Прогноз качества воды в эвтрофированных водных объектах.
Причинами антропогенного эвтрофирования водных объектов являются:
- высокий уровень антропогенной нагрузки на водные объекты, часто превышающий их ассимилирующую способность;
- регулирование речного стока, приводящее к изменениям гидрологического режима водных объектов и нарушению природных условий функционирования водных экосистем; увеличение забора воды на нужды населения, промышленности и сельского хозяйства, приводящее, особенно в летний период, к снижению уровней воды в реках и водоемах.
Особую опасность представляет поступление в водные объекты большого количества биогенных элементов с сельскохозяйственными, городскими и промышленными стоками. Содержание в водной массе биогенов приводит к гиперпродукции органических веществ, нарушению кислородного режима и основных экосистемных механизмов. Вода приобретает неприятный вкус и запах и становится непригодной для большинства видов водопользования. Степень эвтрофирования водных объектов зависит от соотношения продукционно-деструкционных процессов в водной массе. Это соотношение во многом определяется структурой водной экосистемы, общий вид которой представлен на рисунке 3.22.
Рисунок. 3.22. Структура водной экосистемы.
Как правило, водная экосистема включает в себя планктонную, бентосную подсистемы и подсистему высшей водной растительности (ВВР).
Каждая из указанных подсистем в свою очередь включает в себя более простые подсистемы нижнего уровня. В состав планктонной подсистемы входят фито-, зоо- и бактериопланктон. Бентосная подсистема представлена микрофито-, макрофито-, макрозоо- и бактериобентосом. Подсистема ВВР включает в себя собственно растительную часть, а также планктон, бентос и перифитон на ВВР.
Прогноз состояния эвтрофированных водных экосистем может осуществляться на основе математической модели STOOKS, описывающей зависимость показателей качества воды от биотических и абиотических компонент экосистемы с учетом специфики процессов продукции и деструкции в каждой подсистеме. В качестве основных показателей состояния экосистемы принимаются величина БПК, концентрация растворенного кислорода и величина биомассы фитопланктона.
В общем виде математическая модель записывается следующим образом:
где Bi — биомасса фитопланктона в i-й подсистеме; Cbod — БПКПОЛН; Cdo — концентрация растворенного кислорода; С — величина предельного насыщения воды кислородом; Csus — концентрация взвешенных веществ; ос — весовой коэффициент i-й подсистемы; — коэффициент формы, отражающий влияние формы поперечного сечения русла на первичную продукцию органического вещества для i-й подсистемы; а|Отах — максимальное значение удельной продукционной способности в условиях оптимальной освещенности; XN р — коэффициент, отражающий влияние лимитирования биогенами на первичную продукцию органического вещества; к, — температурный коэффициент; г — коэффициент дыхания водорослей для i-й подсистемы; — коэффициент, отражающий влияние pH водной среды на бактериальную деструкцию органического вещества; к.г — коэффициент бактериальной деструкции в i-й подсистеме; кт — коэффициент, отражающий влияние температуры на бактериальную деструкцию органического вещества; (р — интенсивность аллохтонного поступления органических веществ в единицах БПКпо1н в водный объект; к2 — коэффициент атмосферной реаэрации; у — коэффициент конструктивного обмена, равный отношению части валовой первичной продукции фитопланктона, идущей на образование новых клеток, к общей валовой продукции сообществ; ку — коэффициент, отражающий влияние скорости течения в области лимитирующих и критических значений на процессы первичного продуцирования и деструкции органического вещества; ц — кислородный эквивалент фитопланктона; £ — скорость поедания фитопланктона зоопланктоном; 5 — коэффициент, учитывающий воздействие техногенных факторов на смертность фитопланктона.
Приведенная система дифференциальных уравнений не имеет аналитического решения и решается методом численного моделирования с использованием ЭВМ.
