CC BY
23Keywords: vessel of mixed navigation, operating conditions, seaworthy characteristic, long-term security, model track
An algorithm is presented to substantiate the possibility of operating ships of mixed navigation in new sea areas, based on the assumption of equal security of exceeding a given seafaring characteristic (characteristics) in the operating conditions under consideration and on the developed route.
Статья поступила в редакцию 27.08.2018 г.
УДК 556.55
О.Н. Ерина, н.с., к.г.н. ФГБОУВО «МГУ им. М.В. Ломоносова»
М.А. Терешина, инженер ФГБОУ ВО «МГУ им. М.В. Ломоносова»
В.М. Колий, магистрант ФГБОУ ВО «МГУ им. М.В. Ломоносова»
Е.А. Вилимович, магистрант ФГБОУ ВО «МГУ им. М.В. Ломоносова»
Д.И. Соколов, с.н.с., к.г.н. ФГБОУ ВО «МГУ им. М.В. Ломоносова»
119991, г. Москва, ГСП-1, Ленинские горы, МГУ, д. 1, географический факультет
ВЛИЯНИЕ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ НА ГИДРОЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ РЕЧНОГО УЧАСТКА ЧЕБОКСАРСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА
Ключевые слова: Чебоксарское водохранилище, Ока, Волга, биогенные элементы, трофический статус, погодные условия, эвтрофирование, хлорофилл, органическое вещество
В работе представлена характеристика экологического состояния речного участка Чебоксарского водохранилища от устья р. Оки до устья р. Суры по результатам рейсов экспедиции «Плавучий университет Волжского бассейна», проведенных летом 2017 и 2018 гг. Различия этих лет по гидрометеорологическим условиям весеннего и летнего периода обусловили, в свою очередь, существенные различия гидрохимического режима водохранилища. Было обнаружено в 2017 г. и подтверждено в 2018 г. наличие в верховьях Чебоксарского водохранилища двух водных масс: правобережная представлена окской водой, а левобережная - волжской. Данные водные массы существенно различаются по содержанию биогенных элементов и, как следствие, по уровню фотосинтетической активности фитопланктона.
Введение
В настоящее время изучение причин деградации экосистем Волжского бассейна и разработка мер по его восстановлению является одним из приоритетных экологических проектов, реализуемых правительством Российской Федерации [1].
Волга с ее притоками, будучи крупнейшей водной артерией Европейской части России, в настоящее время испытывает колоссальную антропогенную нагрузку. Несмотря на то, что в последние десятилетия в регионе существенно снизились объемы индустриального водопользования, в Волжском бассейне проживает более трети населения России, так что в притоки и саму Волгу продолжают поступать колоссальные объемы коммунально-бытовых сточных вод [2]. Между тем в вопросах изучения и оценок поступления загрязняющих веществ с рассредоточенными (диффузионными) источниками российские ученые делают лишь первые шаги, а сеть мониторинга диффузионного загрязнения водных объектов на сегодняшний день отсутствует [3-4].
При этом большинство исследователей при изучении загрязнения и эвтрофирова-ния основной упор делают на саму Волгу, часто упуская из вида даже ее основные притоки [5-6]. Так, например, р. Ока - самый крупный правый волжский приток -является приемником сточных вод десятков городов; со стоком р. Москвы в нее поступают очищенные сточные воды столичного региона, а также еще 6 плотно населенных областей центральной России. В отличие от Волги, сток р. Оки практически не зарегулирован (за исключением нескольких низконапорных плотин), а природные условия формирования качества воды существенно отличаются от верхневолжского бассейна. В устьевом участке в г. Нижнем Новгороде среднегодовой многолетний расход Оки сопоставим со среднегодовым расходом р. Волги, а в период весеннего наполнения Волжских водохранилищ сток Оки может значительно превышать попуски Нижегородской ГЭС. При этом химические характеристики окской и волжской воды и их внутригодовая динамика существенно различаются. В воде р. Волги содержится большое количество гуминовых веществ, обуславливающих высокую цветность. Воды Оки менее цветные, но при этом более минерализованы. Со стоком Оки в Чебоксарское водохранилище поступает и большое количество загрязняющих веществ. Вплоть до настоящего времени не опубликовано ни одной оценки привноса биогенных элементов с речным стоком Оки и ее вклада в процессы эвтрофирования Чебоксарского водохранилища, характеризующегося наиболее интенсивным цветением водорослей во всем Волжском каскаде. При этом не стоит забывать, что Ока в устьевом участке является и источником питьевого водоснабжения для г. Нижнего Новгорода, что делает изучение и сокращение ее загрязнения важнейшим вопросом, связанным с безопасностью более 1 млн человек.
