Водний і сольовий режими системи озер кугурлуй і ялпуг в умовах їхнього зарегулювання

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОДЕСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ЕКОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК 556.555

ВОДНИЙ І СОЛЬОВИЙ РЕЖИМИ СИСТЕМИ ОЗЕР КУГУРЛУЙ І ЯЛПУГ В УМОВАХ ЇХНЬОГО ЗАРЕГУЛЮВАННЯ

11.00.07 - гідрологія суші, водні ресурси, гідрохімія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата географічних наук

КУЗНІЧЕНКО СВІТЛАНА ДМИТРІВНА

Одеса-2005

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Одеському державному екологічному університеті Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: доктор географічних наук, професор ГОПЧЕНКО Євген Дмитрович Одеський державний екологічний університет, проректор з навчально-методичної роботи, завідувач кафедри гідрології суші

Офіційні опоненти: доктор географічних наук, професор Іваненко Олександр Григорович, Одеський державний екологічний університет, завідувач кафедри гідроекології та водних досліджень

кандидат географічних наук, доцент Андреєвська Галина Михайлівна, Одеський національний морський університет, доцент кафедри інженерних конструкцій та водних досліджень

Провідна установа: Київський національний університет імені Тараса Шевченка, географічний факультет, кафедра гідрології та гідроекології

Захист відбудеться “_9 ” лютого 2006р. о 10.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 41.090.01 в Одеському державному екологічному університеті за адресою: 65016, м. Одеса-16, вул. Львівська, 15, ОДЕКУ

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Одеського державного екологічного університету за адресою: 65016, м. Одеса-16, вул. Львівська, 15, ОДЕКУ

Автореферат розісланий “22 ” грудня 2005 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Д 41.090.01 А.В. Чугай

гідрохімічний дунай мінералізація водойма

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Озеро Кугурлуй-Ялпуг є найбільшою природною прісноводною водоймою України. До середини 60-х років минулого сторіччя природний водообмін між р. Дунай і озерами відбувався через протоки, що з'єднували озеро Кугурлуй з річкою, а при високих рівнях - шляхом вільного переливу води через бровки русла. Динаміка рівнів води у водоймах відповідала їхній динаміці в річці, що забезпечувало хороший водообмін і високу якість води. Мінералізація озер Ялпуг і Кугурлуй була близькою до мінералізації дунайської води, особливо в періоди їх наповнення.

Низка водогосподарчих заходів, проведених наприкінці 60-х років минулого сторіччя, зумовила суттєві зміни в гідрологічному режимі озер, які у свою чергу негативно вплинули на їхній гідрохімічний стан. Після будівлі на місці проток, що з'єднували р.Дунай з озерами, штучних каналів зі шлюзами, рівневий режим озер набув часткового зарегулювання. При цьому за даними Одеського обласного управління по водному господарству максимальні рівні води в озерах понизилися більш ніж на 1м, а коефіцієнти водообміну - зменшилися вдвічі, що призвело до збільшення мінералізації води в озерах понад 2.0 г/дм³ (у м.Болград).

Зараз якість води в системі озер у більшості випадків не відповідає вимогам, запропонованим до зрошувальних вод державними стандартами України. Відзначається зростання вмісту біогенних елементів і забруднювальних речовин, обумовлених використанням добрив у сільському господарстві, а також надходженням господарсько-побутових стоків з населених пунктів і від промислових об'єктів без належного їхнього очищення. У середині 80-х і на початку 90-х років мали місце випадки масової загибелі риби.

У зв'язку з цим, актуальним при вирішенні цілої низки проблем, пов'язаних з відновленням і раціональним використанням природних ресурсів придунайських озер, у тому числі й Ялпуг-Кугурлуй, є дослідження гідрологічного і гідрохімічного режимів і розробка рекомендацій, спрямованих на підтримку оптимальних умов функціонування озер з урахуванням їх зарегулювання.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Обраний напрямок досліджень входить складовою частиною до держбюджетної теми кафедри гідрології суші Одеського державного екологічного університету “Водні ресурси України” (державний реєстраційний номер 0103U005145). Автор дисертації є відповідальним виконавцем по розділу “Водно-сольовий режим озера Кугурлуй-Ялпуг” цієї теми.

Мета і задачі дослідження. Головна мета дослідження полягає в аналізі матеріалів спостережень за гідрологічним і гідрохімічним режимами р. Дунай, яка є головним джерелом водообміну і водооновлення для групи Придунайських озер, у тому числі й Кугурлуй-Ялпуг. На підставі цього аналізу необхідно розробити пропозиції стосовно оптимального функціонування оз.Кугурлуй-Ялпуг, з точки зору його рівневого і гідрохімічного режимів. У такій постановці необхідно вирішити наступні завдання:

- виконати аналіз гідрологічного і гідрохімічного режимів р.Дунай на ділянці Рені-Ізмаїл за багаторічний період спостережень, як джерела наповнення Придунайских озер;

- на підставі матеріалів інтегрованого моніторингу в рамках проекту Тасis-2001: “Придунайські озера: стале відновлення і збереження природних умов і екосистем” оцінити складові водного і сольового балансів з метою розробки математичної моделі для здійснення варіантного моделювання гідрохімічного режиму у водоймі;

- здійснити моделювання часового ходу мінералізації в озері за період з 1963 по 2001 рр.;

- провести моделювання водно-сольового балансу при різних варіантах менеджменту стосовно визначення оптимальних показників гідрологічного режиму, необхідних для поліпшення якості води в озерах.

Об'єкт дослідження - озера Кугурлуй і Ялпуг і їхні басейни, включаючи річки, що безпосередньо впадають в озера, а також річка Дунай, як головне джерело водообміну в них.

