CC BY
27[13] Туркин А.В., Береза И.Г., Туркин В.А. Использование метода имитационного моделирования при анализе аварийной ситуации «перелив танкера» // Эксплуатация морского транспорта. 2011. № 4. С. 67-70.
[14] Etkin D.S. Modeling oil spill response and damage costs //Proceedings of the Fifth Biennial Freshwater Spills Symposium. 2004.
[15] McCay D. F. et al. Estimation of potential impacts and natural resource damages of oil //Journal of hazardous materials. 2004. Т. 107. №. 1. С. 11-25.
[16] Берёза И.Г., Кучинская А.А., Петросян Е.И. Использование природных сорбентов для очистки нефтесодержащих вод // Вестник государственного морского университета им. адмирала Ф.Ф. Ушакова. 2012. № 1 (1). С. 69-71.
[17] Береза И.Г., Петросян Е.И. Динамические закономерности процесса сорбции нефтяных веществ из водных растворов // Вестник государственного морского университета им. адмирала Ф.Ф. Ушакова. 2013. № 2. С. 60-62.
[18] Кучинская А.А., Берёза И.Г. Разработка технологии сорбционной очистки судовых нефтесодержащих вод // Вестник государственного университета морского и речного флота им. адмирала С.О. Макарова. 2013. № 2 (21). С. 164-169.
PECULIARITIES OF FORECASTING IN THE BASIN PLANS FOR THE PREVENTION AND LIQUIDATION OF OIL SPILLS
V.S. Naumov, A.E. Plastinin, N.I. Volkova, N.S. Otdelkin
Keywords: oil spills, forecasting, basin plans, prevention and elimination
The article presents the results of researches on determination of the forecasting features in the composition of the basin plans for the prevention and elimination of oil spills. The maximum possible volumes of oil and oil products spill on the Oka River within the borders of the Volga and Moscow basins have been determined. The analysis of the characteristics of transport vessels providing cargo transportation on the Oka River is performed. The results of the research are applied in the development of two plans for the prevention and elimination of oil spills in the Moscow and Volga basins of inland waterways.
Статья поступила в редакцию 24.09.2018 г.
УДК 504.45
М.В. Смирнова, к.т.н., доцент ФГБОУВО «ВГУВТ» Е.Ю. Чебан, к.т.н., доцент ФГБОУ ВО «ВГУВТ» В.С. Глухова, студент ФГБОУ ВО «ВГУВТ» А.Д. Носова, студент ФГБОУ ВО «ВГУВТ» Н.В. Сустретова, к.т.н., доцент ФГБОУ ВО «ВГУВТ» 603951, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5
ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ГИДРОХИМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НА ОТДЕЛЬНЫХ УЧАСТКАХ ГОРЬКОВСКОГО И ЧЕБОКСАРСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩ
Ключевые слова: Водохранилища, экспедиционные исследования, гидродинамические процессы, гидрохимические измерения
Рассмотрены три различных по гидрологическим характеристикам участка Горьков-ского и Чебоксарского водохранилищ. В результате сложной гидродинамической
М.В. Смирнова, Е.Ю. Чебан, В. С. Глухова, А.Д. Носова, Н.В. Сустретова
Пространственная изменчивость гидрохимических показателей на отдельных участках ...
структуры в отдельных частях водохранилищ формируются зоны повышенных концентраций взвесей и растворенных веществ и ухудшения гидрохимических характеристик воды. По результатам экспедиционных исследований получены картины распределения некоторых гидрохимических показателей, которые позволили определить зоны концентрирования примесей и степень неравномерности их распределения.
Введение
Горьковское и Чебоксарское водохранилища играют существенную роль в системе промышленного, сельскохозяйственного и бытового водоснабжения Нижегородской, Ивановской, Костромской, Ярославской областей и республик Чувашии и Марий Эл. Поэтому состояние этих водохранилищ определяет качество водных ресурсов всего Верхневолжского региона. Мониторинг экологического состояния этих водных объектов осуществляется учреждениями Росгидромета в пунктах Государственной наблюдательной сети (ГНС). На территории Нижегородской области мониторинг на участках Горьковского и Чебоксарского водохранилищ осуществляет ФГБУ «ВерхнеВолжское УГМС» в пунктах, створах и вертикалях, установленных согласно РД 52.24.309-2016 «Организация и проведение режимных наблюдений за состоянием и загрязнением поверхностных вод суши» [1].