Существенное воздействие как на формирование химического стока с речных водосборов, так и на развитие процессов «цветения» водорослей оказывают гидрометеорологические условия [7]. Погода в весенний период является одним из ключевых факторов, определяющих характер половодья, во время которого в реки поступает основная доля биогенных и органических веществ. Для загрязненных биогенными веществами вод погодные условия вегетационного периода являются, пожалуй, основным лимитирующим фактором возникновения вспышек цветения водорослей. При циклонической погоде с сильным ветром и низкой температурой воды даже при наличии большого количества биогенных элементов в водных объектах не будет наблюдаться активного фотосинтеза.
Таким образом, цели настоящей работы - рассмотреть трансформацию окской водной массы в верхнем речном участке Чебоксарского водохранилища на основе ее отличий от волжской по генетическим характеристикам, оценить условия для развития фитопланктона, а также межгодовые различия в характеристиках водных масс, обусловленные гидрометеорологическим фактором.
Материалы и методы
Данные о гидрологических и гидрохимических условиях на речном участке Чебоксарского водохранилища были получены во время рейсов экспедиции «Плавучий университет Волжского бассейна» 28-30 июля 2017 г. и 24-28 июля 2018 г. В ходе рейса 2017 г. исследованы водные массы в речной части Чебоксарского водохранилища протяженностью более 30 км от устья Оки до створа Макарьевского монастыря, а в 2018 г. участок обследования расширен вниз по течению до устья р. Суры. Для характеристики водных масс Волги и Оки измерения проводили у разных берегов. Непосредственно в р. Оке пробы отбирали в створах Канавинского моста в г. Нижнем Новгороде. Схема с пунктами отбора проб представлена на рис. 1.
В состав полевых работ входило измерение вертикальных профилей температуры, удельной электропроводности воды, содержания растворенного кислорода, величины рН, определение прозрачности воды и отбор проб батометром Руттнера из поверхностного слоя для проведения дальнейших лабораторных исследований. Часть лабораторных определений выполнена непосредственно на судне, для определения осталь-
ных компонентов пробы консервировали и анализировали в гидрохимической лаборатории Красновидовской учебно-научной базы МГУ имени М.В. Ломоносова. Всего за рейсы 2017 и 2018 гг. отобрано 38 проб воды, в которых определяли содержание минерального и валового фосфора, хлорофилла а, минерального кремния, нитратов и основных ионов, что позволило подробно рассмотреть абиотические факторы продукционных условий водных объектов. В 2018 г. к перечню анализируемых показателей добавился общий азот, а также косвенные показатели содержания органических веществ - цветность воды и величина химического потребления кислорода (ХПК).
Рис. 1. Схема пунктов отбора проб на речном участке Чебоксарского водохранилища в 2017 и 2018 гг. (1 - г. Н. Новгород, Чкаловская лестница;
2 - г. Н. Новгород, ниже очистных сооружений; 3 - ниже г. Кстово, 4 - ниже устья р. Кудьмы, 5 - ниже устья р. Сундовик, 6 - д. Кременки, 7 - д. Фокино, 8 - ниже устья р. Суры, 9 - р. Ока, Канавинский мост)
Метеорологические условия анализировали по данным наблюдений на метеостанции г. Нижний Новгород [8].
Результаты и их обсуждение
В 2017 г. весенние оттепели начались в последней декаде февраля, а устойчивый переход среднесуточных температур через 0 °С произошел уже в первых числах марта, с сохранением ночных заморозков во вторую-третью неделю марта и кратковременными похолоданиями (до -9 °С) в конце марта - начале апреля (рис. 2). В этих условиях снежный покров за март стаял на 60% (с 55 до 22 см), а в начале апреля с переходом среднесуточных температур через 10 °С быстро сошел полностью (хотя с возвратом холодов в середине апреля установился вновь на несколько дней).
Весь март 2018 г. (за исключением 26 марта, когда воздух прогрелся до 4,5 °С) сохранялись отрицательные температуры, достигавшие -19 °С. Высота снежного покрова к концу марта достигла 60 см. Но в апреле быстро потеплело, уже к концу первой декады апреля среднесуточная температура превысила 10 °С, и к середине апреля снеготаяние стремительно завершилось.
Кратковременное потепление в начале мая 2017 г. (до 25 °С в дневные часы) сменилось резким похолоданием, и первую половину мая среднесуточная температура была ниже 10 °С. Во второй половине месяца лишь в отдельные дни воздух прогревался выше 20 °С. Атмосферное давление было ниже среднего (740-750 мм рт.ст.). Значительную часть месяца облачность достигала 100%, в среднем составляя 70%; лишь один день в середине мая выдался ясным.
