CC BY
85
4. Гидроэкологический мониторинг зоны влияния Зейского гидроузла. - Хабаровск, 2010.
5. Сидоров, Д.А. Находка Asellus martynovi Birstein, 1947 в Зейском водохранилище // Науч. основы экол. мониторинга водохранилищ: материалы всерос. научно-практич. конф. Дружининские чтения / ред. С.Е. Сиротский. - Хабаровск, 2005. - Вып. 2.
6. Безматерных, Д.М. Зообентос водотоков позиционного района космодрома «Восточный» (Амурская область) / Д.М. Безматерных, О.Н. Вдовина // Чтения памяти Владимира Яковлевича Леванидова. - Владивосток, 2014. - Вып. 6.
7. Вдовина, О.Н Новые данные по зообентосу водотоков позиционного района космодрома «Восточный» (Амурская область, июнь-июль 2014 г.) / О.Н. Вдовина, Д.М. Безматерных // Современное состояние водных биоресурсов: материалы 3-ей междунар. конф. - Новосибирск, 2014.
8. Руководство по гидробиологическому мониторингу пресноводных экосистем. - СПб., 1992.
9. Макарченко, Е.А. Предварительные данные по фауне хирономид (Diptera, Chironomidae) бассейна реки Амур / Е.А. Макарченко, М.А. Макарченко, О.В. Зорина, Н.М. Яворская // Пресноводные экосистемы бассейна реки Амур. - Владивосток, 2008.
10. Тесленко, В.А. Фауна и распределение веснянок (Insecta, Plecoptera) в бассейне реки Зея. Пресноводные экосистемы бассейна реки Амур. - Владивосток, 2008.
11. Тиунова, Т.М. Поденки (Insecta, Ephemeroptera) бассейна реки Зея (Амурская область). Пресноводные экосистемы бассейна реки Амур. - Владивосток, 2008.
Bibliography
1. Puzanov, A.V. Ocenka sovremennoyj vodno-ehkologicheskoyj situacii pozicionnogo rayjona kosmodroma «Vostochnihyj» / A.V. Puzanov, V.V. Kirillov, D.M. Bezmaternihkh // Mir nauki, kuljturih, obrazovaniya. - 2014. - № 3(46).
2. Bogatov, V.V. Vliyanie pavodka na snos bentosa v reke Bomnak (basseyjn reki Zei) // Ehkologiya. - 1978. - № 5.
3. Bogatov, V.V. Produkciya mollyuskov i ikh rolj v biocenozakh poyjmennihkh ozer verkhovjev reki Zei / V.V. Bogatov, S.E. Sirotskiyj // Gidrobiologiya basseyjna Amura. - Vladivostok, 1978.
4. Gidroehkologicheskiyj monitoring zonih vliyaniya Zeyjskogo gidrouzla. - Khabarovsk, 2010.
5. Sidorov, D.A. Nakhodka Asellus martynovi Birstein, 1947 v Zeyjskom vodokhranilithe // Nauch. osnovih ehkol. monitoringa vodokhranilith: materialih vseros. nauchno-praktich. konf. Druzhininskie chteniya / red. S.E. Sirotskiyj. - Khabarovsk, 2005. - Vihp. 2.
6. Bezmaternihkh, D.M. Zoobentos vodotokov pozicionnogo rayjona kosmodroma «Vostochnihyj» (Amurskaya oblastj) / D.M. Bezmaternihkh, O.N. Vdovina // Chteniya pamyati Vladimira Yakovlevicha Levanidova. - Vladivostok, 2014. - Vihp. 6.
7. Vdovina, O.N Novihe dannihe po zoobentosu vodotokov pozicionnogo rayjona kosmodroma «Vostochnihyj» (Amurskaya oblastj, iyunj-iyulj 2014 g.) / O.N. Vdovina, D.M. Bezmaternihkh // Sovremennoe sostoyanie vodnihkh bioresursov: materialih 3-eyj mezhdunar. konf. -Novosibirsk, 2014.
