Оцінка процесу формування кисневого режиму заток Дніпра в районі Києва

Реферат на тему:

Оцінка процесу формування кисневого режиму

заток Дніпра в районі Києва

Затоки, рукава, стариці та заплавні водойми Дніпра в районі Києва, які умовно можна назвати його придатковою мережею, є складовою частиною всієї екосистеми річки. Оскільки вони широко використовуються населенням міста як об'єкти рекреації, аматорського рибальства, промислового та господарсько-питного водопостачання, для них має значення оцінка якості води.

Стан цих водних об'єктів і процеси формування якості води в кожному з них мають специфічні особливості, обумовлені типом їхніх екосистем, і залежать від режиму роботи Київської ГЕС. Завдяки коливанням рівня води, обумовленим нерівномірними попусками, основне русло тут активно обмінюється водою з затоками.

Для кількісної оцінки процесу формування якості води заток Дніпра нами прийнято за інтегральний показник, як то пропонується в роботах (Оксіюк, Стольберг, 1986; Романенко и др., 1990), вміст розчиненого в воді кисню. Відомо, що дефіцит цього газу негативно позначається на інтенсивності процесів самоочищення водойм та водотоків. Особливо важливо це в умовах постійного антропогенного навантаження, що в значній мірі притаманно практично всім елементам придаткової мережі Дніпра в районі м. Києва.

Матеріали епізодичних натурних досліджень свідчать про те, що в окремі періоди (частіше взимку та влітку) вміст кисню в воді заток Дніпра може істотно знижуватися. Отже, в зв’язку з відсутністю постійних спостережень за якістю води в затоках, в тому числі за вмістом в них розчиненого кисню, виникла необхідність в розробці способу розрахунку цього показника.

Для побудови розрахункової моделі ми використали, аналогічно авторам роботи (Оксиюк, Тимченко, Давыдов и др. 1999), балансовий метод. Прибутковими складовими балансу кисню в затоках Дніпра є надходження його в воду за рахунок фотосинтетичної і атмосферної аерації та з водою основного русла. До витратної частини балансу належать: витрати кисню на деструкцію органічної речовини, хімічне окислення органічних і неорганічних сполук, та відтік його з водою в основне русло. Таким чином, враховуючи перелічені елементи кисневого балансу, можна побудувати модель для кількісного визначення концентрації у воді розчиненого кисню на заданий момент (Сn):

$$C_n=C_0+\underset{1}{\overset{n}{}}(A-R+\text{At}-G\pm 2T)$$. (1).

В наведеній формулі:

n — кількість розрахункових одиниць часу (розрахунковий період), діб;

C0 — концентрація кисню на початку розрахункового періоду (початкова), мг О2 дм-3;

A — надходження кисню в воду протягом розрахункової одиниці часу за рахунок фотосинтетичної аерації - визначається за формулою (Оксиюк, Стольберг, 1986):

$$A=a{B}_{\text{wp}}$$, мг О2 дм-3 доба-1- (2).

де, а — продукційна здатність водоростей, О2 дм-3 доба-1, Вwp — їх біомаса, мг;

R — деструкція органічної речовини, що розраховується за формулою:

$$R=r{B}_{\text{hb}}+k{\text{БСК}}_{\text{пов}}$$, мг О2 дм-3 доба-1- (3).

де: r — питоме дихання гідробіонтів, Bhb — їх біомаса, k — коефіцієнт бактеріальної деструкції, БСКпов — повне біохімічне споживання кисню;

G — витрати кисню на хімічне окислення речовин — визначається натурними дослідженнями, мг О2 дм-3 доба-1;

At — атмосферна аерація води, яка розраховується за формулою (Оксиюк и др., 2000):

$$\text{At}=C_n-C_{n-1}=(C_s-C_{n-1})(1-{\text{10}}^{-k_2})$$, мг О2 дм-3 доба-1- (4).

де C0 — концентрація насичення води киснем при її наявній температурі, k2 — коефіцієнт атмосферної аерації, тривалість аерації.

Складові балансу кисню у воді затоки А, R, G і At схожі тим, що залежать від гідрометеорологічних, гідрохімічних і гідробіологічних характеристик самої затоки. Для одержання уявлення про ці складові балансу необхідно в натурних умовах визначити в кожному окремому випадку ті аргументи, які входять в складову формул (2−4). Це предмет типових гідроекологічних досліджень. Взагалі, можна такими дослідженнями встановити закономірності динаміки вказаних складових в часі і тоді для окремих періодів (сезонів) можна використовувати в моделі середні чи вірогідні значення А, R, G і At.

Значний інтерес представляє складова кисневого балансу, що обумовлена водообміном між основним руслом і затокою (Т). Рівняння для визначення зміни за одиницю часу концентрації кисню в протоці за рахунок водообміну з основним руслом досить просте:

$$T=\frac{W}{V}(C_{р,n-1}-C_{n-1})$$ — (5).

В ньому: W — величина притоку-відтоку води, м3оба-1- V — об'єм затоки, м3- Сp, n-1, Сn-1 — концентрація кисню в воді, що знаходилась в попередню добу, відповідно, в руслі та затоці, мг О2 дм-3.

