ЭКОЛОГИЯ/2.Экологические и метеорологические проблемы

больших городов и промышленных зон

Д.т.н., проф. Красногорская Н.Н., к.г.н. Елизарьев А.Н., асп. Хаертдинова Э.С.

ФГБОУ ВПО Уфимский государственный авиационный технический университет

Оценка взаимосвязи процессов испарения с качеством воды бессточных водоемов (на примере оз. Долгое г. Уфа)

Введение

В настоящее время одной из основных экологических проблем урбанизированных территорий, как заявлено в решении V Всемирного водного форума (Стамбул, 2009), является загрязнение водных объектов. Наибольшему антропогенному прессу подвержены внутригородские водоемы, характеризующиеся замедленным водообменом и пониженной самоочищающейся способностью.

Снижение качества воды в водоемах происходит вследствие заиления, зарастания и засоления. Если заиление и зарастание являются этапами естественного процесса старения водоема, то засоление в большинстве случаев происходит по причине антропогенного воздействия. Наибольшему засолению подвержены бессточные водоемы, что связано с особенностями водного баланса. Поскольку с увеличением минерализации (засоление), уменьшается испарение с поверхности водоема, актуальным является исследование влияния величины испарения на качество воды в бессточных водоемах.

Объект исследования

В качестве объекта исследования выбрано оз. Долгое, расположенное в микрорайоне Нижегородка г. Уфы. Озеро Долгое лежит на высоте 86,2 м БС и образовалось в результате перекрытия грунтовой плотиной протока, спрямляющего излучину р.Белой. Озеро бессточное, по очертанию акватории является вытянутым. Основные морфометрические показатели поверхности водоема: площадь поверхности 0,022 км²; длина 2,2 км; ширина 0,08 км. Озеро Долгое по периметру окружено малоэтажными жилыми домами и хозяйственными постройками.

Для оценки физико-географических особенностей территории оз. Долгое и обоснования антропогенной нагрузки на водоем по топографическим картам масштаба 1:100000 построена трехмерная модель территории водоема в ГИС программе Surfer 9.0 (рисунок 1).

С

Рисунок 1 - Трехмерная модель территории оз. Долгое

Как видно из рисунка 1, рельеф водосбора оз. Долгое неоднородный. В восточной части территории водосбора расположен холм. В соответствии с гипсометрической характеристикой поверхность территории оз. Долгое низменная. Западный и восточный берега низменные и пологие. Северный и южный берега пологие, слабовыраженные, отличаются заболоченностью. Мезорельеф северной и южной части водосбора представлен старым руслом реки Белой. Наличие пологого берега и уклона в сторону водоема обуславливает поверхностный сток в оз. Долгое.

При оценке антропогенной нагрузки на оз. Долгое учитывались показатели косвенного (опосредованного) воздействия, поскольку прямое воздействие на оз. Долгое отсутствует.

Косвенное, площадное воздействие на оз. Долгое проявляется в виде антропогенных нагрузок на водосборе, связанных с заселением территории (урбанизировано более 75% территории водосбросного бассейна оз. Долгое). Заселение территории водосбора оз. Долгое обусловило наличие линейных и точечных источников загрязнения. Линейным источником загрязнения оз. Долгое является неорганизованный поверхностный сток с поверхности водосбора. Точечными источниками загрязнения оз. Долгое являются выпуски хозяйственно-бытовых сточных вод с территории комплекса малоэтажных жилых домов и несанкционированные свалки бытовых отходов в прибрежной зоне.

Оз. Долгое является старицей реки Белая, поэтому при выходе воды на пойму, река соединяется с озером, что приводит к частичному затоплению прибрежной части и обновлению воды водоеме.

Материалы и методы исследований

Для определения минерализации воды в оз. Долгое в основные фазы водного режима проводился отбор точечных проб воды на глубине 0,3 м от поверхности. На оз. Долгое пробы воды отбирались весной (27.04.2011), в начале лета (20.06.2011), в конце лета (16.08.2011) и осенью (12.10.2011). Пробы воды отбирались в стеклянную посуду с минимальным объемом 0,5 дм³. Отбор проб воды сопровождался фиксацией температуры воды в каждой точке с помощью ручного эхолота JJ-Connect Fisherman 130. Определение минерализации воды проводилось методом прямой кондуктометрии, основанным на контактном измерении тока с учетом электролитической постоянной датчика проводимости и температуры воды, на приборе inoLab Cond Level1.