8. Rukovodstvo po gidrobiologicheskomu monitoringu presnovodnihkh ehkosistem. - SPb., 1992.
9. Makarchenko, E.A. Predvariteljnihe dannihe po faune khironomid (Diptera, Chironomidae) basseyjna reki Amur / E.A. Makarchenko, M.A. Makarchenko, O.V. Zorina, N.M. Yavorskaya // Presnovodnihe ehkosistemih basseyjna reki Amur. - Vladivostok, 2008.
10. Teslenko, V.A. Fauna i raspredelenie vesnyanok (Insecta, Plecoptera) v basseyjne reki Zeya. Presnovodnihe ehkosistemih basseyjna reki Amur. - Vladivostok, 2008.
11. Tiunova, T.M. Podenki (Insecta, Ephemeroptera) basseyjna reki Zeya (Amurskaya oblastj). Presnovodnihe ehkosistemih basseyjna reki Amur. - Vladivostok, 2008.
Статья поступила в редакцию 16.11.14
УДК 576.8
Krylova Ye.N, Vlasov S.O., Katokhin A.V,, Kirillov V.V. VALUATION OF INFECTION OF CYPRINID FISHES BY THE METACERCARIES OF OPISTHORHIS IN WATER BODIES IN THE BASIN OF THE UPPER OB. In the
article the authors publish the field data about metacercaries opistorhids found in four species of cyprinid fishes in the water bodies of the Upper Ob during the research held in the period of open water since 2011 till 2013. The information about the genetic identification of species Opisthorchis felineus is shown. The life cycle and habitat of these species in the natural conditions in the south of Western Siberia are described. Invasive for humans metacercaria was found in Abramis brama in Lake Lapa (16.7%) and in the River Barnaulka (14.3%), in Rutilus rutilus in the Chumish (14.3%), in Gobio gobio and in Leuciscus leuciscus in the Chumysh River (100% and 14.3%). The authors mention that it is already known that the most serious epicenter of Opisthorchis felineus is in Western Siberia close to the basins of the Rivers of Ob and Irtysh.
Key words: Opisthorchis felineus, Bithyniidae clams, infestation, intermediate and main hosts, Upper Ob.
Е.Н. Крылова, м.н.с., Институт водных и экологических проблем СО РАН г. Барнаул, E-mail: [email protected]; С.О. Власов, вед. инж., Институт водных и экологических проблем, г. Барнаул, E-mail: [email protected]; А.В. Катохин, канд. биол. наук ст. н.с. Институт цитологии и генетики СО РАН, г. Новосибирск, E-mail: [email protected]; В.В. Кириллов, канд. биол. наук, доцент, зав. лаб., Институт водных и экологических проблем, г. Барнаул, E-mail: [email protected]
ОЦЕНКА ЗАРАЖЕННОСТИ КАРПОВЫХ РЫБ МЕТАЦЕРКАРИЯМИ ОПИСТОРХИСА В ВОДНЫХ ОБЪЕКТАХ БАССЕЙНА ВЕРХНЕЙ ОБИ
В статье представлены натурные данные о нахождении метацеркарий описторхид в четырех видах карповых рыб в водных объектах бассейна Верхней Оби в период открытой воды 2011-2013 гг. Приведены сведения о генетической идентификации вида Opisthorchis felineus. Описаны жизненный цикл и условия обитания данного вида в природных условиях юга Западной Сибири.
Ключевые слова: Opistorchis felineus, моллюски сем. Bithyniidae, инвазии, промежуточные и основные хозяева, Верхняя Обь.
Согласно CA Беэру [1], три вида описторхид: Opisthorchis felineus, Opisthorchis viverrini, Clonorchis sinensis образуют так называемую «описторхозную триаду» и вызывают сходные заболевания животных и человека.