Май 2018 г. был заметно теплее. Половину дней дневная температура превышала 20 °С, достигая в середине месяца 26,5 °С. Атмосферное давление было в среднем на 5 мм рт.ст. выше, чем в 2017 г. Среднемесячная облачность составила 50%, примерно четверть дней месяца были малооблачными или безоблачными. Середина месяца была безветренной, в конце мая скорость ветра в порывах достигала 20-25 м/с.
В первую декаду июня 2017 г. похолодало (до 3 °С в ночные часы), остальную
часть месяца потепления чередовались с похолоданиями. Среднесуточная температура теплых синоптических циклов (длительностью 4-5 дней) превышала 15 °С, максимальная составляла 20-25 °С; холодные периоды характеризовались средней температурой менее 15 °С и максимальной 15-20 °С.
Первую половину июня 2018 г. также происходило чередование теплых синоптических циклов (с дневной температурой до 22 °С) с холодными (когда температура в отдельные дни не поднималась выше 8 °С). Но вторая половина июня была жарче, чем в 2017 г.: установилась преимущественно малооблачная погода, и воздух прогревался до 25-30 °С и более.
В начале июля 2017 г. прошел циклон, сопровождавшийся сильным ветром (порывами до 13 м/с), обильными осадками (6 июля их слой составил 74 мм, что привело к подтоплению значительных территорий) и обусловивший значительное похолодание (до 9 °С в ночные часы). К середине месяца потеплело до 24 °С (максимальная дневная температура почти достигала 30 °С), затем похолодало до 15-20 °С, затем вновь потеплело до 26 °С (с дневными максимумами до 32,5 °С).
т, ,:,с
X. мм
/
] ^ИХ (2017) м Х(2018) -Т (2017) Т (2018)
Рис. 2. Количество атмосферных осадков Х, мм и температура воздуха Т, °С в 2017-2018 гг. по данным метеостанции г. Нижний Новгород
Июль 2018 г. был стабильно жарким, в начале месяца дневные температуры достигали 24 °С и выше, погодные условия второй и третьей декады были схожи с соответствующим периодом 2017 г.
Самым жарким месяцем и в 2017, и в 2018 г. стал август. Минимальная температура воздуха не опускалась ниже 13 °С (за исключением конца августа 2017 г.), максимальная - превышала 20 °С (за исключением конца августа 2017 г. и нескольких дней в середине августа 2018 г.), достигая 30 °С и более (в 2017 г. - в начале третьей декады, а в 2018 г. - в первых числах месяца). Оба августа характеризовались большим количеством малооблачных дней; в целом август 2017 г. был более пасмурным, однако август 2018 г. - более дождливым (за счет двух сильных дождей в последнюю декаду месяца с суточным слоем осадков до 24 мм).
Первая декада сентября 2017 г. оказалась заметно (более чем на 3 °С) холоднее, чем в 2018 г.: среднесуточная температура воздуха опускалась до 10 °С, ночная - до 7°С (по сравнению с 13 и 10 °С в 2018 г. соответственно). Вторая декада в 2017 г. была, напротив, немного (менее чем на 2 °С) теплее, чем в 2018 г.; в дневные часы воздух прогревался до 20-25 °С. Последняя декада сентября оба года характеризовалась снижением среднесуточных температур воздуха до 4-6 °С, ночных - до 1-3 °С; в 2018 г. эта декада была ветреной (с порывами до 17 м/с) и дождливой (56 мм осадков за 6 дней).
По количеству выпавших атмосферных осадков и их временному распределению с мая по сентябрь рассматриваемые годы очень схожи (суммарный слой осадков за 5 месяцев 2017 и 2018 гг. составил 302 и 293 мм соответственно). По характеру ветро-
вого воздействия годы также близки: 2018 г. в среднем характеризовался чуть большими скоростями ветра, оба года преобладали румбы от южного до юго-восточного (с отклонениями в 2017 г. чаще к юго-западному и западному направлению, в 2018 г. - к восточному и северо-восточному).
Таким образом, в целом 2017 г. по сравнению с 2018 г. характеризовался более мягкой зимой, но холодным летом. Причем первая половина лета (с мая по середину июля) в 2017 г. была заметно (на 2,2-4,5 °С) прохладнее, чем в 2018 г.: среднемесячная температура в мае составила в эти годы 10,4 и 14,9 °С, в июне - 14,3 и 16,5 °С, в первой половине июля - 15,9 и 20,1 °С соответственно. Со второй половины июля до конца сентября годы различались по погодным условиям не столь существенно (не более чем на 1,5 °С): средняя температура второй половины июля составила в 2017 и 2018 гг. 20,2 и 21,7 °С, в августе - 18,6 и 19,3 °С, в сентябре - 12,1 и 13,6 °С соответственно.
