Прогноз гидрохимического режима водохранилища сезонного регулирования.

Исходя из материалов гидрохимических наблюдений, приведенных в «Техническом отчете по инженерно-гидрометеорологическим изысканиям», том 4. приложение Ц за расчетное качество воды приняты средние из максимальных показателей качества воды р. Иртыш по периодам водного режима. Как следует из гидрохимической характеристики фоновое качество воды в реке имеет превышение ПДК по содержанию аммонийного азота, фенолов в период весеннего половодья, нефтепродуктов, хлорорганических ядохимикатов (d-ГХЦГ, ୪-ГХЦГ), высокое содержание таких биогенных элементов, как фосфор и железо.

Изменение содержания нефтепродуктов и органических соединений не имеет четкой тенденции во времени. На рисунках 17, 18 приведены графики с динамикой изменения средних концентраций загрязняющих веществ в воде р. Иртыш – с. Татарка в пространстве по длине р. Иртыш от входного створа с. Татарка до створа р. Тара. На графике четко прослеживается снижение концентрации загрязняющих веществ до створа 5,3 км выше г. Омска, что означает превалирование процессов самоочищения загрязняющих веществ над объемами поступления их в реку на этом участке.

Из графиков видно, что в период до 1992 года наблюдается повышение концентраций органических веществ в воде р. Иртыш с пиком в створе 7 км ниже г. Омска, далее происходит некоторое снижение концентраций органических веществ. По фенолам, железу, меди наблюдалось равномерное повышение концентраций от створа 7 км ниже г. Омска, до границы Омской области. Повышение концентраций загрязняющих веществ в воде р. Иртыш ниже г. Омска связано со сбросом сточных вод в реку. Кроме того, влияние на качество воды р. Иртыш ниже г. Омска в пределах Омской области оказывает речной и маломерный флот, а также диффузный сток. Анализ загрязнения воды р. Иртыш в пространстве по длине реки показывает общее снижение концентраций загрязняющих веществ от входного створа до г. Омска и резкое повышение ниже г. Омска. Данное явление связано также с поступлением загрязняющих веществ (ЗВ) с наиболее урбанизированной территории, так и поступлением ЗВ с водами р. Омь.

Динамика средних концентраций загрязняющих веществ р. Оми за 1976-1989годы, 1995 год приведена на графиках 19, 20. Вода р. Оми загрязнена органическими веществами, нефтепродуктами – 10 ПДК, фенолами – 8 ПДК, железа – 2,7 ПДК см.

Внутригодовой ход концентраций загрязняющих веществ р. Иртыш, принятых для прогноза продемонстрирован по входному створу с. Татарка на рисунках 3-16.

Как видно из графика внутригодовых колебаний концентраций загрязняющих веществ каких-либо определенных тенденций не прослеживается. Наименьшие концентрации нефтепродуктов, железа наблюдались в осенне-зимнюю межень, а наибольшие их значение их значения приходились на март-апрель, конец ледостава – начало половодья. Наибольшее значение концентрации меди приходилось на летнюю межень (август). Практически равномерен внутригодовой ход концентраций нефтепродуктов в воде, с некоторым повышением концентраций лишь в марте и январе. Ход концентраций органических веществ внутри года нельзя логически объяснить. Вершины концентраций приходятся на май, август, ноябрь. Наименьшие концентрации органических веществ отмечены в феврале, марте, июле и сентябре.

Рисунок 17 - Динамика изменения загрязняющих веществ в воде на участке р. Иртыш – с. Татарка, р. Иртыш - выше р. Тара.

Рисунок 18 - Динамика изменения загрязняющих веществ в воде на участке р. Иртыш – с. Татарка, р. Иртыш - выше р. Тара.

Рисунок 19 - Динамика средних концентраций загрязняющих веществ в воде р. Омь – устье за период 1976-83 - 1999 гг.

Рисунок 20 - Динамика средних концентраций загрязняющих веществ в воде р. Омь – устье за период 1976-83 - 1999 гг.

Оценка качества воды по гигиеническим (микробиологическим) показателям выполнена по материалам санитарной службы г. Омска, которая проводила наблюдения в местах водозаборов на питьевые нужды и на пляжах рек Иртыш и Омь. Материалы были подготовлены для выполнения Федеральной целевой программы (ФЦП) «Обеспечение населения России питьевой водой». Из этих материалов следует, что в источниках водоснабжения г. Омска и ближайших населенных пунктов патогенные микроорганизмы не обнаруживались, также не было выявлено коли-фагов, а большинство исследований проб воды в местах водозаборов по коли-индексу относятся к диапазону менее 5000.

