о — п V. Щ Г^- во О м ** ^ 00 о ™ "Ч" *

н пп

Рис. 8. Синхронный график хода уровня воды и температуры с 20-минутной дискретностью в районе г. Березники за весь период натурных наблюдений. Fig. 8. Synchronous graph of the water level and temperature with a 20-minute resolution in the Berezniki area for the entire period of field observations.

Рис. 9. Синхронный график хода удельной электропроводности и уровня воды с 20-минутной дискретностью в районе г. Березники за период с 19.09 по 27.09 натурных наблюдений.

Fig. 9. Synchronous graph of the specific electrical conductivity and water level with a 20-minute discreteness in the Berezniki area for the entire period of field observations.

стабильном уровне воды должен сохраняться стабильный гидрологический режим и определяющийся им комплекс процессов формирования гидрохимического режима. При падении уровня, увеличении гидравлических уклонов, а, соответственно, скорости течения происходит разрушение вертикальной стратификации водных масс, удельная электропроводность в придонной области резко падает. Этот эффект наглядно отражен на рис. 7, когда при локальном снижении уровня воды, происходит рост гидравлического уклона и соответствующее увеличение скорости, приводящее к разрушению вертикальной стратификации водных масс. При разрушении стратификации резко

усиливается вертикальное перемешивание, происходит выравнивание по глубине не только удельной электропроводности воды, но и ее температуры и, как следствие, резкое ее повышение в придонной области (рис. 8, рис. 9).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В зоне активного техногенеза для решения задач обеспечения устойчивого водопользования необходимо учитывать не только достаточно медленные инерционные процессы, но и быстрые, в том числе и внутрисуточные колебания. В крупных водных объектах эти процессы могут быть сформированы устойчивой плотностной неоднородностью водных масс. Для исследования этих явлений существенный интерес представляет использование логгеров, позволяющих в автоматическом режиме с требуемой частотой проводить измерения не только уровня воды, но и таких важных физических показателей качества воды, как ее температура и удельная электропроводность. Данные приборы позволяют длительное время с требуемой частотой регистрировать эти показатели.

На Камском водохранилище в районе г. Березники в теплый период при уровнях воды близких к НПУ могут формироваться вертикальные плотност-ные структуры в придонной области, в которых удельная электропроводность воды, а, соответственно, и ее минерализация, могут возрастать более чем на порядок. Проведенные с использованием логгера наблюдения показали, что удельная электропроводность воды может в течение 20 мин изменяться более чем в 3-4 раза. Для выяснения механизмов таких значительных кратковременных колебаний, играющих существенную роль в обеспечении устойчивого функционирования системы водообеспечения, принципиальное значение имеет не только адекватная оценка показателей качества воды, но и гидрологических параметров водного объекта.

Для исследования рассматриваемых процессов, имеющих принципиально важное значение для обеспечения устойчивого технического водоснабжения промышленных предприятий г. Березники, стандартных наблюдений, проводимых на сети Росгидромета с частотой измерения два раза в сутки, принципиально недостаточно. Поэтому на крупных водных объектах, расположенных в зонах активного техногенеза, особенно на участках, где возможно формирование слоистых структур, необходимо переходить на автоматические измерения гидрологических и гидрохимических показателей.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Богомолов А.В., Лепихин А.П., Ляхин Ю.С., Гребенева М.Г. Особенности колебаний вертикальных структур полей минерализации в Камском водохранилище в период летней межени в районе г. Березники // Горное эхо. 2021. № 4 (85). С. 3-11.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

2. Лепихин А.П., Богомолов А.В., Ляхин Ю.С. К особенности формирования качества воды р. Камы (Камского водохранилища) в зимний период в районе г. Березники // Горное эхо.

2022. № 1 (86). С. 13-25.

3. Лепихин А.П., Богомолов А.В., Синцова Т.Н. Особенности внутрисуточных колебаний физических показателей качества воды в Камском водохранилище // Горное эхо.