Отличия рассматриваемых лет по метеорологическим условиям обусловили существенные различия и в характеристиках водных масс на речном участке Чебоксарского водохранилища. При экспедиционных исследованиях в створе Стрелки г. Нижнего Новгорода (т. 1) были обнаружены два потока, электропроводность которых различалась в два раза. В 2017 г. в окском (правобережном) потоке она составляла 523 мкСм/см, а в волжском потоке - 224 мкСм/см. В 2018 г., характеризовавшимся меньшей водностью, электропроводность в окском потоке была намного выше и составила 668 мкСм/см, в то время как в левобережном потоке межгодовых изменений не зафиксировано (рис. 3).
2017
2018
Рис. 3. Электропроводность воды (®25°, мкСм/см) в Чебоксарском водохранилище в 2017 и 2018 гг. на участке от устья р. Оки до устья р. Суры (номера точек согласно рис. 1)
Подобные межгодовые различия водной массы р. Оки обусловлены в первую очередь гидрометеорологическими особенностями лет, так как сток Оки практически не зарегулирован. Характеристики волжского потока определяются прежде всего режимом регулирования нескольких расположенных выше по течению гидроузлов, поэтому гидрохимический режим р. Волги уже давно не подчиняется естественным сезонным закономерностям, присущим незарегулированным водотокам.
В 13 км ниже по течению в районе очистных сооружений г. Нижнего Новгорода (т. 2) в результате разбавления окского потока сточными водами и начала процесса смешения с волжскими водами электропроводность у правого берега снижается на 50-70 мкСм/см, но по данным обоих лет по-прежнему отличалась от левобережной водной массы примерно в 2 раза. При этом в 2017 г. наблюдался незначительный рост электропроводности волжского потока. В 2018 г. проба в районе очистных сооружений была отобрана не в волжском потоке, а в зоне смешения с окской водной массой, что было обусловлено техническими ограничениями (работой с судна исключительно в пределах судового хода).
Далее вниз по течению происходит постепенное смешение двух водных масс, однако существенные различия в их электропроводности и интенсивное стоковое течение обуславливают сохранение двух разнородных потоков вплоть до д. Кремен-ки, расположенной в 140 км ниже устья р. Оки (т. 6). Лишь в районе д. Фокино (т. 7) различия между потоками перестают быть значительными и составляют около 20-25 мкСм/см.
Сопоставив результаты рейсов, можно сделать вывод, что в 2018 г. смешение водных масс происходило быстрее, что связано с меньшей водностью р. Оки по сравнению с 2017 г.
Электропроводность воды является показателем ее минерализации и позволяет установить генетические различия водных масс, однако гораздо большее гидроэкологическое значение имеет содержание в воде биогенных элементов.
Так, концентрация минерального фосфора - важнейшего биогенного элемента, часто лимитирующего развитие фитопланктона, и поэтому многими исследователями считающегося ключевым абиотическим показателем эвтрофирования [9-10], в районе Стрелки г. Нижнего Новгорода в окском потоке в 2018 г. составила 0,106 мг/л, тогда как в волжской водной массе это значение было в 4 раза ниже и составляло 0,025 мг/л (рис. 4). Такие различия возникают потому, что в волжских водохранилищах минеральный фосфор активно потребляется фитопланктоном. При этом в 2017 г. содержание фосфатов в волжской воде было примерно в 2 раза больше, что является прямым следствием гидрометеорологических особенностей данного года. В связи с циклонической погодой, преобладавшей в июне и июле, в Горьковском водохранилище, расположенном выше по течению, не происходило бурного развития водорослей, в связи с чем минеральный фосфор не потреблялся так активно, как это было в 2018 г.
В районе очистных сооружений в 2017 г. было зафиксировано сильное увеличение содержания фосфатов у правого берега, обусловленное, вероятно, сбросами сточных вод. В волжском потоке при этом оба рассматриваемых года не происходило существенных изменений концентрации минерального фосфора.
Ниже по течению, как и в случае с электропроводностью, различия по содержанию минерального фосфора между волжским и окским потоком продолжают сглаживаться, но ввиду потребления биогенных веществ фитопланктоном это происходит быстрее. Уже в районе д. Лысково (т. 5) содержание фосфатов выравнивается на уровне 0,070 мг/л в обоих потоках. В 2018 г. также выявлено влияние стока р. Суры, так как в створе ниже ее устья (т. 8) содержание фосфатов в Чебоксарском водохранилище увеличилось на 30% и составило 0,100 мг/л.