Озерный участок Горьковского водохранилища характеризуется замедленным движением воды или полным его отсутствием, и согласно [1], относится к водоемам. На участке этого водоема, расположенном в границах Нижегородской области установлено всего два створа наблюдений ГНС - один расположен выше г. Чкаловск, второй - непосредственно перед плотиной Горьковской ГЭС. В то же время в ряде работ [2] показано, что в водохранилищах могут формироваться активные гидродинамические зоны водоворотных циркуляций и сложная система транзитно-циркуляционных течений, которые оказывают влияние на гидрохимические процессы, перемещение и осаждение взвесей, процессы самоочищения, и распределения примесей. Например, на участке от Чкаловска до плотины ГЭС еще в 2016 году было экспериментально подтверждено наличие крупномасштабного вихря [3]. В зоне этого вихря (рис. 1) были зафиксированы повышенные концентрации взвеси и значительные изменения гидрохимических показателей [4].
Рис. 1. Вихревые структуры в южной части Горьковского водохранилища и связанные с ними неоднородности гидрофизических и гидрохимических показателей: а) Вихревая структура в южной части Горьковского водохранилища (по данным [3], 2016 г.). Черным отмечены точки отбора проб.
Среднеречной участок Чебоксарского водохранилища, расположенный от устья р. Ока до устья р. Сура, относится, согласно [1], к водотокам и характеризуется дви-
жением воды в направлении уклона в углублении земной поверхности. Контроль качества воды на этом участке протяженностью около 160 км ведется в 7 створах, расположенных неравномерно: два створа находятся в зоне влияния очистных сооружений г. Нижний Новгород; два створа ниже г. Кстово; два створа расположены ниже впадения р. Кудьма и один створ ниже впадения р. Сура. Ранее выполненные исследования [5] показали, что на всей протяженности среднеречного участка Чебоксарского водохранилища имеет место существенная неоднородность водных масс, по таким показателям как общая минерализация, водородный показатель, растворенный кислород и содержание легкоокисляемой органики по величине БПК. Неоднородность химического состава воды может иметь важное значение для водопользователей и должна учитываться при предоставлении информации о качестве воды на том или ином участке водного объекта, однако на данный момент она исследована недостаточно.
Поэтому целью настоящей работы являлось исследование пространственной изменчивости гидрохимических показателей на отдельных участках Горьковского и Чебоксарского водохранилищ.
1. Методика измерений
Для исследований были выбраны три различных по гидрологическим характеристикам участка Горьковского и Чебоксарского водохранилищ. Первый участок, расположенный в озерной части Горьковского водохранилища от г. Чкаловск до плотины ГЭС, характеризуется малыми скоростями течений (не более 0,2 м/с). Второй и третий участки с относительно высокими скоростями течений - до 0,7-0,9 м/с - и располагаются в среднеречной части Чебоксарского водохранилища - один ниже устья р. Кудьма, другой - напротив устья р. Сура. Водная масса на этих участках Чебоксарского водохранилища формируется из двух разнородных по гидрофизическим и гидрохимическим характеристикам водных потоков, поступающих из выше расположенного Горьковского водохранилища и р. Оки, химический состав воды которой отличается большей минерализацией, более высокими концентрациями нитритов, нитратов и общего фосфора [6]. По некоторым данным, процесс перемешивания волжской и окской воды завершается ближе к устью Суры. В этом месте был выбран третий участок исследований, т.к. русло Волги здесь меняет свое направление почти на 90 градусов, а устье Суры, как и сама Волга, находятся в сильном подпоре, что не может не сказаться на распределении примесей, выносимых Сурой.
Исследования проводились в рамках экспедиции «Плавучий университет Волжского бассейна» 2018 г. Отбор проб из поверхностного слоя воды и приборные измерения выполнялись с борта научно-исследовательского судна «Петр Андрианов». На каждом участке отбор проб выполнялся в течение одного дня, чтобы исключить временную изменчивость гидрохимических показателей. Общая минерализация измерялась кондуктометром «Анион-4100», измерения водородного показателя рН проводились с помощью рН-метра марки «Анион 410», содержание растворенного в воде кислорода - с помощью кислородомера «Марк 302Э». Фотометрические измерения мутности выполнялись на фотометре «Эксперт - 003».