2023. № 3 (92). С. 14-26.

4. Лепихин А.П., Веницианов Е.В., Любимова Т.П., Тиунов А.А., Паршакова Я.Н., Ляхин Ю.С., Богомолов А.В. Влияние вертикальной неоднородности водных масс на устойчивость промышленного водоснабжения в зонах высокой техногенной нагрузки // Труды Карельского научного центра Российской академии наук. 2021. № 4. С. 53-63.

5. Лепихин А.П., Возняк А.А., Любимова Т.П., Паршакова Я.Н., Ляхин Ю.С., Богомолов А.В. Исследование особенностей формирования и масштабов диффузного загрязнения, сформированного крупными промышленными комплексами, на примере Соликамско-Берез-никовского промузла // Водные ресурсы. 2020. Т. 47. № 5. С. 560-566.

6. Лепихин А. П. и др. Особенности внутрисуточных колебаний показателей качества воды, наблюдаемых в Камском водохранилище // Географический вестник = Geographical bulletin. 2024. № 3 (70). С. 70-82.

7. Лепихин А.П., Богомолов А.В., Ляхин Ю.С., Лучников А.И. Обеспечение устойчивого водопользования в зонах активного техногенеза (на примере ВКМКС) // Горный журнал. 2023. № 11. С. 97-103.

8. Любимова Т.П., Лепихин А.П., Паршакова Я.Н., Богомолов А.В., Ляхин Ю.С. Влияние на качество отбираемой воды нестационарности скоростного режима водного объекта при наличии в нем плотностной стратификации // Вычислительная механика сплошных сред. 2022. Т. 15. № 2. С. 133-144.

9. Güneralp Í., Castillo C. R., Hales B. U. Monitoring surface-water connectivity in a coastal lowland river using field-based data loggers // Journal of Hydrology. 2024. Т. 633. С. 130972.

10. Pringle C.M. Hydrologic connectivity and the management of biological reserves: a global perspective // Ecological Applications. 2001. Т. 11. № 4. С. 981-998.

11. Жуков И.А., Айбулатов Д.Н. Использование логгеров в инженерной гидрологии на примере исследования малых рек бассейна Волги // Современные проблемы гидравлики и гидротехнического строительства. 2023. С. 136-137.

12. Чупраков К.К. Мониторинг уровня и температуры поверхностных и подземных вод с помощью погружных автономных логгеров PROMODEM // Информатизация и системы управления в промышленности. 2023. № 4 (106). С. 71-73.

13. Судольский А.С. Динамические явления в водоемах. Л.: Гидрометеоиздат, 1991. 263 с.

14. Любимова Т.П., Лепихин А.П., Паршакова Я.Н., Богомолов А.В., Ляхин Ю.С., Исахов А. Особенности гидродинамики водоемов с вертикальной плотностной неоднородностью водных масс в условиях активного техногенеза // Вычислительная механика сплошных сред. 2023. Т. 16. № 1. С. 115-124.

15. Glover R.E. Dispersion of dissolved or suspended materials in flowing streams. US Government Printing Office, 1964.

16. Lepikhin A.P. et al. Density Effects of Different Genesis in Lowland Reservoirs. // Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics. 2024. Т. 60. №. 4. Р. 463-472.

REFERENCES

1. Bogomolov A. V. et al. Features of fluctuations in the vertical structures of mineralization fields in the Kama Reservoir during the summer low-water period in the area of Berezniki. Mountain Echo.

2021. No. 4. P. 3-11 (In Russ.).

2. Lepikhin A.P., Bogomolov A.V., Lyakhin Y.S. To the peculiarities of water quality formation of the Kama River (Kama Reservoir) during the winter period in the area of Berezniki. Mountain Echo.