Половозрелые особи описторхид выделяют яйца, которые с испражнениями инвазированного животного выходят во внеш-
нюю среду и попадают в воду, на дно водоема. В яйце развивается мирацидий. Первыми промежуточными хозяевами опи-сторхов являются моллюски. Моллюск проглатывает яйцо, в его теле мирацидий превращается в спороцисту. В спороцисте из зародышевой массы формируется несколько десятков редий, в которых дальше образуются до 100 - 120 церкариев. Церкарии,
Таблица 1
Пункты исследований, состав и объем ихтиологического материала
Водный объект населенный пункт дата Пункт исследований количество виды рыб
плотва елец карась лещ пескарь
р. Обь с. Рассказиха 24.07.2013 протока Заломная, 35 км. выше г. Барнаула 22 22
р. Обь с. Речкуново 30.05.2011 50 км. ниже г. Барнаула 10 10
р. Обь с. Барсуково 16.06.2011 60 км. ниже г. Барнаула 30 30
р. Обь с. Усть-Чумыш 30.05.2011 70 км. ниже г. Барнаула 10 10
р. Обь с. Шелаболиха 30.05.2011 110 км. ниже г. Барнаула, 40 км. ниже устья р. Чумыш 10 10
р. Талая п. Затон 25.05.2011 приток р. Обь, 10 км. выше г. Барнаула 15 13 2
р. Барнаулка с. Черёмное 28.06.2012 водозабор сахарного завода, 65 км. от устья 14 5 6 3
р. Барнаулка с. Черёмное 11.07.2012 водозабор сахарного завода, 65 км. от устья 17 10 1 5 1
р. Барнаулка п. Борзово 31.07.2012 200 м. ниже устья р. Власиха, 10 км. от устья 22 1 21
р. Барнаулка г. Барнаул 03.05.2011 200 м. ниже устья р. Пивоварка (завод АЗА) 23 5 18
р. Барнаулка г. Барнаул 26.05.2011 500 м. ниже устья р. Пивоварка (магазин Арси-Дом) 20 12 7 1
оз. Лапа г. Барнаул 27.05.2011 пойменный водоём, старая протока р.Обь 7 1 6
р. Крутишка с. Малиновка 07.09.2011 приток р.Обь 2-го порядка, база ОАО Алтай-Кокс 10 10
р. Чумыш г. Заринск 06.09.2011 приток р.Обь, водозабор ОАО Алтай-Кокс 10 10
р. Чумыш с. Шатуново 13.06.2011 приток р.Обь, 800 м. выше понтонного моста 18 6 7 3 2
оз. Красный Яр с. Шатуново 03.07.2011 пойменный водоём, старица р. Чумыш 25 15 10
всего: 268 160 8 39 18 38
достигнув зрелости, выходят в воду, активно движутся, проявляя положительный гео- и фототаксис. В результате, плавая в нижних слоях воды, они нападают на второго промежуточного хозяина -проплывающую мимо рыбу, тень которой при ее движении активизирует хвостатую личинку.
Попав на кожу рыбы, церкарии укрепляются, прилипают к ней, теряя хвост, вбуравливаются в ее толщу. В подкожной клетчатке и мышечной ткани зараженных рыб образуются метацер-карии - инцистированные личинки округлой или овальной формы (0,24 - 0,34 * 0,18 - 0,24 мм), локализующиеся в спинных наружных мышцах. Через 6 недель метацеркарии становятся инвазионными для окончательных хозяев. Дальнейшее их развитие происходит в организме окончательного хозяина, который, поедая инвазированную метацеркариями рыбу, заражается паразитом [1; 10].
Окончательными хозяевами являются человек и 34 вида и один подвид млекопитающих, представители 7 отрядов 15 семейств, основными из которых являются: кошка, собака, свинья, лисица, ондатра, выдра. Для выделения взрослых особей паразита и дальнейшей видовой идентификации в лабораторных условиях заражают в основном золотистых хомяков.
Современные ареалы описторхид образуют длинный, почти непрерывный шлейф в Европе, Западной и Восточной Сибири, дальневосточном регионе и Юго-Восточной Азии. На террито-
рии бывшего Советского Союза ареалы О. felineus совпадают с очагами описторхоза. Выделяют Днестровский, Неманский, Днепровский, Волжский, Северодвинский, Обской и Иркутский очаги описторхоза [1].