Изменение качественного состояния воды в водохранилище может произойти только под влиянием водообмена и самоочищения по длине водохранилища.

Прогноз гидрохимических показателей качества воды в Омском водохранилище выполнен балансовым методом по рекомендациям Гидропроекта. Основная расчетная формула метода:

,

где C_t и C_o – соответственно конечная и начальная концентрация примеси для расчетного интервала времени ∆t , мг/дм³;

_– добавочная концентрация примеси, поступающая в водоем за интервал времени ∆t , мг/дм³;

B – безмерный коэффициент водообновления.

Величина C_g определяется по формуле:

=

Где - суммарное количество загрязняющего вещества, поступающего в водоем от всех источников за время ∆t; в расчетном случае = C_р.

Коэффициент водообновления В показывает, какую долю составляет объем воды, поступившей в водоем в течение расчетного интервала времени ∆t и оставшейся в нем до конца этого интервала.

При постоянном объеме водохранилища в начале и конце расчетного интервала времени ∆t, т.е. при W₀=W_t, коэффициент В определялся по формуле:

B=I -

Где V_c – объем стока воды из водохранилища, включая сток в нижний бьеф, фильтрацию и безвозвратные объемы (потери) воды на испарение, нужды населения, промышленности и сельского хозяйства за ∆t.

При

В качестве исходных данных для расчета использован водохозяйственный баланс водохранилища на 2010 г. в маловодный год 95% и гидрохимические концентрации загрязняющих веществ в воде р. Иртыш во входном створе (с. Татарка, в черте села), принятые по расчетным сезонам года согласно «Технического отчета по инженерно-гидрометеорологическим изысканиям». Исходные данные приведены в таблице 4.21.

При расчетах для неконсервативных веществ учитывалось влияние процессов самоочищения по формуле:

Или

(для БПК₅)

Где - концентрация неконсервативной примеси в конце интервала ∆t, мг/дм3.

t – время пребывания вещества в водохранилище, сут.;

- природное фоновое содержание органики (по БПК) в воде водохранилища, мг О₂/дм³.

Значения коэффициентов неконсервативности (скорости разложения) загрязняющих веществ (размерность 1/сутки) принимается по справочной литературе, согласно данных таблицы П 2.4 «Сборника методических документов по охране водных ресурсов» по данным ВНИИВО, по «Справочнику проектировщика: Канализация населенных мест и промышленных предприятий», М., Стройиздат, 1981 г., по С.Н. Черкинскому. Значения коэффициентов неконсервативности приведены при температуре 20 ºС для основания натуральных логарифмов: для БПК полн. - 0,230, для нефтепродуктов - 0,044, для аммонийного азота 0,069 - 0,207, для азота нитритов – 0,19 - 10,8, для азота нитратов - 0,112 – 0,46, для растворенного кислорода – 0,27 – 1,8, для фенола 0,32, для СПАВ – 0,045. Для азота нитратов указан коэффициент интенсивности потребления азота нитратов фитопланктоном. Для растворенного кислорода указан коэффициент реаэрации атмосферного кислорода.

Формирование качества воды в водохранилищах является сложным и многогранным процессом, зависящим от комплекса гидрологических, гидрометеорологических, гидробиологических, геоморфологических и антропогенных факторов.

В пределах границ водохранилища качественный состав воды будет формироваться на основе фонового качества реки под воздействием многих факторов. К числу наиболее важных следует отнести морфологические и гидрологические особенности водохранилища, объемы и качество вод, поступающих с боковой приточности различными источниками загрязнений.

В результате прогноза и расчетов получены данные по качественному составу воды будущего водохранилища в различные сезоны года. Прогнозные данные по качеству воды в Омском водохранилище приведены в таблице 4.22.

Таблица 4.22

Как видно из прогнозной таблицы 4.22, качество воды водохранилища связано с гидрохимическими показателями реки во входном створе. Заполнение водохранилища производится весенним стоком водами гидрокарбонатного типа с малой минерализацией и высокими значениями минерального азота. Ионный состав при зарегулировании остается постоянным.

Характер сезонного изменения отдельных показателей химического состава водохранилища по сравнению с этими же показателями во входном створе сглаженный, содержание неконсервативных веществ снижается на 30 – 40 %. Однако, превышение ПДК по содержанию аммонийного азота и нефтепродуктов сохраняется в период весеннего половодья и летней межени. Превышение по фенолам в водохранилище не ожидается.