Предмет дослідження - водний і сольовий режими озер Кугурлуй і Ялпуг.

Методи дослідження. Для одержання відомостей про багаторічну мінливість і внутрішньорічний розподіл стоку і мінералізації р.Дунай, атмосферних опадів і випаровування з водної поверхні озер використані методи статистичного аналізу та узагальнення даних. Детальні характеристики просторово - часового розподілу мінералізації і окремих іонів отримані на підставі матеріалів інтегрованого моніторингу Тасis-2001. При визначенні деяких невимірюваних складових водного балансу озер ( поверхневого стоку р.Ялпуг і його внутрішньорічного розподілу, припливу в озера ґрунтових вод) використані методи гідрологічної аналогії та діючі нормативні документи. Широко використані в дисертації методи імітаційного моделювання.

Наукова новизна одержаних результатів. На підставі виконаного дослідження:

- вперше був здійснений комплексний аналіз і встановлені взаємозв'язки між основними складовими гідрологічного і гідрохімічного режимів системи оз. Кугурлуй-Ялпуг;

- на підставі матеріалів інтегрованого моніторингу Тасis-2001 визначена і кількісно оцінена ступінь просторової неоднорідності полів мінералізації по акваторії озер;

- автором запропонована математична модель функціонування водойми Кугурлуй-Ялпуг, за допомогою якої здійснена генерація часового ходу мінералізації в ньому за період 1963-2001 рр.;

- визначені граничні величини мінералізації в межах озер при існуючій системі водообміну між ними і р.Дунай;

- здійснено сценарне моделювання водно - сольового режиму озер на задані показники мінералізації з метою використання його результатів при експлуатації водойми;

- автором запропоновано комп'ютерний модуль, який дозволяє здійснювати оптимізацію умов водообміну на задані показники мінералізації в оз. Кугурлуй - Ялпуг у вегетаційний період.

Практичне значення одержаних результатів полягає у розробці науково-методичного і програмного забезпечення для комп'ютерного модуля, за допомогою якого можна наперед визначити показники мінералізації у водоймах при тих чи інших можливих умовах водообміну в них та розташуванні забезпечуючих його гідротехнічних спорудах. З іншого боку, результати сценарного моделювання водно-сольового режиму оз. Кугурлуй - Ялпуг дозволяють здійснювати оцінку показників мінералізації у прогностичному варіанті на поточні роки. Висновки і рекомендації цієї роботи можуть знайти використання в Одеському облводгоспі з метою покращення водного менеджменту оз. Кугурлуй - Ялпуг, у тому числі й при визначенні характерних рівнів води в озерах при скидах її в осінній період у р. Дунай.

Особистий внесок здобувача. Усі результати, наведені в дисертації, належать особисто автору. Публікації, у яких вони висвітлюються, написані особисто дисертантом або в співавторстві з науковим керівником. При виконанні роботи використані матеріали багаторічних досліджень Дунайської гідрометеорологічної обсерваторії та інтегрованого моніторингу Тасis-2001, в аналізі й узагальненні результатів якого брав безпосередню участь автор.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертації пройшли апробацію на міжнародній конференції „Гідрометеорологія і охорона навколишнього середовища-2002” (м. Одеса, 2002 р.), на VI Всеросійському гідрологічному з'їзді (м. Санкт-Петербург, 2004 р.), на міжнародній конференції „Ecological Chemistry” (Молдова, 2005 р.), на III і IV наукових конференціях молодих вчених ОДЕКУ (м. Одеса, 2003 і 2004рр.), на науково-технічній конференції співробітників ОДЕКУ (м.Одеса, 2005р.).

Публікації. Основні результати дисертаційної роботи представлені в 9 наукових публікаціях, з них 4 входять до переліку, затвердженого ВАК України.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, 6 розділів, висновків, списку використаних джерел із 51 найменування, додатків. Повний обсяг роботи становить 245 стор., містить 88 рисунків і 68 таблиць, 6 додатків на 45 стор.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі надаються передбачені діючим положенням ВАК України відомості про актуальність теми дисертаційної роботи, її зв'язок з науковими програмами, темами, формулюються мета та задачі дослідження, наводиться новизна та практичне значення роботи, надаються відомості про апробацію одержаних результатів, особистий внесок дисертанта та його наукові праці.

У першому розділі наводиться коротка фізико-географічна характеристика Придунайського регіону (з описом Придунайських заплавних озер, найбільшими серед яких є Кагул, Ялпуг, Кугурлуй, Соф'ян, Катлабух і Китай), а також річки Дунай, яка є головним джерелом водообміну і водооновлення для групи Придунайських озер, у тому числі й Кугурлуй-Ялпуг. Розглянуті кліматичні характеристики у межах Придунайського регіону. Визначено внутрішньорічні розподіли по групах характерних років величин випару з водної поверхні озер і опадів, як основних складових водного балансу водойми. Для цього були використані дані спостережень за атмосферними опадами і випаровуванням з водної поверхні по м/с Болград, тривалістю понад 40 років. Середні річні величини випару з водної поверхні за період 1960-2001рр. по групах маловодних, средньоводних і багатоводних років склали відповідно: 851, 762 і 694 мм, а річні суми опадів - відповідно 397, 504 і 616 мм.

Особлива увага була приділена аналізу гідрологічного і гідрохімічного режимів р.Дунай на ділянці Рені-Ізмаїл за багаторічний період спостережень.