Известно [1], что наиболее мощный природный очаг описторхоза вызываемого, в частности, Opisthorchis felineus, находится в Западной Сибири и приурочен к бассейнам рек Обь и Иртыш.
По мнению С.А. Беэра [1], первыми промежуточными хозяевами О. felineus могут быть все виды семейства ВМуп^ае, но они по разному восприимчивы к этому паразиту. Фауна битиниид России и сопредельных государств формируется двумя подсемействами, девятью родами, 27 видами, из них в роде Codiella указано два вида, в роде В^ута 4 вида, а в Opisthorchophorus -5 видов [2]. «Основной поток инвазии», вероятно, идет через представителей рода Codiella и, возможно, через Opisthorcho-рЬюо^. Промежуточными хозяевами описторхов являются моллюски Codiella inflata, В^ута tentaculata и, возможно, Codiella troscheli.
На юге Западной Сибири виды рода Opisthorchophorus были обнаружены в бассейнах оз. Чаны, рек Обь, Омь, Бердь, Шипу-новка, Иня, Чулым, Большая Черемшанка и Карасук, в Новосибирском водохранилище [3-8]. Биотопы битиниид - это мелководные, хорошо прогреваемые, богатые растительностью водоемы
со стоячей водой или слабым ее течением, особенно пойменные водоемы, пересыхающие старицы, глубиной до 2 - 3 метров, с температурой воды не ниже 10 0С, рН не более 7,5. Заражение моллюсков личиночными стадиями описторхиса происходит при температуре не ниже 140С [1].
Вторыми промежуточными хозяевами O. felineus являются рыбы семейства карповых - Cyprinidae. В Верхней Оби на юге Западной Сибири обитает 15 видов карповых рыб, включая местных - язь, плотва, елец, линь, гольян обыкновенный, гольян озерный, пескарь, верховка, лещ, карась серебряный, карась обыкновенный, сазан, осман и акклиматизантов - белый амур и белый толстолобик [9]. Потенциально способных заражаться личиночными стадиями описторхов.
Цель нашей работы - оценить зараженность карповых рыб метацеркариями описторхиса в водных объектах бассейна Верхней Оби.
Материалы и методы. Исследования проведены в период открытой воды на разнотипных водоемах и водотоках бассейна Верхней Оби. Объекты исследований: реки Обь, Чумыш, Барна-улка, Талая, Крутишка и озёра Лапа (гребной канал) и Красный Яр. Всего за период с 03.05.11 г. по 24.07.13 г. отобраны ихтиологические пробы в 15 пунктах на семи водных объектах (таблица 1).
В качестве орудий лова рыб использовали поплавочные удочки. Из 15 местных видов карповых в уловах присутствовали 5 видов: плотва (сибирский подвид), елец, серебряный карась, лещ и пескарь (сибирский подвид). Данные виды являются наиболее многочисленными и распространёнными представителями семейства карповых в регионе.
Всего на указанных водных объектах отобрано и обработано 268 экземпляров карповых рыб. Из них плотвы 190 экземпляров. Плотва выбрана основным видом исследования. Этот вид -типичный представитель семейства карповых, имеет широкий ареал обитания и высокую численность в большинстве водоемов Сибири. Степень зараженности вида описторхами и другими паразитами одна из самых больших в семействе. Остальные исследуемые виды: елец - 8 экз., карась - 39 экз., лещ - 18 экз. и пескарь - 38 экз. (таблица 1).
Полевые сборы и лабораторная обработка ихтиологического материала проведены по общепринятым в ихтиологии методикам [11-13].
Исследованы следующие показатели:
- пластические - длина всей рыбы (абсолютная длина) (использован штангенциркуль ШЦ-1-300-0,05 ГОСТ 166-89 с точностью до 0,01 мм), для измерения других показателей сделаны снимки исследуемых рыб (цифровой фотоаппарат Canon PS A2000 IS) для последующей обработки компьютерными фотометрическими программами PhotoM 1.2 (разработана в ФТИ им. Иоффе РАН) и Image-Pro Plus Version 4.5.0.29;
- весовые - общая масса рыбы и, масса рыбы без внутренностей (использованы электронные весы ВА-15Т2 с точностью до 0,5 г.);
- биологические и морфофизиологические - пол, возраст (по чешуе), стадия зрелости половых желез, наполнение кишечника, жирность, упитанность.