Определяющую роль в усилении процесса эвтрофирования играет фактор накопления биогенных элементов в водной среде, поэтому режим биогенных элементов рассматривается как исходный показатель, потенциального эвтрофирования, то есть эвтрофирование обусловлено прежде всего поступлением в них соединений азота и фосфора. Характер развития фитопланктона является следствием эвтрофирования. Скорость антропогенного эвтрофирования определяется не только минеральными соединениями азота и фосфора, но и качественным составом органического вещества. Кислородный режим в значительной степени определяет химико-биологическое состояние водных объектов и оказывает глубокое влияние на жизнь водоема. Источниками поступления кислорода в поверхностные воды является абсорбция его из атмосферы и продуцирование в результате фотосинтетической деятельности водных организмов. Кислород также поступает с дождевыми и снеговыми водами.

В эвтрофированных и сильнозагрязненных органическими соединениями водных объектах может иметь место значительный дефицит кислорода. При уменьшении концентрации растворенного кислорода до 2 мг/дм³ происходит массовая гибель рыб и других гидробионтов.

На эвтрофирование водоемов имеют влияние следующие вещества: растворенный кислород, БПК₅, N _NH4, N _NO3, N _NO2, N_общ фосфор фосфатный, фосфор общий. Избыток нитратов в воде способствует буйному развитию водной растительности, которая, отмирая при гниении, забирает большое количество кислорода.

Кислородный режим воды р. Иртыш в настоящее время благоприятный, предельные значения концентраций растворенного в воде кислорода составляет в разные сезоны года от 7,43 до 10,87 мг/дм³, то есть количество кислорода достаточно для окисления органических веществ водоема. Можно прогнозировать снижение содержания растворенного кислорода, минимальные концентрации растворенного кислорода предполагаются равными от 6 до 9,1 мг/дм³, то есть снижение не произойдет до величин ниже нормативной, что говорит о сохранении благоприятного кислородного режима и на период эксплуатации водохранилища.

Из анализа таблицы 4.21 видно, что концентрация легкоокисляемых органических веществ (по БПК₅) в воде реки Иртыш изменяется в пределах от 2,17 мг/дм³ до 4,30 мг/дм³, то есть наблюдается превышение БПК₅ во все рассматриваемые периоды. Величина БПК ₅. равная 8,37 мг/дм³, зарегистрирована как единичный случай на период исследований в сезон подъема весеннего половодья. Данное превышение ПДК в 2,79 раз свидетельствует о поступлении в этот период в водоем органических загрязнений с поверхностным стоком и о развитии процессов нитрификации. Подъем уровня проектируемого водохранилища будет способствовать уменьшению влияния антропогенного фактора, за счет создания дополнительной емкости водохранилища (разбавления, увеличения самоочищающей способности и др.). Увеличение же концентраций аммонийного азота в водохранилище будет способствовать развитию жизни в водохранилище, вызывая процессы эвтрофикации. При самоочищении скорость изменения БПК пропорциональна количеству кислорода, необходимого для биохимического окисления органических веществ.

Исходя из вышесказанного и учитывая, что прогнозируется благоприятный кислородный режим, увеличение концентрации аммонийного азота незначительное, учитывая процессы самоочищения и соблюдения режима хозяйственного использования земель в охранных зонах водохранилища эвтрофикация не примет катастрофических размеров.

Более целесообразный с экологической точки зрения, рассматриваемый вариант каскада из трех гидроузлов:

Проточность образуемых русловых водоемов делает их экологически защищенными.

Изменение величины БПК₅ при варианте каскада плотин произойдет в сторону уменьшения, за счет дополнительного насыщения кислородом воздуха. Дополнительная аэрация в результате сброса воды через каскад плотин активизирует процессы бактериального окисления органических и азотосодержащих минеральных веществ, способствует равномерному распределению кислорода в объеме воды, повышая тем самым окислительную возможность бактерий во всем объеме воды. Создавая аэробные условия на поверхности донных отложений, аэрация обеспечивает более полную минерализацию их верхнего слоя с получением безопасных продуктов. Увеличение до определенного предела содержания фосфора повышает скорость окисления фенолов.

Исходя из вышеприведенного, более глубокие исследования экологических последствий регулирования стока р. Иртыш планируются на стадии «Проект».

Согласно «Санитарных правил проектирования, строительства и эксплуатации водохранилищ» прогноз качества воды проектируемого водохранилища составляется на период временной эксплуатации водохранилища и поднятия НПУ до уровня проектной отметки. Первый прогноз качества воды уточняется за год до поднятия НПУ до проектной отметки на основании результатов исследований качества воды в условиях временной эксплуатации водохранилища. В последующем прогноз качества воды уточняется службой эксплуатации водохранилища через каждые 5 лет в условиях нормальной его эксплуатации и представляется в территориальные органы и учреждения санитарно-эпидемиологической службы.