При цьому були використані дані спостережень Дунайської гідрометеорологічної обсерваторії (у м. Рені і у м.Ізмаїл). Середній багаторічний річний рівень води біля вершини дельти р.Дунай (у м.Рені) склав 2,58 мБС, а у м.Ізмаїл -1,53 мБС. Річний хід рівнів води в гирловій частині Дунаю характеризується наступними сезонними коливаннями: весняно-літнім водопіллям (з березня по червень-липень), літньо-осінньою меженню (серпень - жовтень) і осіннім паводком, який у грудні переходить у зимову межень.

Середня багаторічна витрата води р. Дунай у створі м. Рені за 1921-2003 рр. склала 6492 (204,7 ). Найбільша частка стоку приходиться на квітень - липень, найменша - на жовтень. Аналіз внутрішньорічних розподілів водного стоку р.Дунай по в/п Рені і Ізмаїл показав, що вони носять однаковий характер, але значення місячних витрат по в/п Ізмаїл у середньому на 2000-3000 нижче, чим по в/п Рені. Це пов'язано з тим, що нижче вершини дельти (м.Рені) відбувається поділ стоку р. Дунай між Тульчинським і Кілійським рукавами.

Внутрішньорічний розподіл стоку завислих наносів у вершині дельти тісно пов'язаний з внутрішньорічним розподілом стоку води р.Дунай. Так, збільшення водного стоку звичайно супроводжується збільшенням завислих наносів. Середня багаторічна витрата завислих наносів Дунаю у м.Рені, за даними спостережень 1962 - 2002рр., склала 1600 кг/с (50.5 млн. т/рік).

При аналізі багаторічної мінливості гідрохімічного режиму р. Дунай були використані дані спостережень Дунайської гідрометеорологічної обсерваторії в м. Рені за період з 1981 по 2000 рр. Середня багаторічна величина мінералізації склала 420 мг/дм, причому у маловодні роки вона зростає до 450-600 мг/дм, а в багатоводні - практично не змінюється і залишається на рівні 300-330 мг/дм.

За класифікацією О.О. Алекіна (1984), хімічний склад води річки на протязі усього року належить до гідрокарбонатного класу групи кальцію першого типу. Шляхом лінійної апроксимації були встановлені залежності концентрації основних іонів від мінералізації води і визначені коефіцієнти кореляції між ними.

При аналізі іригаційних якостей води річки Дунай були розраховані хлорний та іригаційний коефіцієнти, а також індекс її забруднення. Виявилося, що після закінчення весняно-літнього водопілля і до наступу літньо-осінньої межені, якість дунайської води найбільш сприятлива для зрошування (як за іригаційним критерієм, так і за значеннями хлорного коефіцієнта).

У другому розділі надається аналіз складових водного балансу озера Кугурлуй-Ялпуг за матеріалами інтегрованого моніторингу Tacis - 2001.

Дані експедиційно-лабораторного моніторингу 2001р. показали, що за характером просторового розподілу мінералізації в системі Ялпуг-Кугурлуй водойму умовно можна поділити на 4 частини: північну, центральну, південну і оз.Кугурлуй. Найбільш мінералізованою є північна частина оз.Ялпуг, а найменш - оз.Кугурлуй.

У північній частині на протязі майже усього року мінералізація перевищує 1000 мг/дм³ і відзначається перевищуючим норму вмістом іонів N⁺+K⁺. Зважаючи на те, що зрошування переважно здійснюється водою з північної частини Ялпуга, рекомендується обов'язкове використання у межах зрошуваних масивів відповідних меліоративних і агротехнічних заходів.

За матеріалами інтегрованого моніторингу 2001 р. установлено, що середній рівень води в системі озер Ялпуг і Кугурлуй практично відповідає його значенням на в/п Коса, що дозволяє з високою вірогідністю визначати надійно об'єми води у водоймі за даними лише цього одного поста.

У третьому розділі представлено докладний опис науково-методичної бази для визначення складових прибуткових і витратних статей водного балансу оз.Ялпуг-Кугурлуй.

Алгебраїчно рівняння водного балансу записане у вигляді:

, (1)

де W₁ і W₂ - об'єми води в озері на початок і кінець розрахункових періодів;

- надходження води на поверхню водойми за рахунок опадів;

- стік річки Ялпуг;

- бічний приплив з берегів озера і стік малих водотоків;

- ґрунтовий стік;

- дренажний стік;

- приплив води з р.Дунай;

і - випар з водної поверхні і транспірація водної рослинності;

- фільтрація в береги;

і - забір води з північної і південної частин озера;

- скидання води з оз.Кугурлуй у р.Дунай;

- нев'язка водного балансу.

Надходження води у водойму з атмосферними опадами та витрати на випаровування з водної поверхні озер оцінювалися за багаторічними матеріалами спостережень по м/ст. Болград.

Вплив на випаровування напівзаглибленої і надводної рослинності розраховувался за допомогою перехідних коефіцієнтів (незалежно від виду рослинності) до сезонних величин з водної поверхні, залежно від частки заростання водойми (К.П. Клібашев, І.Ф. Горошков, 1970). У прийнятій моделі розрахунок транспірації здійснювався для площі заростання .

Стік р.Ялпуг (у розмірності середнього багаторічного модуля річного стоку - ,л/скм²) був розрахований за методикою, яка заснована на спільному розгляді рівнянь водного та теплового балансів, запропонованою В.С.Мезенцевим (1969) і реалізованою для півдня України Є.Д.Гопченком і Н.С.Лободою (2001) з урахуванням господарського використання водозбору, і дорівнює 0.35 л/скм² (йому відповідає витрата води =1.11 м³/с). Розподіл стоку по місяцях року прийнято за типовою схемою, яка складена на підставі даних по р.Ягорлик - с.Дойбани.