Таким образом, сопоставляя содержание минерального фосфора по результатам рейсов, можно сделать вывод, что в 2017 г. на речном участке Чебоксарского водохранилища отмечались более высокие концентрации минерального фосфора по срав-
нению с 2018 г., что, вероятно, обусловлено большим смывом фосфатов с водосбора при прохождении дождевых паводков, а также более низким потреблением фитопланктоном из-за неблагоприятных метеорологических условий для его жизнедеятельности.
2017
2018
Рис. 4. Содержание минерального фосфора (Рмин, мг/л) в Чебоксарском водохранилище в 2017 и 2018 гг. на участке от устья р. Оки до устья р. Суры
Содержание валового фосфора (рис. 5) характеризует содержание как минеральных форм данного элемента, так и органических, которые могут быть следствием как загрязнения, так и жизнедеятельности фитопланктона (а в случае, когда рассматривается содержание фосфора в нефильтрованных пробах, - и самими клетками водорослей). Поэтому при рассмотрении динамики фосфора очень важно учитывать именно соотношение его форм.
В районе Стрелки г. Нижнего Новгорода содержание валового фосфора в 2018 г. изменялось от 0,053 мг/л в волжском потоке до 0,195 мг/л в окском потоке. При этом около 50% от этих величин в обоих потоках представлено органическими формами. В 2017 г. при сходных абсолютных величинах соотношение минеральной и органической форм в волжском потоке было совершенно другим: более 80% было представлено минеральной формой. Это подтверждает уже описанные выше причины подобного распределения, связанные с погодными условиями 2017 г. В 2018 г. со сбросами Горьковского гидроузла в нижний бьеф попадало гораздо больше клеток водорослей, чем в 2017 г., из-за более активного «цветения» фитопланктона в Горьковском водохранилище в это время.
В районе очистных сооружений у правого берега содержание валового фосфора в Чебоксарском водохранилище достигало 0,340 мг/л, при этом доля минеральной фор-
мы увеличилась на 20% по сравнению со створом Стрелки, что обусловлено влиянием очистных сооружений г. Нижнего Новгорода, которые не осуществляют очистку сточных вод от фосфорных и азотистых соединений. При этом содержание валового фосфора в волжском потоке не претерпевало существенных изменений ни в 2017, ни в 2018 гг.
2017
2018
Рис. 5. Содержание валового фосфора (Рвал, мг/л) в Чебоксарском водохранилище в 2017 и 2018 гг. на участке от устья р. Оки до устья р. Суры
В результате смешения водных масс содержание валового фосфора выравнивается уже на участке г. Кстово - д. Лысково. При этом на рис. 4 видно, что в 2018 г. смешение происходит быстрее из-за меньшей доли окской водной массы в общем объеме воды на данном участке водохранилища. Ниже устья р. Суры в 2018 г. содержание валового фосфора составляло у правого берега 0,124 мг/л, а у левого - 0,121 мг/л, при этом доля минеральной формы достигала 80%, что говорит об отсутствии активного фотосинтеза в данном районе водохранилища. Это подтверждается и значениями содержания растворенного кислорода на уровне 70% насыщения.
В 2018 г. во время рейсов экспедиции «Плавучий университет Волжского бассейна» впервые проводилось определение содержания общего азота в воде. Содержание азота в районе Стрелки г. Нижнего Новгорода составляло в окском потоке 1,204 мг/л, а в волжском - 0,767 мг/л (рис. 6). Ниже по течению происходило постепенное смешение водных масс и выравнивание содержания азота по ширине водохранилища на рассматриваемом участке. В самом нижнем створе в районе устья р. Суры содержание валового азота у обоих берегов составляло около 1,0 мг/л.
Определение содержания общего азота в воде рассматриваемого участка позволи-
ло оценить соотношение главных биогенных элементов, лимитирующих эвтрофиро-вание - азота и фосфора (Т№ТР). Данное соотношение позволяет судить о том, какой биогенный элемент в воде является лимитирующим. При соотношении Т№ТР более 20:1 лимитирующим является фосфор, а при соотношении Т№ТР менее 10:1 - азот [11-14]. В промежуточном диапазоне между этими границами любой из элементов может лимитировать развитие фитопланктона, либо же может наблюдаться ко-лимитиция.
Рис. 6. Содержание общего азота (Кобщ, мг/л) в Чебоксарском водохранилище в 2018 г. на участке от устья р. Оки до устья р. Суры
Это соотношение также зависит от генезиса водной массы. На рассматриваемом участке в районе Стрелки г. Нижнего Новгорода в волжской водной массе соотношение Т№ТР составляло 16:1, а в окской - 6:1. Это означает, что лимитирование развития фитопланктона в Окской воде происходит именно по содержанию азота. Ниже по течению соотношение в обоих потоках начинает трансформироваться и в районе устья р. Суры у обоих берегов составляет 8:1 (табл. 1).