Особенностью выполненных исследований являлся отбор проб на всей площади исследуемых участков водохранилищ, с большим количеством и частотой расположения точек отбора проб, по сравнению с установленными створами и вертикалями ГНС. Представляется, что такой подход к гидрохимическим исследованиям позволит получить более подробную картину распределения показателей на исследуемых участках.
2. Обсуждение результатов
По результатам исследований были построены картины распределения показателей качества воды. На рис. 2 показано распределение общей минерализации, водородного показателя рН, растворенного в воде кислорода и мутности на первом участке исследований, расположенном в Горьковском водохранилище.
М.В. Смирнова, Е.Ю. Чебан, В.С. Глухова, А.Д. Носова, Н.В. Сустретова
Пространственная изменчивость гидрохимических показателей на отдельных участках
а)
б)
в)
г)
Рис. 2. Распределение гидрохимических показателей в южной части Горьковского водохранилища (12 июля 2018 г.): а) общая минерализация, мг/л; б) водородный показатель рН; в) мутность, мг/л; г) растворенный кислород, мг/л. Красным отмечены точки отбора проб.
Минерализация воды на рассматриваемом участке распределена по ширине реки неравномерно (рис. 2, а): у левого берега общая минерализация составила 86,5 мг/л, в то время как у правого она достигала 91 мг/л. Несмотря на небольшую разницу значений, на картине распределения (рис. 2, а) виден четкий градиент от левого берега к правому с аномалией возле правого берега между устьями р. Санахта и р. Троца.
Распределение концентраций кислорода в поверхностном слое воды на исследованном участке также было сильно неравномерным (рис. 2, г). Минимальные значения 7,8 мг/л наблюдались ближе к левому берегу напротив устья Санахты, а максимальные значения в 8,55 мг/л наблюдались в этом же поперечном сечении водохранилища, в самом устье Санахты.
Возле правого берега исследуемого участка между устьями Санахты и Троцы наблюдалось резкое повышение (в два раза) концентрации взвешенных веществ по мутности (рис. 2, в). Аналогичное повышение на данном участке наблюдалось для показателя рН (на 0,75 единиц, рис. 2, б). и общей минерализации (рис. 2, а). По всей видимости, такая неоднородность гидрохимических показателей может быть связана с вихревыми структурами, обнаруженными в этом районе ранее [3].
На рис. 3 представлены картины распределения гидрохимических показателей на участке Чебоксарского водохранилища ниже впадения р. Кудьмы.
Минерализация воды на данном участке увеличивалась более чем в два раза - с 115 мг/л у левого берега до 245 мг/л у правого (рис. 3, а). Различия значений водородного показателя между правым и левым берегами составили 0,34 единицы (рис. 3, б), при этом максимальные значения 8,26 были зафиксированы у правого берега на 1,5 км ниже устья Кудьмы.
У правого берега напротив устья Кудьмы, наблюдалось локальное повышение мутности воды (рис. 3, в), причем концентрация взвешенных веществ в этом месте оказалась в 1,5-2 раза выше аналогичных измерений как в волжской, так и в кудьмин-ской воде. Вероятно, это связано с резкой сменой направления и прижатием волжского потока к правому берегу, где он сталкивается с кудьминским потоком и поднимает взвеси со дна.
Концентрация растворенного кислорода (рис. 3, г) на исследуемом участке изменялась от левого берега к правому неравномерно, с зонами минимума в 6,36 мг/л в центральной части Волги напротив устья Кудьмы и у правого берега Волги на 1,5 км ниже устья Кудьмы. Максимум концентрации кислорода, равный 6,82 мг/л наблюдался у левого берега Волги на 1,5 км ниже устья Кудьмы.
В районе устья Суры Волга расширяется, занимая затопленную пойму по правому берегу. Кроме того, устье Суры находится в сильном подпоре Чебоксарского воло-хранилища. Это благоприятствует замедлению течения и распространения примесей в воде. На карте распределения солей на этом участке (рис. 4, а) видно, что высокоминерализованные воды Суры еще в устье начинают разбавляться более пресными волжскими водами и за счет своей более высокой плотности стелются по дну, выходя на поверхность у правого берега Волги выше устья Суры. Разница в концентрации солей в этой зоне составила 220 мг/л.
Величина водородного показателя на данном участке изменялась от 7,8 в створах выше и ниже устья Суры и до 8,3 между створами (рис. 4, б). Несмотря на наблюдаемую ранее корреляцию повышенных значений рН и растворенного кислорода с количеством водорослей в Горьковском водохранилище и напротив р. Керженец в Чебоксарском водохранилище, на исследуемом участке зависимость оказалась обратной. По данным визуальной оценки водоросли скапливались в створах выше и ниже устья Суры, а также в самом устье, в то время как на участке Волги между створами, где наблюдались повышенные значения рН, водоросли практически отсутствовали.