Кількість води, що надходила і витікала із затоки за добу (W), можна визначити відношенням:

$$W=2F\mathit{}$$ — (6).

де: — F — площа затоки, м2- величини підйому рівня води в затоці, мпостійний множник означає, що за добу відбувається два попуски.

В зв’язку з тим, що тривалість попускових хвиль достатня для підйому рівня води в затоках до позначки його в руслі під час кожного попуску, що доведено натурними дослідженнями (Тимченко, Дубняк, 2000), амплітуда коливання (підйому) рівня в будь-якому місці Київської ділянки Дніпра (, може визначатися рівнянням:

$${\mathit{}}_L={\mathit{}}_{\text{ГЕС}}{e}^{-\mathrm{0,}\text{03}L}$$, (7).

де ЕС — величина підйому рівня води при попуску в нижньому б'єфі Київської ГЕС, мL — відстань від ГЕС до заданого створу, кме — основа натурального логарифму.

Таким чином, водообмін затоки з руслом і, як слідство, вклад цього водообміну в баланс кисню в воді затоки залежать від попусків ГЕС, тобто можуть регулюватися штучно.

Розглянемо таку можливість на прикладі затоки Десенка — старого рукава р. Десни, котрий на початку століття був штучно відокремлений від неї. Зараз Десенка з'єднана з Дніпром на 20 км від греблі ГЕС і має довжину 12,1 км, площу — 4,89 км², середню глибину — 4,66 м, об'єм -24,7 млн. м3. Освоюється в зв’язку з будівництвом житлового масиву Троєщина і піддається інтенсивному антропогенному навантаженню як рекреаційний об'єкт.

Згідно рівнянню (7), амплітуда коливання рівня води в місці, де починається затока складає 55% від амплітуди в нижньому б'єфі Київської ГЕС. При найбільш можливому підйому рівня води біля ГЕС за цикл 1,45 м (що зумовлено вимогами діючих Правил експлуатації дніпровських ГЕС), в Дніпрі біля затоки і в самій затоці вода підіймається до 0,8 м. При цьому за кожний цикл попуску з основного русла в затоку притікає приблизно 3,91 млн. м3 водиза добу — 7,82 млн. м3.

В літній період в руслі Дніпра в районі м. Києва насичення води киснем нестабільне. Нерідко воно складає 3,3−5,8 мг О2 дм-3 (Оксиюк и др., 1999). В цей час вміст кисню в воді Десенки дещо вищій, внаслідок фотосинтетичної аерації вищої водяної рослинності та фітопланктону. Отож, якщо прийняти Сp, n-1 = 4 мг О2 дм-3, а Сn-1 = 7 мг О2 дм-3, то тільки за рахунок водообміну з руслом за добу концентрація кисню у воді затоки повинна зменшитися на 0,95 мг О2 дм-3.

Якщо ГЕС працює в режимі з меншими коливаннями рівня води в нижньому б'єфі, негативний вплив руслової води на кисневий режим затоки слабкіший. При таких же значеннях вихідної концентрації кисню в воді русла і затоки (Сp, n-1, Сn-1), але при попусках ГЕС з коливаннями в нижньому б'єфі 0,9 м (= 0,5 м, W = 4,89 млн. м3), річкова вода здатна зменшити концентрацію кисню затоці Десенка лише на 0,59 мг О2 дм-3 за добу.

В періоди, коли в затоці вода має меншу концентрацію кисню ніж в руслі, попусками можна покращити кисневий режим затоки. Так при Сp, n-1 = 8 мг О2 дм-3, Сn-1 = 6 мг О2 дм-3 та ЕС = 0,8 м добова надбавка до вмісту кисню в затоці складає 0,35 мг О2 дм-3. При тих же вихідних концентраціях Сp, n-1 та Сn-1 попуски ГЕС з підйомами рівня води в нижньому б'єфі до 1,2 м приводять до збільшення добавки концентрації кисню в воді затоки за рахунок водообміну з руслом до 0,52 мг О2 дм-3.

Таким чином, є можливість не тільки оцінити процес формування вмісту кисню в воді придаткової мережі Дніпра в районі м. Києва, але й в значній мірі впливати на нього.

Список літератури.

1. 1.Оксиюк О. П., Стольберг Ф. В. Управление качеством воды в каналах. — Киев: Наук. думка, 1986. -178с. 2. Оксиюк О. П., Тимченко В. М., Давыдов О. А. и др. Состояние экосистемы Киевского участка Каневского водохранилища и пути его регулирования. — Киев: Ин-т. гидробиологии НАНУ, 1999. — 60с. 3. Оксиюк О. П., Тимченко В. М., Якушин В. М. и др. Прогнозирование и пути улучшения кислородного режима Киевского водохранилища в зимний период. — Киев: Ин-т. гидробиологии НАНУ, 2000. — 44с. 4. Романенко В. Д., Оксиюк О. П., Жукинский В. Н. и др. Экологическая оценка воздействия гидротехнического строительства на водные объекты. — Киев: Наук. думка, 1990. — 256с. 5. Тимченко В. М., Дубняк С. С. Экологические аспекты водного режима Киевского участка Каневского водохранилища // Гидробиол. журн. -2000. — Т.36, № 3. — С.57−67.