Полученные соотношения позволяют предположить преобладание азотного лимитирования развития фитопланктона на речном участке Чебокарского водохранилища. При этом вопрос очистки сточных вод от азотистых соединений в настоящее время стоит крайне остро, потому что даже самые крупные очистные сооружения в России зачастую не оборудованы блоками нитрификации и денитрификации, в то время как в зарубежной литературе уже несколько десятилетий обусждается связь эвтрофирования водных объектов с поступлением именно азота [15-18].
Соотношение TN:TP общего азота к общему фосфору на речном участке Чебоксарского водохранилища в 2018 г.
Таблица 1
Место отбора пробы Т.1 Т.2 Т.3 Т.4 Т.5 Т.7 Т.8
ПБ (окский поток) 6:1 7:1 9:1 8:1 9:1 9:1 8:1
ЛБ (волжский поток) 14:1 9:1 12:1 13:1 9:1 10:1 8:1
Биомасса фитопланктона, косвенной характеристикой которой является содержание хлорофилла а в воде, позволяет судить о трофическом статусе водного объекта,
являясь таким образом показателем, комплексно характеризующим весь комплекс абиотических факторов: как гидрометеорологические условия, так и уровень загрязненности вод. По результатам обследований рассматриваемого участка нами были выявлены существенные различия между окским и волжским потоками по уровню фотосинтетической активности фитопланктона. Так, в районе Стрелки г. Нижнего Новгорода в правобережной части водохранилища в 2018 г. концентрация хлорофилла а составляла 43,9 мкг/л, тогда как в волжской водной массе - всего 6,6 мкг/л. В 2018 г. различия были еще существеннее: в окском потоке концентрация хлорофилла а достигала 62 мкг/л при сходных с 2018 г. значениях в волжском потоке. Такие значительные различия обусловлены сочетанием нескольких факторов. Во-первых, скорость течения р. Волги в нижнем бьефе Горьковского гидроузла намного превышает скорость течения р. Оки в устьевом участке. Турбулентное перемешивание не создает условий для вегетации фитопланктона даже при антициклонической безветренной погоде. Во-вторых, в водах р. Оки содержится намного больше биогенных веществ по сравнению с волжской водой, что обеспечивает необходимые условия для активного развития фитопланктона.
2017
2018
Рис. 7. Содержание хлорофилла а (СЫ а, мкг/л) в Чебоксарском водохранилище в 2017 и 2018 гг. на участке от устья р. Оки до устья р. Суры
В районе очистных сооружений концентрация пигмента в окском потоке оба года уменьшалась до 32 мкг/л. Несмотря на увеличение содержания биогенных веществ в этом месте, загрязненные сточные воды оказывают угнетающее воздействие на фито-планктонное сообщество, в результате чего его фотосинтетическая активность снижается.
Другой фактор, обуславливающий снижение активности фитопланктона в окском потоке речного участка Чебоксарского водохранилища - увеличение скорости течения по сравнению с устьевой зоной р. Оки. Динамический режим в данном районе не способствует активной вегетации водорослей, в связи с чем содержание хлорофилла у правого берега снижается и на участке д. Лысково - д. Кременки достигает уровня значений Волжского потока. В районе устья р. Суры содержание хлорофилла в Чебоксарском водохранилище составляет около 9 мкг/л в обеих зонах.
Таким образом, на речном участке Чебоксарского водохранилища не было обнаружено ярко выраженных пятен «цветения» фитопланктона. Однако, стоит учитывать, что в работах, указывающих на наиболее напряженный трофический статус Чебоксарского водохранилища во всем Волжском каскаде [19-20], рассматривается озерный участок водоема, где динамические условия гораздо более благоприятны для вегетации водорослей. Поэтому для получения объективных оценок трофического статуса водохранилища в будущих рейсах экспедиций «Плавучего университета Волжского бассейна» необходимо расширить зону исследований до приплотинного района.
Выводы
Было выявлено, что на речном участке Чебоксарского водохранилища на протяжении более 100 километров наблюдаются две водные массы - правобережная представлена окской водой, левобережная - волжской. Эти водные массы значительно различаются по электропроводности, содержанию растворенного кислорода и биогенных веществ и концентрации хлорофилла а, и, как следствие - по уровню фотосинтетической активности.
Более высокое содержание соединений минерального фосфора и нитратов в сочетании с меньшими скоростями течения в устьевом участке р. Оки приводит к заметному развитию водорослей даже в периоды с неблагоприятными погодными условиями. Результаты экспедиций «Плавучего университета Волжского бассейна» показали, что Ока должна рассматриваться как один из крупнейших источников биогенного загрязнения Чебоксарского водохранилища и, как следствие, его антропогенного эвтрофирования.