М.В. Смирнова, Е.Ю. Чебан, В. С. Глухова, А.Д. Носова, Н.В. Сустретова
Пространственная изменчивость гидрохимических показателей на отдельных участках
-56,08 -56,07 -56,06
I
а)
44,52 44,54 44,56
Солесодержание общее, мг/л (25.07.2018)
б)
в)
44,52 44,54 44,56
Растворенный кислород, мг/л (25.07.2018)
г)
Рис. 3. Распределение гидрохимических показателей на участке Чебоксарского водохранилища ниже устья Кудьмы (25 июля 2018 г.): а) общая минерализация, мг/л; б) водородный показатель рН; в) мутность, мг/л; г) растворенный кислород, мг/л. Красным отмечены точки отбора проб.
Распределение мутности (рис. 4, в) как в волжских водах, так и в р. Сура было практически равномерным и составляло 5-7 мг/л. Исключение составил створ ниже устья Суры, где Волга резко сужается, - в нем мутность увеличивалась примерно в 6 раз и достигала значений 33 мг/л.
а)
б)
в)
56.16-
45.93 45.94 45.95 45.96 45,97 45.98 45.99
Мутность, мг/л (27 07.2018)
Г)
45.93 45.94 45.95 45.96 45,97 45.96 45.99 46 46.01 46.02
Растворенный кислород, мг/л (27.07.2018)
Рис. 4. Распределение гидрохимических показателей в Чебоксарском водохранилище напротив устья р. Сура (27 июля 2018г.): а) общая минерализация, мг/л; б) водородный показатель рН; в) мутность, мг/л; г) растворенный кислород, мг/л. Красным отмечены точки отбора проб.
М.В. Смирнова, Е.Ю. Чебан, В.С. Глухова, А.Д. Носова, Н.В. Сустретова
Пространственная изменчивость гидрохимических показателей на отдельных участках ...
Распределение кислорода в поверхностном слое воды на исследуемом участке также было сильно неоднородным (рис. 4, г). Минимальные значения 6,4 мг/л наблюдались в Суре, а максимальные 12 мг/л - между створами у правого берега р. Волга.
Заключение
Детальные исследования отдельных участков Горьковского и Чебоксарского водохранилищ позволили получить более точные данные о распределении гидрохимических показателей, определить зоны концентрирования примесей и области с наихудшими значениями некоторых показателей. Независимо от гидрологического режима рассмотренных участков, наблюдается неравномерность распределения ряда гидрохимических показателей, пространственная изменчивость которых может достигать 180% (по растворенному кислороду) - 660% (по мутности).
На всех трех участках исследований обнаружены зоны повышенной концентрации взвешенных веществ (по мутности). Предположительно эти зоны расположены в местах повышения турбулентности речных потоков.
На участке Чебоксарского водохранилища в районе устья р. Сура обнаружена зона, в которой концентрируются более соленые воды р. Сура и наблюдаются наиболее высокие значения рН и растворенного кислорода при минимальном количестве водорослей.
Неучет пространственной неоднородности гидрохимических показателей при выполнении гидрохимической съемки может привести к искажению результатов оценки качества воды. Полученные карты распределения гидрохимических показателей после их дополнения данными об их временной изменчивости позволят повысить точность мониторинговых данных.
Работа выполнена при финансовой поддержке ВОО «Русское географическое общество» (договор № 06/2018-Р от 27 июня 2018 г.).
Список литературы:
[1] РД 52.24.309-2016 «Организация и проведение режимных наблюдений за состоянием и загрязнением поверхностных вод суши». - Ростов-на-Дону., 2016. - 100 с.
[2] Минеева Н.М. Первичная продукция планктона в водохранилищах Волги / Н.М. Минеева. Ярославль: Принтхаус, 2009. - 279 с.
[3] Капустин И.А., Ермаков С.А., Дмитриева М.С., Лещев Г.В., Мольков А.А., Шомина О.В. Исследование структуры течений в Горьковском водохранилище и связанного с ним распределения концентрации взвеси и фитопланктона. // Тезисы конференции: «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». - ИКИ РАН: 2016. Т. 14. С. 248.