Бічний приплив до озера становить:

(2)

Величина річного припливу ґрунтових вод до озера прийнята за даними В.Г.Сорокіна (1974) і склала 1.96 мм або 18% від річного шару стоку річки Ялпуг. Внутрішньорічний розподіл ґрунтового стоку отримано за аналогією водозбору р.Ягорлик - с.Дойбани.

Приплив дренажних вод (включаючи і комунально-побутові зворотні води) приймався за нормативом Одеського облводгоспу

, (3)

де - забір води на зрошування (у сумі з іншими видами використання).

Втрати води з водойми в береги за рік прийняті за матеріалами Південдіпводгоспу. У запропонованій автором моделі значення втрат води на інфільтрацію розподіляються на протязі року пропорційно величинам середньомісячних рівнів води в озері.

Тобто, в i-ому місяці

, (4)

де - перехідний коефіцієнт до середньої місячної величини фільтрації, яка становить 2.4 млн.м³, причому

, (5)

де - середній річний рівень води в озері

. (6)

При моделюванні водного, а потім і сольового режимів об'єми наповнення водойми дунайською водою та скидання води з озера в річку Дунай були розраховані як результуючі з рівняння водного балансу (разом з нев'язкою )

, (7)

де - складові прибуткової частини рівняння водного балансу;

- складові витратної частини рівняння водного балансу.

Інші складові балансу були визначені за результатами інтегрованого моніторингу в рамках проекту Тасis-2001 і за даними Одеського облводгоспу.

У четвертому розділі здійснені розрахунки водних балансів оз. Кугурлуй-Ялпуг за період 1963 - 2001 рр., що дозволило оцінити внески основних складових у прибуткові і витратні статті балансів.

Зокрема, у прибутковій частині водного балансу близько 54.5% становить донорська вода р.Дунай, а 45.5% - інші джерела, серед яких 31.4% - це надходження води з атмосферними опадами. Стік р.Ялпуг і бічний приплив у сумі становлять 11.0% від прибуткової частини. У витратній частині водного балансу середній багаторічний об'єм скидання води в р.Дунай становить тільки 27%, тоді як на інші джерела припадає 73%, у тому числі на транспірацію і випаровування - 54.6%.

Річні коефіцієнти водообміну змінюються в широкому діапазоні (від 0.63 у 1982р. до 2.02 - у 1991р.). Це пояснюється тим, що природний режим водообміну між озерами і р.Дунай, який визначається, головним чином, рівневим режимом р.Дунай у періоди наповнення озера і скидання з нього води в р.Дунай, не завжди можливий у необхідних об'ємах.

У п'ятому розділі здійснюється сценарне моделювання водного балансу оз.Ялпуг-Кугурлуй на базі рівняння (1), відповідно до тих чи інших, але можливих природних ситуацій. При цьому були враховані й об'єктивні обставини, які обмежують управлінські можливості, пов'язані з експлуатацією водойми Кугурлуй-Ялпуг:

а) при наповненні водойми є обмеження, пов'язані з відміткою нормального підпертого рівня НПР =2.8 мБС, а при скиданні води з озера в р.Дунай - з відміткою рівня мертвого об'єму РМО=1.5 мБС;

б) оскільки оз.Ялпуг-Кугурлуй є водоймою сезонного регулювання стоку, то через низькі рівні води в р.Дунай, не завжди є можливість здійснити водообмін до проектних відміток НПР або РМО.

З огляду на викладене, як можливі, прийняті сценарії:

а) багатоводний рік (поєднення низького випару з водної поверхні, високих опадів і підвищеної водності р.Ялпуг);

б) средньоводний рік (поєднення середніх випару, опадів і водності р.Ялпуг);

в) маловодний рік (поєднення високого випару, низьких опадів і стоку р.Ялпуг).

Моделювання було виконано на прикладі водообмінів з р.Дунай 1985 і 2001 р., тобто для тих років, для яких є найбільш повні вихідні дані складових водного балансу, а також 1990 р., який характеризувався надзвичайно низьким стоком р.Дунай, що практично виключало можливість наповнення водойми. Таким чином, у сценарному моделюванні були представлені багатоводний (1985), средньоводний (2001) і маловодний (1990) роки.

Моделювання водного балансу завжди пов'язане з відповідними змінами рівнів води у водоймі. При початковій оцінці рівня труднощі визначення пов'язані з тим, що невідомою є середня величина площі озера , яка необхідна для обчислення . У режимі моделювання рівневого режиму оз.Ялпуг-Кугурлуй усі ці об'єми на першому кроці наближення розраховувались через площу озера, взяту за початковим рівнем води , що дозволяє знайти з балансового рівняння (1) об'єм води на кінець розрахункового інтервалу (включаючи й нев'язку)

(8)

За таблицями шляхом інтерполяції знаходиться рівень води . Він приймається на другому етапі ітераційної процедури для знаходження , уточнення , а в остаточному підсумку - і . Процедура уточнення повторюється декілька разів.

Результати сценарного моделювання показали, що наповнення водойми до НПР і скидання води до РМО багато в чому залежать від режиму рівнів води в р.Дунай. Мали місце випадки, коли через дуже низькі рівні води на Дунаї, наповнення озера було неможливим майже протягом усього року. При цьому рівні води у водоймі знижувалися на 70-80 см нижче за РМО. Навпаки, у багатоводні на Дунаї роки (восени) досить проблематичним є скидання мінералізованих вод озера в р.Дунай.

Моделювання водного балансу водойми з відведенням стоку р.Ялпуг, минаючи озеро, показало, що з огляду на наявність дуже низьких рівнів води на р.Дунай, наприклад, як це мало місце у 1990 році, в умовах самопливного наповнення і скидання води з оз.Ялпуг-Кугурлуй, у маловодні роки стік р.Ялпуг відіграє позитивну роль у підтримці рівнів води у водоймі.