Кроме этого произведен визуальный осмотр исследуемых рыб для выявления поражения внешних и внутренних органов. Исследовано содержимое кишечников, определен характер питания.
Наличие полостного жира определяли визуально по пятибалльной шкале Прозоровского [14]. Для определения степени упитанности использован широко применяемый коэффициент Фультона, вычисляемый по формуле [11]. Этот показатель, наряду с баллом содержания полостного жира отражает долгосроч-
ные условия питания рыбы, комфортность среды обитания или ее угнетающее воздействие на организм.
Оценка состояния внутренних органов рыб проведена визуально по внешним признакам, которые проявляются в изменении формы, цвета и структуры.
Зараженность рыб метацеркариями O. felineus исследовали методом неполного паразитологического вскрытия [1; 15]. Анализ препаратов производили непосредственно после отбора. Для исследования отбирали по 10-30 экз. рыб каждого вида. Проводили наружный осмотр чешуи, кожи, плавников, жабр. Исследовали мускулатуру рыб, для чего скальпелем разрезали кожу, начиная от головы, и брали кусочки с поверхностных участков мышц и со-скобы с кожи (личинки обычно локализуются в мышечной ткани на глубине 2,5-3 мм). Кусочки мышц просматривали в компрес-сории под микроскопом.
По результатам исследований вычисляли показатели зараженности рыбы данного вида: пораженность или экстенсивность инвазии - отношение числа зараженных экземпляров рыб к числу исследованных, в процентах [16].
Результаты. Наиболее представительны данные по плотве. Возрастной диапазон плотвы колеблется от 1+ до 9+. Максимальные размерно-весовые показатели для плотвы (предельного возраста в пробах 9+) составляют: 187,69 мм - длина тела; 332 г -общая масса. Минимальные, соответственно, у двухлеток (1+): длина - 86,58 см, вес - 37 г.
Возраст карася в интервале от 1+ до 3+. Размерно-весовые показатели: максимальные 191,2 мм и 113 г, минимальные 126,62 мм и 33,5 г.
Возраст исследуемого пескаря 1+ и 3+. Абсолютная длина тела от 114,45 до 85,49 мм, при массе тела от 12,5 г до 3,5 г.
Показатели для леща: 470,4 и 126,3 мм, 1475,0 и 42,5 г. при возрастном диапазоне от 2+ до 8+, для ельца: 136,02 и 102,87 мм; 37,5 и 8,0 г, возраст от 1 + до 5+.
Инвазивные для человека метацеркарии были выявлены у лещей в оз. Лапа (16,7% выборки) и в р. Барнаулка, 500 м ниже устья р. Пивоварки (район магазина Арси Дом) - 14,3%. У плотвы - в р. Чумыш 14,3%, в р. Барнаулка, 200 м ниже устья р. Пивоварки (район Алтайского завода агрегатов) 20% от выборки, в районе магазина Арси Дом - 16,7%, в оз. Красный Яр (старица р. Чумыш) - у 0,07% рыб. У пескарей и ельцов - в р. Чумыш вблизи с. Шатуново (100 и 14,3% выборки, соответственно) (таблица 2).
Не выявлено метацеркарий в рыбах р. Обь, за исключением не опасных для человека птичьих трематод (0,03% рыб). Описторхозная инвазия не обнаружена, также и в рыбах притока р. Оби в районе г. Барнаула - реке Талая и р. Барнаулке выше города, вблизи с. Черемное. Видимо плотина водозабора сахарного завода не позволяет зараженной рыбе подниматься сюда из нижележащих участков этой реки (рис. 1).
В Институте цитологии и генетики СО РАН образец O.felineus из оз. Лапа был прогенотипирован по двум маркерам. По ядерному маркеру ITS1 отличий от большинства образцов O.felineus из Обь-Иртышского бассейна (например, номера последовательностей в Генбанке JX91337, JX913374, JX913409) не обнаружено. Это не удивительно, поскольку этот маркер обычно не демонстрирует значительной внутривидовой изменчивости и поэтому используется для идентификации вида и межвидовых сравнений.