Важнейшим выводом данной работы является выявленная предрасположенность к лимитированию развития фитопланктона в Чебоксарском водохранилище не по содержанию фосфора, а по содержанию азота. В настоящее время при изучении процессов эвтрофирования Волжского бассейна и его причин азот крайне редко рассматривается как лимитирующий компонент водной экосистемы, поэтому данный вопрос изучен крайне плохо. До сих пор большинство очистных сооружений на территории Российской Федерации не оснащены блоками очистки от азотистых соединений, что приводит к поступлению в водные объекты огромного количество биогенных элементов.
Работа выполнена при финансовой поддержке Всероссийской общественной организации «Русское географическое общество» (РГО) в рамках грантового проекта РГО «Экспедиция «Плавучий университет Волжского бассейна» (Договор № 06/2018-Р от 27.06.2018).
Список литературы:
[1] Розенберг Г.С. и др. Сбережение уникальных природных символов России: от программ «Возрождение Волги» к «Оздоровлению Волги» // Охрана природы и региональное развитие: гармония и конфликты (к Году экологии в России). - 2017. - С. 51-59.
[2] Демин А.П. Сточные воды и качество воды в бассейне реки Волга (2000-2015 гг.) // Ученые записки Российского государственного гидрометеорологического университета. - 2017. -№48. - С. 55-71.
[3] Селезнева А.В., Беспалова К.В., Селезнев В.А. Методология оценки диффузного загрязнения водохранилищ Волжско-Камского каскада // Материалы международной конференции
«Экологические проблемы бассейнов крупных рек». - Тольятти: ИЭВБ РАН, 2018. - №6. - С. 276-278.
[4] Веницианов Е.В., Кирпичникова Н.В. Проблема регулирования неконтролируемых диффузных загрязнений водных объектов // Материалы международной конференции «Экологические проблемы бассейнов крупных рек». - Тольятти: ИЭВБ РАН, 2018. - №6. - С. 58-60.
[5] Кочеткова М.Ю. Формирование качества воды Горьковского и Чебоксарского водохранилищ // Известия Российской академии наук. Серия географическая. - 2010. - №2. - С. 100-111.
[6] Минеева Н.М. Растительные пигменты в воде волжских водохранилищ. - М.: Наука, 2004. -156 с.
[7] Даценко Ю.С. Эвтрофирование водохранилищ. Гидролого-гидрохимические аспекты. - М.: ГЕОС, 2007. - 252 с.
[8] Расписание погоды - Rp5.ru [электронный ресурс] / Режим доступа: https://rp5.ru/Архив _погоды_в_Нижнем_Новгороде, свободный. - Дата обращения: 10.10.2018. - Загл. с экрана.
[9] Paerl H.W., Hall N.S., Calandrino E.S. Controlling harmful cyanobacterial blooms in a world experiencing anthropogenic and climatic-induced change // Science of the Total Environment. - 2011. -V. 409. N. 10. - P. 1739-1745.
[10] Conley D.J. et al. Controlling eutrophication: nitrogen and phosphorus // Science. - 2009. -V. 323. N. 5917. - P. 1014-1015.
[11] Трифонова И.С., Игнатьева Н.В., Маслевцов В.В., Островская Т.А. Зависимость показателей летнего планктона от содержания биогенных элементов в малых озерах Латгалии с разным уровнем антропогенного эвтрофирования // Экология. - 1986. - №5. - С. 31-38.
[12] Hoyer M.V., Jones J.R. Factors affecting relation between phosphorus and chlorophyll a in midwestern reservoirs // Can. J. Fish, and Aquat. Sci. - 1983. - V. 40. N. 2. - P. 192-199.
[13] Sakamoto M. Primary production by phytoplankton community in some Japanese lakes and its dependence on lake depth // Arch. Hydrobiol. - 1966. - V. 62. N. 1. - P. 1-28.
[14] Seip K.L. Phosphorus and nitrogen limitation of algal biomass across trophic gradients // Aquat. sci. - 1994. - V. 56. N. 1. - P. 16-28.
[15] Lewis W.M., Wurtsbaugh W.A., Paerl H.W. Rationale for control of anthropogenic nitrogen and phosphorus to reduce eutrophication of inland waters // Environmental science & technology. - 2011. - V. 45. N. 24. - P. 10300-10305.
[16] Vitousek P.M., Howarth R.W. Nitrogen limitation on land and in the sea: how can it occur? // Biogeochemistry. - 1991. - V. 13. N. 2. - P. 87-115.