У шостому розділі наводяться результати моделювання сольового балансу оз.Ялпуг-Кугурлуй на основі виразу (9), отриманого з базового рівняння водного балансу водойми (1):

(9)

де S₁ і S₂ - середня по водоймі мінералізація води на початку і в кінці розрахункового інтервалу (місяця);

- концентрації відповідних складових балансу.

У праву частину рівняння (9) входить, крім початкової мінералізації , ще й розрахункова при моделюванні мінералізація води на кінець розрахункового інтервалу . Щоб побудувати ітераційний алгоритм для її знаходження, запишемо (9) відносно шуканої величини

(10)

Визначення здійснюється, принаймні, не менш ніж у два прийоми. Спочатку при заданому рівні води у водоймі обчислюється (з урахуванням першого наближення при встановленні ). За уточненим значенням рівня води в озері на кінець розрахункового інтервалу на наступному етапі уточнюється й .

За представленою методикою були розраховані сольові баланси водойми за період з 1963 по 2001 рр. В якості значення мінералізації S₁ на початок кожного року були взяті значення S₂, розраховані на кінець попереднього року. Таким чином, стало можливим простежити динаміку мінералізації води в озері за весь розглянутий період. Встановлені при моделюванні на початок 1963р. значення мінералізації варіювали в межах від 400 м (середня мінералізація дунайської води) до 3000 м. Як видно на рис. 1, гідрохімічний режим водойми після закінчення деякого часового інтервалу набуває квазістаціонарного характеру і визначається головним чином місцевими факторами (з урахуванням об'ємів наповнення водойми і ії опорожнення при водообміні з р.Дунай), до яких відносяться, насамперед, опади і випар з водної поверхні водойми. Оцінка часового інтервалу, протягом якого мінералізація досягає свого середнього багаторічного значення, показала, що як і при високих, так і при низьких вихідних величинах мінералізації її стабілізація при РМО=1.5м БС і НПР=2.8м БС досягається протягом 8 - 10 років.

Значне місце в розділі було приділено сценарному моделюванню сольового режиму води у водоймі, але не при існуючих правилах експлуатації, а на задані показники мінералізації води в озері у вегетаційний період. Кожний з цих сценаріїв в принципі може бути реалізований практично і дозволяє здійснювати управлінські функції по оптимізації якості води в озерах. Розрахунок показав, що для того, щоб середня мінералізація в озері на протязі періоду вегетації не перевищувала 1000 мг/дм , потрібно наповнення озера довести до відміток НПР, перевищуючих 2.8 мБС.

При скиданні води з водойми до 1.5 мБС завжди є ймовірність того, що в наступні роки, у випадку дуже низького стоку р.Дунай, рівні в озері можуть бути нижчими позначки РМО. Для оцінки можливих негативних наслідків такого сценарію було проведено моделювання водного і сольового балансів озера для двох суміжних років. У першому випадку восени скидання здійснювалося до позначки 1.5 мБС, а у другому - до 1.9 мБС. Встановлено, що при скиданні води на кінець першого року до позначки РМО=1.5 мБС, на кінець другого (маловодного) року рівень води в озері може понизитись до 0.8 мБС. Скидання ж води до позначки 1.9 мБС дозволить підтримувати рівні води вище 1 мБС при практично тих же значеннях мінералізації.

Покращити гідрохімічний режим озера можна шляхом підкачування води з річки Дунай за допомогою насосних станцій. Запропонований варіант був оцінений на основі результатів моделювання водного і сольового балансів водойми за період з 1980 по 2001 рр. При цьому рівні у водоймі в період вегетації ( квітень-вересень) були задані на позначках НПР= 2.7, 2.8 і 3.0 мБС (рис.2). Розглядалися два варіанти: з урахуванням і без урахування стоку р.Ялпуг.

Верхній графік на рис.2 показує зміну значень мінералізації з урахуванням реальних рівнів води в озері. Нижче розташований графік, побудований з урахуванням можливого підкачування води з річки Дунай в озеро до позначки 2.7 мБС (тонка лінія). Вже при цьому варіанті управління можна досягти значень мінералізацій на рівні 900-1000 мг/дм³.

Приблизно такі ж значення мінералізації води та нижчі можуть бути отримані при підкачуванні води до НПР=2.8 мБС (жирний пунктир). При підтримці рівнів води в системі озер на позначці форсованого (на сучасному етапі) рівня НПР =3.0 мБС (жирна лінія) можливе зниження мінералізації до величин 800-900 мг/дм³ і менших. В умовах підкачування води з р.Дунай до НПР і відведенні стоку р.Ялпуг, минаючи озеро, можна було б підтримувати мінералізацію у водоймі на рівні 600-700 мг/дм³ (нижній графік).

ВИСНОВКИ

У дисертації наведене узагальнення і нове розв'язання наукової проблеми, яка полягає в дослідженні водного і сольового режимів в системі озер Кугурлуй і Ялпуг і розробці на підставі цього аналізу пропозицій стосовно оптимального функціонування озер за умови їх зарегулювання. При цьому встановлено:

1. Водний баланс водойми визначається в основному надходженням води за рахунок атмосферних опадів, випаром з водної поверхні озера і самопливним водообміном з р. Дунай, причому водообмін з цією річкою є головним джерелом водооновлення та підтримки якості води в озерах. Зокрема, у середньому 54.5% у прибутковій частині водного балансу водойми становить донорська вода р. Дунай, а 45.5% - всі інші джерела, серед яких 31.4% - це надходження води з атмосферними опадами. У витратній частині водного балансу середній багаторічний об'єм скидів води в р. Дунай становить приблизно 27%, а на інші джерела приходиться 73%, у тому числі на транспірацію і випар з водної поверхні озер - 54.6%.