2022. No. 1 (86). P. 13-25.

3. Lepikhin A.P., Bogomolov A.V., Sintsova T.N. Features of intra-day fluctuations of physical indicators of water quality in the Kama reservoir. Mountain Echo. 2023. No. 3 (92). P. 14-26.

4. Lepikhin A.P., Venitsianov E.V., Lyubimova T.P., Tiunov A.A., Parshakova Y.N., Lyakhin Y.S., Bo-gomolov A.V. Influence of vertical heterogeneity of water masses on the stability of industrial water supply in the zones of high technogenic load. Proceedings of the Karelian Scientific Center of the Russian Academy of Sciences. 2021. No. 4. P. 53-63.

5. Lepikhin A.P., Vozniak A.A., Lyubimova T.P., Parshakova Y.N., Lyakhin Y.S., Bogomolov A.V. Study of the formation features and scale of diffuse pollution formed by large industrial complexes, with the Solikamsk-Bereznikovsk industrial center as an example. Water Resources. 2020. Vol. 47. No. 5. P. 560-566.

6. Lepikhin A.P. et al. Peculiarities of intra-intra-articular fluctuations of water quality parameters observed in the Kama reservoir. Geographical bulletin. 2024. №. 3 (70). С. 70-82.

7. Lepikhin A.P., Bogomolov A.V., Lyakhin Yu.S., Luchnikov A.I. Ensuring sustainable water use in zones of active technogenesis (with the VKMKS as an example). Mining Journal. 2023. No.11. P. 97-103.

8. Lyubimova T.P., Lepikhin A.P., Parshakova Y.N., Bogomolov A.V., Lyakhin Y.S. Influence on the quality of the withdrawn water of the unsteadiness of the velocity regime of the water body in the presence of density stratification. Computational Mechanics of Continuous Media. 2022. Vol. 15. No. 2. P. 133-144.

9. Güneralp I., Castillo C. R., Hales B. U. Monitoring surface-water connectivity in a coastal lowland river using field-based data loggers. Journal of Hydrology. 2024. Vol. 633. P. 130972.

10. Pringle C. M. Hydrologic connectivity and the management of biological reserves: a global perspective. Ecological Applications. 2001. Vol. 11. No. 4. P. 981-998.

11. Zhukov I.A., Aibulatov D.N. Use of loggers in engineering hydrology on example of research of small rivers of the Volga River basin. Modern problems of hydraulics and hydrotechnical construction. 2023. P. 136-137.

12. Chuprakov K.K. Monitoring of a level and a temperature of surface and underground waters with the help of PROMODEM submersible autonomous loggers. Journal "ISUP". No. 4 (106). 2023. p. 2023. No. 4 (106). 2023, p.71-73.

13. Sudolsky A.S. Dynamic phenomena in water bodies. L.: Hydrometeoizdat, 1991. 263 p.

14. Lyubimova T.P., Lepikhin A.P., Parshakova Y.N., Bogomolov A.V., Lyakhin Y.S., Isakhov A. Features of hydrodynamics of reservoirs with vertical density heterogeneity of water masses under conditions of active technogenesis. Computational Mechanics of Continuous Media. 2023. Vol. 16. № 1. P. 115-124.

15. Glover R.E. Dispersion of dissolved or suspended materials in flowing streams. US Government Printing Office, 1964.

16. Lepikhin A.P. et al. Density Effects of Different Genesis in Lowland Reservoirs Izvestiya. Atmospheric and Oceanic Physics. 2024. Vol. 60. No. 4. P. 463-472.