Результаты и их обсуждение

Изменение температуры воды в оз. Долгое за исследуемый период (2011г.) графически интерпретировано на рисунке 2а. В качестве примера, представлены результаты замера температуры воды в оз. Долгое в июне 2011 г., которые графически интерпретированы с помощью программы ArcGis 9.3.1 (Spatial Analyst) (рисунок 3).

Рисунок 2– Изменение температуры воды в оз. Долгое:

а) за исследуемый период; в июне 2011 г.

Как видно из рисунка 2, за исследуемый период максимальная температура воды составила 23,8±0,12 °С, минимальная 7,36±0,91 °С. Среднее значение температуры воды в оз. Долгое в июне 2011 г. равно 20,08±0,12 °С. По классификации водоемов умеренной зоны (Китаев С.П., 1984) оз. Долгое теплое (15…20°С).

Среднее значение общего содержания солей в воде оз.Долгое за исследуемый период колеблется от 0,5 до 0,55 г/л, т.е. вода с относительно повышенной минерализацией (0,5…1,0 г/л). Оз. Долгое является бессточным поэтому, по-видимому, происходит накопление солей в водоеме. Расчет испарения воды с поверхности оз. Долгое за исследуемый период проведен в соответствии с методикой [1].

На основе результатов измерений и расчетов проведен регрессионный анализ взаимосвязи величины минерализации воды и величины испарения в оз. Долгое за исследуемый период. В качестве предиктанта выбрана минерализация воды в оз. Долгое, а в качестве предиктора – величина испарения. Графики полученных зависимостей представлены на рисунке 3.

а) 27.04.2011; б) 20.06.2011; в) 16.08.2011; г) 12.10.2011

Рисунок 3 – Графики зависимости величины минерализации воды в оз. Долгое от величины испарения

Полученные уравнения линейной регрессии (рисунок 3) могут использоваться в качестве прогностической зависимости, если обеспечивают необходимую точность расчета. Поэтому проведен анализ соответствия рассматриваемых уравнений требованиям, предъявляемым в гидрологии к уравнениям линейной регрессии [2] (таблица 1).

Таблица 1 – Результаты анализа соответствия полученного уравнения регрессии требованиям

Дата	Величина статистических параметров в настоящей работе	Условие
		N≥10	|R|≥0,7	|R|/σR≥2	|a|/σa≥2
27.04.2011	N=8; R=0,9; σR=0,5; а=2,98; σa=0,58	«-»	«+»	«-»	«+»
20.06.2011	N=8; R=0,05; σR=2,63; а=0,03; σa=0,25	«-»	«-»	«-»	«-»
16.08.2011	N=8; R=0,79; σR=0,99; а=0,46; σa=0,14	«-»	«+»	«-»	«+»
12.10.2011	N=8; R=0,5; σR=1,98; а=0,16; σa=0,17	«-»	«-»	«-»	«-»

Примечание: N – число предикторов; R – коэффициент корреляции; σ_R – стандартная ошибка коэффициента парной корреляции; σ_R – стандартная ошибка коэффициента парной корреляции; а – коэффициент регрессии; σ_a – стандартная ошибка коэффициента регрессии; «+» - соответствует условию; «-» - не соответствует условию

Как видно из таблицы 1, полученные уравнения регрессии полностью (20.06.2011. 12.10.2011) и практически (27.04.2011, 16.08.2011) не соответствуют требованиям, т.е. не могут использоваться в практике.

Для определения тесноты и направления взаимосвязи между величиной минерализации и величиной испарения в оз. Долгое выполнен корреляционный анализ. Для оценки силы связи в теории корреляции применяется шкала английского статистика Чеддока. В соответствии с полученными коэффициентами корреляции (таблица 1), связь между минерализацией воды и величиной испарения в апреле – высокая; в июне – отсутствует; в августе – высокая и в октябре - заметная.

Заключение

Анализ полученных результатов показал, что по величине испарения нельзя однозначно определить степень минерализации (засоления), следовательно, и качество воды в водоеме. По-видимому, это обусловлено тем, что испарение в основном зависит от метеорологических факторов и степени зарастания водоема, а минерализация - как от антропогенных (сброс сточных вод), так и природных (наличие подземных источников) факторов.

Литература:

1. Указания по расчету испарения с поверхности водоемов. – Л.: Гидрометеорологическое издательство. 1969, 85 с.

2. Дружинин В.С., Сикан А.В. Методы статистической обработки гидрометеорологической информации. Учебное пособие. – СПб.: Изд. РГГМУ, 2001. 167 с.