2. Можливості наповнення водойми самопливом до НПР та скиди води до рівнів РМО багато в чому залежать від режиму рівнів води р.Дунай, який характеризується весняно-літнім водопіллям (з березня по червень-липень), літньо-осінньою меженню (серпень - жовтень) і осіннім паводком, який у грудні переходить в зимову межень.

3. Внутрішньорічний розподіл стоку завислих наносів у вершині дельти р.Дунай тісно пов'язаний із внутрішньорічним розподілом стоку води. Збільшення водного стоку звичайно супроводжується збільшенням і стоку завислих наносів. Таким чином, наповнення водойми при самопливному варіанті відбувається в період, коли на р.Дунай проходять найбільші витрати завислих наносів, що прискорює процеси замулення оз.кугурлуй і південної частини оз.Ялпуг.

4. У цей же період відзначається і деяке підвищення значень іригаційного коефіцієнта води в річці, яке пов'язане з надходженням у р.Дунай поталих вод з водозбору. У середньому після закінчення весняно-літнього водопілля до наступу літньо-осінньої межені якість дунайської води найбільш сприятлива для зрошування (як за іригаційним критерієм, так і за значеннями хлорного коефіцієнта), однак саме в цей період наповнення водойми самопливним шляхом найчастіше неможливе через низькі рівні води в р.Дунай.

5. Мінералізація води на нижній ділянці р.Дунай незначно змінюється протягом року. У маловодні роки вона знаходиться у межах 450-600 мг/дм , а в багатоводні - практично залишається на рівні 300-330 мг/дм .

6. Матеріали моніторингу Tacis-2001р. дозволили встановити, що через значну протяжність оз.Кугурлуй-Ялпуг при його наповненні і скиданні води в р.Дунай по варіанту “анти-річки,” водойма виявляється структурованою по величині мінералізації. При цьому виділяються: північна (з найбільшою мінералізацією), центральна і південна частини оз.Ялпуг, а також оз.Кугурлуй (з найменшою мінералізацією). Коефіцієнти переходу від величини середньої мінералізації в озері до її значень в межах кожної з вказаних частин відповідно становлять 1.49, 1.06, 0.87 і 0.49.

7. За матеріалами 2001 р. встановлено, що середні рівні води в системі озер Ялпуг і Кугурлуй практично відповідають їх значенням на в/п Коса, що дозволяє з високою вірогідністю визначати об'єми води в оз.Ялпуг-Кугурлуй за даними спостережень лише на водпосту Коса.

8. На основі запропонованої структури рівняння водно-сольового балансу озера була проведена генерація часового ходу мінералізації за період з 1963 по 2001 рр. і встановлено, що гідрохімічний режим водойми після закінчення деякого часового інтервалу набуває квазістаціонарного характеру і визначається головним чином місцевими факторами (з урахуванням об'ємів наповнення водойми та скидів води при водообміні з р.Дунай), до яких відносяться насамперед опади і випар з водної поверхні водойми. Показано, що як при високих, так і при низьких вихідних величинах мінералізації (при РМО=1.5мБС і НПР=2.8мБС) в оз. Кугурлуй-Ялпуг вона досягає свого середнього багаторічного значення протягом 8-10 років.

9. У ході варіантного моделювання гідрологічного і гідрохімічного режимів водойми на задані показники мінералізації встановлено, що:

9.1 В умовах самопливного водообміну і при сучасних відмітках НПР і РМО, навіть при самому сприятливому режимі р.Дунай (з точки зору часового ходу рівнів води), досягти оптимальних величин мінералізації у вегетаційний період (близько 1000 мг/дм³) вдається не завжди.

9.2 У маловодні роки на річці Дунай і скидах води восени до позначки РМО=1.5 мБС можливе зниження рівнів води в озері у наступному році нижче 1 мБС, що досить негативно позначиться на його гідрохімічному стані. У зв'язку з цим для підтримки експлуатаційних рівнів води в озерах протягом року доцільно скидання води з водойми в річку здійснювати до позначок не нижче 1.8-1.9 мБС.

9.3 В умовах самопливного наповнення і скидів води з оз.Ялпуг-Кугурлуй особливо у маловодні роки, важливу роль у підтримці рівнів води в озері відіграє стік р.Ялпуг. При цьому суттєвого збільшення мінералізації не відбувається (до 200 мг/дм³). Виходячи із цих обставин, варіант відведення стоку р.Ялпуг, минаючи озеро Ялпуг, є небажаним. Проте, при розробці водно-сольового менеджменту озер необхідно особливу увагу приділити заходам щодо поліпшення екологічного стану в межах басейну оз.Ялпуг-Кугурлуй, але в першу чергу - на водозборі р.Ялпуг.

9.4 Представлені результати моделювання дозволяють зробити висновки стосовно того, що гідрохімічний режим оз.Ялпуг-Кугурлуй у значній мірі залежить від об'ємів наповнення і скидів води з озера, які у свою чергу обмежені його корисним об'ємом і динамікою рівнів води р.Дунай. У зв'язку з цим важко забезпечити необхідні об'єми в період наповнення й скидання, а також оптимізувати мінералізацію води в озері при її високих початкових значеннях. Крім того, наповнення водойми при самопливному варіанті відбувається в період, коли на р.Дунай проходять найбільші витрати завислих наносів, що у свою чергу прискорює процеси замулення оз.кугурлуй і південної частини оз.Ялпуг. Цю проблему можна вирішити, удосконаливши гідротехнічні спорудження водойми, зокрема, шляхом будівництва насосних станцій, які дозволять підтримувати оптимальні диспетчерські режими води в озері:

9.4.1 Якщо підкачування води з р.Дунай у систему озер Кугурлуй - Ялпуг здійснювати до позначки НПР=2.8 мБС, то можна досягти мінералізації води в озерах на рівні 900-1000 мг/дм³, причому наближені до цих значення можуть бути досягнуті й при підкачуванні води вже до експлуатаційного рівня 2.7 мБС.