Сведения об авторах:

Лепихин Анатолий Павлович, д-р геогр. наук, профессор, ФГБУ «Российский научно-исследовательский институт комплексного использования и охраны водных ресурсов», Камский филиал, Россия, 614002, г. Пермь, ул. Николая Островского, 113; заведующий лабораторией проблем гидрологии суши, «Горный институт Уральского отделения Российской академии наук» - филиал ФГБУН «Пермский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук», Россия, 614007, г. Пермь, ул. Сибирская, 78А; ORCID: 0000-0001-9874-3424; email: [email protected]

Богомолов Андрей Владимирович, канд. техн. наук, научный сотрудник, лаборатория проблем гидрологии суши, «Горный институт Уральского отделения Российской академии наук» - филиал ФГБУН «Пермский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук», Россия, 614007, г. Пермь, ул. Сибирская, 78А; ORCID: 0000-0003-0626-4069; email: [email protected]

Ляхин Юрий Сергеевич, канд. техн. наук, научный сотрудник, лаборатория проблем гидрологии суши, «Горный институт Уральского отделения Российской академии наук» - филиал ФГБУН «Пермский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук», 614007, г. Пермь, ул. Сибирская, 78А; ORCID: 0000-0001-8058-5587; e-mail: [email protected]

Опутин Максим Андреевич, инженер, лаборатория проблем гидрологии суши, Горный институт УрО РАН, 614007, Россия, г. Пермь, ул. Сибирская, 78А; ORCID: 0009-0001-7932-722X, e-mail: [email protected]

Синцова Татьяна Николаевна, ведущий инженер, лаборатория проблем гидрологии суши, Горный институт Уральского отделения Российской академии наук» - филиал ФГБУН «Пермский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук», Россия, 614007, г. Пермь, ул. Сибирская, 78А; ORCID: 0000-0003-0327-4894; e-mail: [email protected]

Исахов Алибек Абдиашимович, д-р PhD, профессор, Казахский Национальный университет имени аль-Фараби Республика Казахстан, г. Алматы; ORCID: 0000-00017020-7988; e-mail:[email protected] About the authors:

Anatoly P. Lepikhin, Doctor of Geographic Sciences, Professor, Russian Research Institute for Integrated Water Management and Protection Kama Branch, ul. Nikolai Ostrovsky, 113, Perm, 614002, Russia; Head of the Laboratory of Land Hydrology Problems, "Mining Institute of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences" - branch of the Federal State Budgetary Institution of Science of the Perm Federal Research Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences ("Ural Branch of the Russian Academy of Sciences"), ul. Sibirskaya, 78A, Perm, 614007, Russia; ORCID: 0000-0001-9874-3424; email: [email protected]

Andrey V. Bogomolov, Candidate of Technical Sciences, Researcher, Laboratory of Land Hydrology Problems, "Mining Institute of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences" - a branch of the Perm Federal Research Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, ul. Sibirskaya, 78A, Perm, 614007, Russia; ORCID: 0000-0003-0626-4069; email: [email protected]

Yuri S. Lyakhin, Candidate of Technical Sciences, Researcher, Laboratory of Land Hydrology Problems, "Mining Institute of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences" - a branch of the Perm Federal Research Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, ul. Sibirskaya, 78A, Perm, 614007, Russia; ORCID: 0000-0001-8058-5587; email: [email protected]

Maksim A. Oputin, engineer of the laboratory of problems of land hydrology, Mining Institute of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, ul. Sibirskaya, 78A, Perm, 614007, Russia; e-mail: [email protected]

Tatyana N. Sintsova, Leading Engineer, Laboratory of Land Hydrology Problems, "Mining Institute of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences" - branch of the Federal State Budgetary Institution of Science of the Perm Federal Research Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences ("Ural Branch of the Russian Academy of Sciences"), ul. Sibirskaya, 78A, Perm, 614007, Russia; ORCID: 0000-0003-0327-4894; email: [email protected]

Alibek A. Isakhov, Doctor PhD, Professor, Kazakh National University named after al-Farabi Republic of Kazakhstan, Almaty, ORCID: 0000-0001-7020-7988, e-mail: [email protected]

Поступила в редакцию / Received 18.10.2024. Поступила после рецензирования / Revised 28.10.2024. Принята к публикации / Accepted 14.11.2024.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.