[4] Ермаков С.А., Кузьмичев И.К., Смирнова М.В. Плавучий университет Волжского бассейна - итоги двухлетней работы (2016-2017 гг.) // 20-й Международный научно-промышленный форум «Великие реки'2018». Труды научного конгресса. В 3 т. Т. 1. - Н. Новгород: ННГАСУ, 2018. - с. 288-290.
[5] Смирнова (Игонина) М.В., Чебан Е.Ю., Володченко Е.В., Бердникова Е.Ю., Солина Е.С. Гидроэкологические исследования участков Горьковского и Чебоксарского водохранилищ с притоками в летний период 2017 года. // Вестник ВГАВТ. Вып. 4(53). 2017. - с. 98-108.
[6] Водохранилища / А.Б. Авакян, В.П. Салтанкин, В.А. Шарапов. - М.: Мысль, 1987. - 325 с.
SPATIAL VARIABILITY OF HYDROCHEMICAL PARAMETERS AT SELECTED SITES OF THE GORKY AND CHEBOKSARY RESERVOIRS ON THE TERRITORY OF NIZHNY NOVGOROD REGION
M. V. Smirnova, V.S. Gluhova, A.D. Nosova, E. Y. Cheban, N. V. Sustretova
Key words: Reservoirs, expeditionary studies, hydrodynamic processes, hydrochemical measurements
Three sections of the Gorky and Cheboksary reservoirs with different hydrological characteristics are considered. As a result of complex hydrodynamic structures in local parts of reservoirs zones with higher concentrations of suspended solids and dissolved substances and the deterioration of the hydrochemical characteristics of water are formed. According to the results of the expedition the pictures of the distribution of some hydrochemical indices obtained. These pictures allowed to define the zones of concentration of impurities and the degree of non-uniformity of their distribution.
Статья поступила в редакцию 20.11.2018 г.
УДК 574.633 (574.583)
Г.В. Шурганова, д.б.н., профессор ФГАОУВО «ННГУ им. Н.И. Лобачевского» В.С. Жихарев, аспирант ФГАОУ ВО «ННГУ им. Н.И. Лобачевского» Д.Е. Гаврилко, аспирант ФГАОУ ВО «ННГУ им. Н.И. Лобачевского» Т.В. Золотарева, аспирант ФГАОУ ВО «ННГУ им. Н.И. Лобачевского» Д.С. Ручкин, магистрант ФГАОУ ВО «ННГУ им. Н.И. Лобачевского» 603950, г. Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23
БИОИНДИКАЦИЯ РЕЧНОЙ ЧАСТИ ЧЕБОКСАРСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА И УСТЬЕВОЙ ОБЛАСТИ РЕКИ ОКИ НА ОСНОВЕ КОЛИЧЕСТВЕННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАЗВИТИЯ ЗООПЛАНКТОНА1
Ключевые слова: биоиндикация, зоопланктон, сообщество зоопланктона, видовая структура, качество воды, трофический статус, Чебоксарское водохранилище, Нижегородская область
В работе проведена современная оценка качества вод речной части Чебоксарского водохранилища (от плотины Нижегородской ГЭС до пос. Васильсурск) и устьевой области р. Оки. Биоиндикация выполнена на основе исследований, базирующихся на анализе соотношения численностей организмов зоопланктона. Качество вод определяли в соответствии с ГОСТом 17.1.3.07.82. Выявлены особенности пространственного распределения зоопланктоценозов речной части Чебоксарского водохранилища и устьевой области р. Оки. На основе таксономического состава зоопланктона оценён трофический статус исследованных водных объектов.
Введение
В конце ХХ века многие крупные водоемы и водотоки нашей планеты в той или иной степени ощутили на себе антропогенный пресс. В результате, в большинстве водных объектов наблюдался процесс эвтрофирования, происходил сильный рост концентрации биогенных веществ, который сопровождался увеличением продуктивности водоёмов, уменьшением содержания в воде растворенного кислорода, снижением её прозрачности и ускоренной сукцессией сообществ гидробионтов [1]. Исследование биологической составляющей экосистем позволяет охарактеризовать и проследить во времени уровень их устойчивости, а также более тщательно подойти к вопросам нормирования антропогенной нагрузки и обнаружения критических изменений экосистем [2].
1 Работа выполнена при поддержке Русского географического общества (грант «Экспедиция Плавучий университет Волжского бассейна» №06/2018-Р)