9.4.2 При підтримці рівнів води в системі озер на позначці форсованого (на сучасному етапі) рівня ФПР=3.0 мБС можливе зниження мінералізації до значень 800-900 мг/дм³ і менше.

9.4.3 В умовах підкачування води з р.Дунай до НПР і відведенні стоку р.Ялпуг, минаючи озеро, можна було б підтримувати мінералізацію у водоймі на рівні 600-700 мг/дм³.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ НАУКОВИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Гопченко Е.Д., Кузниченко С.Д. О моделировании водно-солевого режима озер Кугурлуй-Ялпуг // Метеорологія, кліматологія та гідрологія. - 2002. - Вип.46. - С.338-345.

2. Кузниченко С.Д. Об эксплуатационном режиме озера Кугурлуй-Ялпуг // Метеорологія, кліматологія та гідрологія.- 2003. - Вип.47. - С.356-361.

3. Гопченко Е.Д., Кузниченко С.Д. Изменчивость характеристик водного и гидрохимического режимов р.Дунай у г.Рени // Метеорологія, кліматологія та гідрологія.- 2004. - Вип.48.- С.376-386.

4. Гопченко Е.Д., Кузниченко С.Д. Научно-методические подходы по обеспечению оптимального режима функционирования Придунайських озер // Метеорологія, кліматологія та гідрологія.- 2005. - Вип.49.- С.399-406.

5. Кузниченко С.Д. Влияние стока реки Ялпуг на минерализацию системы озер Ялпуг-Кугурлуй // Матеріали міжнародної конференції „Гідрометеорологія і охорона навколишнього середовища-2002”. Одеса, ОДЕКУ, 2002. - С.98-105.

6. Кузниченко С.Д. Моделирование солевого баланса оз.Ялпуг-Кугурлуй по заданным показателям // Матеріали III наукової конференції молодих вчених. - Одеса, ОДЕКУ, 2003. - С.57-61.

7. Гопченко Е.Д., Кузниченко С.Д. Моделирование гидрохимического режима озер - водохранилищ Придунайского региона // Материалы VI Всероссийского гидрологического съезда. - Санкт-Петербург, Гидрометеоиздат, 2004. - С.33-34.

8. Кузниченко С.Д., Гопченко Е.Д. Многолетняя изменчивость гидрохимического режима р. Дунай у г. Рени // Матеріали IV наукової конференції молодих вчених. - Одеса, ОДЕКУ, 2004. - С.82-85.

9. Е.Гопченко, С.Кузниченко. Оценка эффективности управления водным режимом оз. Ялпуг-Кугурлуй // Book of abstracts the third International Conference Ecological Chemistry. - Chisinau (Republic of Moldova), 2005. - Р.104.

АНОТАЦІЯ

Кузніченко С.Д. Водний і сольовий режими системи озер Кугурлуй-Ялпуг в умовах їхнього зарегулювання. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата географічних наук. - Спеціальність 11.00.07 - гідрологія суші, водні ресурси, гідрохімія.- Одеський державний екологічний університет, Одеса, 2005.

Система озер Кугурлуй-Ялпуг відноситься до групи Придунайських водойм заплавного типу, які у різні роки були штучно відокремлені від річки Дунай. Їх водний і сольовий режими значною мірою визначаються самотічним наповненням весною і на початку літа та скидами води в р.Дунай - восени.

При виконанні дослідження використані матеріали інтегрованого моніторингу Tacis-2001 та режимні багатолітні спостереження Дунайської гідрометеорологічної обсерваторії (зокрема, за опадами, стоком і рівнями води р.Дунай та озер, випаровуванням з водної поверхні оз.Ялпуг, мінералізацією р.Дунай та малих річок, що безпосередньо впадають в озера, а також за мінералізацією води у самих водоймах).

У роботі запропоновані декілька альтернативних варіантів функціонування озер Кугурлуй-Ялпуг (стосовно якості води в них за гідрохімічними показниками), у тому числі й з використанням насосних станцій для підкачки води у літній період та відведення стоку річки Ялпуг за межі озера.

Ключові слова: водний і сольовий баланси, річковий стік, мінералізація, сценарне математичне моделювання.

АННОТАЦИЯ

Кузниченко С.Д. Водный и солевой режимы системы озер Кугурлуй-Ялпуг в условиях их зарегулирования. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук. - Специальность 11.00.07 - гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия. - Одесский государственный экологический университет, Одесса, 2005.

Система озер Кугурлуй-Ялпуг относится к группе Придунайских водоемов пойменного типа, которые в разные годы были зарегулированы и, таким образом, искусственно отделены от реки Дунай. Их водный и солевой режимы в значительной степени определяются самотечным наполнением весной и в начале лета и сбросами воды в р.Дунай - осенью. Некоторые из Придунайских озер обустроены еще и насосными станциями подкачки. Относительно озер Ялпуг и Кугурлуй необходимо отметить, что на них такие сооружения отсутствуют.