[17] Vitousek P.M. et al. Human alteration of the global nitrogen cycle: sources and consequences // Ecological applications. - 1997. - V. 7. N. 3. - P. 737-750.
[18] Dodds W.K., Jones J.R., Welch E.B. Suggested classification of stream trophic state: distributions of temperate stream types by chlorophyll, total nitrogen, and phosphorus // Water Research. - 1998. -V. 32. N. 5. - P. 1455-1462.
[19] Корнева Л.Г., Соловьева В.В., Макарова О.С. Разнообразие и динамика планктонных аль-гоценозов водохранилищ Верхней и Средней Волги (Рыбинское, Горьковское, Чебоксарское) в условиях эвтрофирования и изменения климата // Труды Института биологии внутренних вод РАН. - 2016. - №76(79). - С. 35-45.
[20] Сигарева Л.Е., Тимофеева Н.А., Законнов В.В. Оценка влияния фитопланктона на продукционные свойства донных отложений Чебоксарского водохранилища по растительным пигментам // Вода: химия и экология. - 2013. - №1. - С. 72-78.
EFFECT OF METEOROLOGICAL CONDITIONS ON THE HYDRO-ECOLOGICAL STATE OF A RIVERINE PART OF THE CHEBOKSARY RESERVOIR
O.N. Erina, M.A. Tereshina, V.M. Kolii, E.A. Vilimovich, D.E. Sokolov
Keywords: Cheboksary reservoir, Oka, Volga, nutrients, trophic state, weather conditions, eutrophication, chlorophyll, organic matter
In this paper, we characterize the ecological state of a riverine part of the Cheboksary reservoir (from Oka to Sura river confluence) by the results of the Floating University of the Volga Basin expeditions in summer of 2017 and 2018. Differences in spring and summer hydrometeorological conditions of these years caused significant variation in hydrochemical
regime of the reservoir. Data of 2018 confirmed the existence of two distinctive water masses in the Cheboksary reservoir, which were identified in 2017: the right-bank zone with predominance of Oka water, and left-bank Volga zone. These parts differ in nutrient content, and consequently the level of photosynthetic activity.
Статья поступила в редакцию 31.10.2018 г.
УДК 378.147
Е.С. Клименко, к.т.н., доцент ФГБОУ ВО «ГМУ им. адмирала Ф.Ф. Ушакова» Л.Н. Бородина, к.п.н., доцент ФГБОУ ВО «ГМУ им. адмирала Ф.Ф. Ушакова» А.Ю. Рыченкова, к.т.н., доцент ФГБОУ ВО «ГМУ им. адмирала Ф.Ф. Ушакова» 353918, г. Новороссийск, пр. Ленина, 93
ПРИКЛАДНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СИСТЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ МЕХАНИЗМОВ И МАШИН НА МОРСКОМ ТРАНСПОРТЕ
Ключевые слова: Математическое и компьютерное моделирование, модель, профессионально-ориентированные задачи, проектирование, компьютерные технологии.
В статье рассматриваются вопросы разработки некоторых прикладных задач моделирования, а также психолого-педагогических проблем, разрешаемых при помощи моделирования в процессе обучения, в частности, при формировании понятий, интерпретации графических моделей и решении учебных задач конструирования при проектировании простейших элементов машин и механизмов общего назначения на морском транспорте.
В связи с необходимостью развития системы высшего образования и технологической модернизации в современных условиях происходит существенное изменение содержания и методики образовательного процесса, требующее внедрения новых подходов к обучению. Проблема совершенствования методики преподавания инженерно-графических дисциплин с использованием компьютерных средств в морском вузе является актуальной в сфере компетентностного подхода. Наиболее актуальным вопросом является разработка методологических основ теории и практики применения информационных образовательных технологий как системы эффективного формирования профессиональных компетенций. Соответственно, при подготовке специалистов морского вуза необходима нацеленность на формирование профессиональных инженерно-графических компетенций через использование инновационных технологий для решения профессиональных инженерно-графических задач на морском транспорте. В настоящее время единой утвержденной процедуры проектирования содержания профессионального образования в рамках компетентностного подхода пока не выработано. Но существует несколько вариантов соответствующих методик: 1) вариант НИИ общей педагогики; 2) вариант, разработанный в проекте «Tuning»; 3) вариант МГУ. Проведенный Н.А. Читалиным анализ этих вариантов, позволяет утверждать, что они «имеют некоторые сходства, что говорит об их совместимости и принципиальной возможности взаимодополнения и взаимозаменяемости элементов на разных этапах (уровнях) проектирования». Общим для всех представленных выше методик является отсутствие в них конструктивных подходов (рекомендаций) по оп-