По митохондриальному маркеру cox1 образец O.felineus из оз. Лапа также оказался носителем самого распространенного га-плотипа. Добавление образца из Алтайского края расширяет пространственный диапазон этого гаплотипа еще на 300 км южнее.
Таблица 2
Виды р. Барнаулка р. Чумыш озеро Лапа озеро Красный Яр
Арси Дом АЗА с. Шатуново г. Заринск
лещ 14,3I7 - - - 16,7I6 -
елец - - 14,3I7 - - -
плотва 16,7Л2 20I5 - 14,3Л0 - 0,07Л5
пескарь - - 100I2 - - -
Экстенсивность инвазии (%/объем выборки) метацеркариями описторхид рыб водных объектов бассейна Верхней Оби
Рис. 1. Места исследования рыб в водоемах и водотоках бассейна Верхней Оби 2011-2013 гг.: - описторхозная инвазия,
Ч.^ - инвазии нет, кУ - обнаружены метацеркарии трематод других семейств; 1 - р. Обь, с. Барсуково; 2 - р. Обь, с. Усть-Чумыш;
3 - р. Обь, с. Шелаболиха; 4 - Барсуковская протока; 5 - р. Чумыш у с. Шатуново; 6 - руч. Крутишка, пруд; 7 - р. Чумыш, г. Заринск; 8 - оз. Лапа; 9 - р. Талая; 10 - р. Барнаулка, 500 м ниже устья р. Пивоварки (район магазина Арси Дом); 11 - р. Барнаулка, 200 м ниже устья р. Пивоварки (район завода АЗА, 12 - р. Барнаулка. с. Черёмное; 13 - р. Обь, с. Рассказиха; 14 - оз. Красный Яр
Библиографический список
1. Беэр, С.А. Биология возбудителя описторхоза. - М., 2005.
2. Определитель пресноводных беспозвоночных России и сопредельных территорий. - СПб., 2004. - Т. 6.
3. Сербина, Е.А. Моллюски сем. Bithyniidae в водоемах юга Западной Сибири и их роль в жизненных циклах трематод: автореф. дис. ... канд. биол. наук. - Новосибирск, 2002.
4. Сербина, Е.А. Особенности размножения битиний (Mollusca: Gastropoda, Prosobranchia: Bithyniidae) в бассейне озера Чаны // Сибирский экологический журнал. - 2005. - № 2.
5. Благовидова, Л.А. Особенности распространения моллюсков в Новосибирском водохранилище // Вопросы малакологии Сибири. -Томск, 1969.
6. Батурина, Н.С. Резервы биоразнообразия макрозообентоса Новосибирского водохранилища // Биологические аспекты рационального использования и охраны водных ресурсов: материалы Всерос. конф. - Томск, 2007.
7. Бабуева, Р.В. Брюхоногие моллюски (Gastropoda) Верхней Оби и Обь-Иртышского междуречья, их роль в биоиндикации вод // Проблемы устойчивого развития Обь-Иртышского бассейна. - Новосибирск, 2005.
8. Безматерных, Д.М. Зообентос равнинных притоков Верхней Оби. - Барнаул, 2008.
9. Журавлев, В.Б. Определитель рыб бассейна Верхней Оби: монография / В.Б. Журавлев, С.Л. Ломакин, С.Н. Сатюков. - Барнаул, 2010.
10. [Э/р]. - Р/д: http://www.eurolab.ua/encyclopedia/trip/1397
11. Правдин, И.Ф. Руководство по изучению рыб. - М., 1966.
12. Типовые методики исследования продуктивности видов рыб в пределах их ареалов. - Вильнюс, 1974. - Ч. 1.
13. Типовые методики исследования продуктивности видов рыб в пределах их ареалов. - Вильнюс, 1978. - Ч. 2.
14. Никольский, Г.В. Экология рыб. - М., 1963.