При выполнении диссертационного исследования автором использованы материалы интегрированного мониторинга Tacis-2001 и режимные многолетние наблюдения Дунайской гидрометеорологической обсерватории (в частности, по осадкам, твердому и жидкому стоку, а также уровням воды р.Дунай и озер, по испарению с водной поверхности, по минерализации р.Дунай и малых водотоков, которые впадают в озера Ялпуг и Кугурлуй и по минерализации воды непосредственно в них). Сток р.Ялпуг, впадающей в озеро Ялпуг (в размерности среднего многолетнего модуля годового стока) был рассчитан по методике, основанной на совместном рассмотрении уравнений водного и теплового балансов, предложенной В.С.Мезенцевым (1969) и реализованной для юга Украины Е.Д.Гопченко и Н.С.Лободой (2001) с учетом хозяйственного использования водосбора и равен 0.35 л/скм², что соответствует расходу воды 1.11м³/с. Распределение стока внутри года принято по типовой схеме, которая составлена на основе данных по р.Ягорлык - с.Дойбаны. Величина годового притока грунтовых вод в озеро принята по данным В.Г.Сорокина (1974) и составила 1.96 мм или 18% от годового слоя стока реки Ялпуг. Внутригодовое распределение грунтового стока получено по аналогии водосбора р.Ягорлык - с.Дойбаны.

Вследствие вытянутости системы озер Кугурлуй-Ялпуг в длину в современных условиях наполнения и сброса воды (по варианту “анти-реки”) в р.Дунай практически в течение всего года они являются структурированными, причем наибольшая минерализация имеет место в северной части озера, затем выделяются центральная и южная части оз.Ялпуг и, наконец, наименьшая минерализация воды - в озере Кугурлуй (через которое осуществляется водообмен с р.Дунай). Переходные коэффициенты от средней минерализации воды в системе озер к ее значениям в пределах отдельных частей таковы: 1.49, 1.06, 0.87 и 0.49, соответственно.

Водные ресурсы оз.Кугурлуй-Ялпуг интенсивно использовались в орошаемом земледелии (по уровню 1985 года заборы воды на орошение составили 75 млн.м³). В работе был проведен анализ качества воды в водоеме для целей орошения, которое регламентируется достаточно жесткими нормативными требованиями к содержанию в оросительной воде солей натрия и кальция и состоит в том, что сумма должна быть меньшей (или равной) . Установлено, что разделение озера по характеру пространственного распределения минерализации справедливо и для химического состава воды. Значение ирригационного коэффициента в оз.Ялпуг-Кугурлуй значительно выше, чем в р.Дунай. Наиболее благоприятными для оросительных целей являются воды оз. Кугурлуй и южной части оз. Ялпуг, однако даже здесь значение ирригационного коэффициента на 20% выше нормативной величины. В северной же части оз. Ялпуг, водой которой преимущественно и ведется орошение, отношение в несколько раз превышает нормативное.

В приходной части водного баланса озер 54.5% приходится на донорскую воду реки Дунай, тогда как на все остальные источники - 45.5%, в том числе 31.4% - это поступление воды с атмосферными осадками.

В расходной части сбросы воды в р.Дунай составляют около 27.0%, а испарение с водной поверхности озер (включая и транспирацию водной растительности) - 54.6%.

На основе разработанной структуры уравнения водно-солевого баланса выполнена генерация временных рядов минерализации воды в водоеме за период с 1963 по 2001 гг. при различной начальной ее величине в нем (от 400 мг/дм³ - средняя минерализация дунайской воды, до 3000 мг/дм³). Установлено, что примерно через 8-10 лет, независимо от исходной величины минерализации, в среднем гидрохимический режим стремится к своего рода квазистационарному состоянию (на уровне примерно 1250 мг/дм³), которое может существенно нарушаться лишь под влиянием местных факторов (осадков, стока малых рек, испарения с водной поверхности). В процессе вариантного моделирования на заданные показатели минерализации в вегетационный период, когда вода озер используется на орошение, установлено, что при существующих отметках уровней воды в водоеме (НПУ=2.8 мБС УМО=1.5 мБС) и при существующей практике водообмена с р.Дунай, достигнуть нормативных величин минерализации воды в озерах удается не во все годы. Особенно это касается очень маловодных лет на р.Дунай, когда уровни воды в реке находятся ниже отметок порогов шлюзов на соединительных каналах и самотечное поступление воды в водоемы невозможно.

В диссертационной работе предложено несколько альтернативных вариантов функционирования озер Кугурлуй-Ялпуг (относительно качества воды в них по гидрохимическим показателям), в том числе с использованием насосных станций для подкачки воды в летний период и отведения стока р.Ялпуг за пределы озера.

Ключевые слова: водный и солевой балансы, речной сток, минерализация, сценарное математическое моделирование.

ANNOTATION

Kuznichenko S.D. Water and salt regime of the Kugurluy - Yalpug lake system in conditions of their regularity. Manuscript.

Thesis for a candidate's degree of geographic sciences by speciality 11.00.07 - land hydrology, water resources, hydrochemistry. - The Odessa State Environmental University, Odessa, 2005.

The Kugurluy - Yalpug lake system concerns to a group of the Danube water basins of floodplain type which were artificially separated from the Danube in various years. Their water and salt regimes are determined, to a great extent, by gravity filling in spring and at the beginning of summer and also by water discharges into the Danube in autumn.

During the research the materials of integral monitoring Tacis-2001 and regime observations of long standing of the Danube hydrometeorological observatory were used (i.e. for precipitation, runoff and water level of the Danube and lakes, evaporation from water surface of lake Yalpug, mineralization of the Danube and small rivers which discharge into the lakes and also for mineralization of water in water basins).

Several alternative variations of functioning of the lakes Kugurluy and Yalpug (as to water quality in them by hydrochemical indices) are proposed in this work.

The usage of pumping plants for pumping the water up in summer and runoff discharge of Yalpug out of the lake boundaries are proposed here too.

Key words: water and salt balance, river runoff, mineralization, variation mathematical simulation.

Размещено на Allbest.ru

...