15. Методические указания по определению возбудителей гельминтозоонозов в пресноводных рыбах. - 1999. - № 13-4-2/1751.
16. СанПиН 15-6/44. Санитарные правила по санитарно-гельминтологической экспертизе рыбы и условиям ее обеззараживания от личинок дифиллоботриид и описторхисов. - М., 1990.
Bibliography
1. Beehr, S.A. Biologiya vozbuditelya opistorkhoza. - M., 2005.
2. Opredelitelj presnovodnihkh bespozvonochnihkh Rossii i sopredeljnihkh territoriyj. - SPb., 2004. - T. 6.
3. Serbina, E.A. Mollyuski sem. Bithyniidae v vodoemakh yuga Zapadnoyj Sibiri i ikh rolj v zhiznennihkh ciklakh trematod: avtoref. dis. ... kand. biol. nauk. - Novosibirsk, 2002.
4. Serbina, E.A. Osobennosti razmnozheniya bitiniyj (Mollusca: Gastropoda, Prosobranchia: Bithyniidae) v basseyjne ozera Chanih // Sibirskiyj ehkologicheskiyj zhurnal. - 2005. - № 2.
5. Blagovidova, L.A. Osobennosti rasprostraneniya mollyuskov v Novosibirskom vodokhranilithe // Voprosih malakologii Sibiri. - Tomsk, 1969.
6. Baturina, N.S. Rezervih bioraznoobraziya makrozoobentosa Novosibirskogo vodokhranilitha // Biologicheskie aspektih racionaljnogo ispoljzovaniya i okhranih vodnihkh resursov: materialih Vseros. konf. - Tomsk, 2007.
7. Babueva, R.V. Bryukhonogie mollyuski (Gastropoda) Verkhneyj Obi i Obj-Irtihshskogo mezhdurechjya, ikh rolj v bioindikacii vod // Problemih ustoyjchivogo razvitiya Obj-Irtihshskogo basseyjna. - Novosibirsk, 2005.
8. Bezmaternihkh, D.M. Zoobentos ravninnihkh pritokov Verkhneyj Obi. - Barnaul, 2008.
9. Zhuravlev, V.B. Opredelitelj rihb basseyjna Verkhneyj Obi: monografiya / V.B. Zhuravlev, S.L. Lomakin, S.N. Satyukov. - Barnaul, 2010.
10. [Eh/r]. - R/d: http://www.eurolab.ua/encyclopedia/trip/1397
11. Pravdin, I.F. Rukovodstvo po izucheniyu rihb. - M., 1966.
12. Tipovihe metodiki issledovaniya produktivnosti vidov rihb v predelakh ikh arealov. - Viljnyus, 1974. - Ch. 1.
13. Tipovihe metodiki issledovaniya produktivnosti vidov rihb v predelakh ikh arealov. - Viljnyus, 1978. - Ch. 2.
14. Nikoljskiyj, G.V. Ehkologiya rihb. - M., 1963.
15. Metodicheskie ukazaniya po opredeleniyu vozbuditeleyj geljmintozoonozov v presnovodnihkh rihbakh. - 1999. - № 13-4-2/1751.
16. SanPiN 15-6/44. Sanitarnihe pravila po sanitarno-geljmintologicheskoyj ehkspertize rihbih i usloviyam ee obezzarazhivaniya ot lichinok difillobotriid i opistorkhisov. - M., 1990.
Статья поступила в редакцию 16.11.14
УДК 556.531
Kudishin A.V. CONSTRUCTION OF ONE-DIMENSIONAL HYDRAULIC MODEL FOR A WATER FLOW USING CURVILINEAR COORDINATES. The construction of one-dimensional hydraulic model for a water flow based on the integration of the Saint-Venant plane equations recorded in a curvilinear coordinate system is discussed. While compared with a standard model, the model constructed by the author makes it possible to calculate the river's volume and the surface area together with flood plains of significant width more precisely. The conclusion of the paper has a list of advantages of the produced model: 1) the correct calculation of the volume and areas of the surface of the river and its flood plains; 2) in case of a complicated geometry of the mouth of the river with many of the islands, the researcher expects to obtain precise number of the live mouth of the river and the module of the river discharge; 3) a more precise definition of volume-based characteristics of the flood plain and the correction of the figures that show the location of the water waves in floods.
Key words: hydrology, hydraulics, mathematical modeling, curvilinear coordinates.
А.В. Кудишин, канд. физ.-мат. наук, с.н.с. ИВЭП СО РАН, Барнаул, E-mail: [email protected]
СПОСОБ ПОСТРОЕНИЯ ОДНОМЕРНОЙ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ТЕЧЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КРИВОЛИНЕЙНЫХ КООРДИНАТ*
Рассмотрен способ построения одномерной гидравлической модели течения воды, основанный на интегрировании записанных в криволинейной системе координат плановых уравнений Сен-Венана. С целью разработки некоторой методологической основы построения одномерной гидравлической модели течения представлен альтернативный вариант, основанный на сформулированной в двухмерной криволинейной системе координат гидравлической модели течения. Полученная одномерная гидравлическая модель течения по сравнению со стандартной позволяет более точно вычислять объем и площадь зеркала реки вместе с пойменными участками значительной ширины.
Ключевые слова: гидрология, гидравлика, математическое моделирование, криволинейные координаты.
Для решения многих задач речной гидравлики широко и успешно применяются модели течения, основанные на теории «мелкой воды». В рамках этой теории течение воды описывается системой гиперболических уравнений (уравнения Сен-Венана), получаемых интегрированием по глубине уравнений Эйлера при определенных условиях [1]. Применение конечно-разностных методов для численного решения уравнений «мелкой воды» позволяет с достаточной точностью определять гидравлические параметры течений для решений ряда важных практических задач. Это затопление территорий и прохождение паводков в речной сети, задачи качества воды, ледотермика, расчет процессов руслоформирования.
В практическом плане существенную роль играет размерность используемых уравнений по пространству. Более универсальными являются двухмерные (плановые) уравнения Сен-Ве-нана, которые при интегрировании по поперечной (к основному направлению течения) координате преобразуются к упрощенным одномерным уравнениям Сен-Венана, в которых продольная координата ориентирована вдоль русла.
В практике часто встречаются ситуации с существенно двухмерным течением. Это геометрически сложные извилистые участки русел, многорукавность, наличие поймы, затопление урбанистической территории. Плановая модель в таких случаях проявляет себя хорошо при наличии достаточно подробной цифровой модели рельефа (ЦМР), но при этом необходимо отметить высокую требовательность к вычислительным ресурсам доступных многоядерных систем (4-12
дЪ дъ * ий]
--\--= и , сумма по j=1,2
д^ дх.
ядер). Последнее накладывает существенные ограничения на размер области определения задачи как по пространству (около 1000 км2, шаг 10-20 м), так и по временному расчетному периоду (1-2 месяца). Развитие вычислительных систем уменьшает эти ограничения, но пока не в достаточной степени. Если увеличить область опрелеления задачи на порядок (по пространству и по времени), то плановая модель теряет свою привлекательность как излишне громоздкая, и для этих задач используют уравнения Сен-Венана в одномерном приближении, позволяющие более или менее правильно воспроизводить продольную структуру течения [2]. Одномерные нестационарные модели течения характеризуются высокой скоростью выполнения численных алгоритмов и достаточно высокой точностью определения гидравлических характеристик водотоков. Эти качества обусловливают эффективность использования одномерных моделей при расчетах на больших временных промежутках. Основной недостаток одномерных моделей прямо следует из способа их получения - теряется информация по двухмерной структуре течения. В работе делается попытка методологически уменьшить потери этой информации на стадии построения одномерной модели интегрированием двухмерных уравнений Сен-Венана.
Общепринятый подход построения одномерной гидравлической модели течения (уравнения Сен-Венана) основан на использовании концепции «прямоугольных ортогональных координат». Запишем в декартовой системе двухмерные уравнения Сен-Венана [1]. Уравнение неразрывности:
(1)
Уравнения сохранения импульса (для i=1,2):
