Geum.ru

Київський національний університет імені Тараса Шевченка С.І. Сніжкo теорія І методи аналізу регіональних гідрохімічних систем монографія Київ Ніка-Центр 2005

Вид материалаДокументы

Содержание


На іншому файлі
Подобный материал:
1   ...   20   21   22   23   24   25   26   27   28


Ця невизначеність погіршується також нестабільністю і невизначеністю розвитку нашої економіки, що не дозволяє з більшим ступенем вірогідності судити про направленість тенденцій, пов`язаних із її розвитком антропогенного впливу на природне середовище, зокрема, на водний та гідрохімічний режим р. Горинь у регіоні, що розглядається.


Для прогнозу змін параметрів гідрохімічної системи балансовим методом була використана інформація про хімічний склад скидних вод, яка була надана Держводгоспом України у вигляді узагальненої форми 2ТП-Водгосп.


Кількісні характеристики водного стоку річок та скидів стічних вод отримані у Держводгоспі України у вигляді елементів водогосподарського балансу р.Горинь та її притоків. Перераховані матеріали і були покладені в основу прогнозних розрахунків параметрів гідрохімічної системи водозбору р. Горинь.


7.2. Загальна характеристика скидів стічних вод та забруднюючих речовин у р. Горинь та її основні притоки


За даними форми 2 ТП-Водгосп, у р. Горинь та її притоки щорічно скидається 56,75 млн.м3 стічних вод, з якими в річку потрапляє більше 277 тис. т різноманітних домішок, що забруднюють її води. Об`єм цих надходжень, розрахований за даними вказаної вище форми статистичної звітності, що містить загальний об`єм скидів кожного джерела і концентрацію в них окремих домішок. Систематизовані і доповнені аналітичними розрахунками дані форми 2 ТП- Водгосп надані в табл. 7.2.


З цієї таблиці випливає, що найбільший об`єм скидів стічних вод та домішок, що з ними потрапляють, припадає на Рівненське ВО “Азот” (76 та 37% відповідно). З інших джерел виділяються льонокомбінат у м.Рівне, що забруднює р.Устя (приток Горині), а також ДОК м. Оржев, що скидає свої промислові скиди безпосередньо в р. Горинь. Від Рівненського ВО “Азот” як найбільш потужного джерела стічних вод в р.Горинь потрапляє приблизно на порядок більша кількість шкідливих речовин, ніж від усіх інших джерел.


Таблиця 7.2


Основні джерела скидів забруднюючих речовин у річки басейну Горині


№

Джерела скидів забруднюючих речовин

Об`єм скидних вод, тис.м3

Відстань від гирла, км


р. Вілія


1.

Райсільгосптехніка (смт Шумське)

12

45


2.

Комбінат комунальних підприємств (смт Шумське)

92

44


3.

Пивзавод м. Острог

144

3


р. Горинь


1.

Комбінат комунальних підприємств (м. Острог)

601

448


2.

Плодоконсервний завод (с. Оженін)

99

432


3.

Ділянка Рівненського водоканалу, (смт Гоща)

476

398


4.

Школа-інтернат, (с. Тучин)

9,9

364


5.

Рівненська дослідна станція, (с.Шубків)

30

345


6.

Вапняно-силікатний завод, (с. Нова Любомирня)

88

334


7.

Райсанепідстанція (м. Александрія)

3,1

333


8.

Рівненське ВО “Азот”, (с. Городок)

45286

314


9.

ДОК, (м. Оржев)

2624

300


10.

Комунальний заклад (смт Клевань)

45

297


11.

Колективне господарство

990

294


р.Устя


1.

Ремонтно-механічне об`єднання “Укрсантехпром”, (м.Здолбунів)

28

37


2.

Завод “”Ровносільмаш”, (смт Квасилів)

923

36


3.

Льонокомбінат (м. Рівне)

8137

24


Інші притоки


1.

Підприємство № 322, (с. Вел.Дедеркалі)

76,4

371


2.

Заклад № 318/96, (м. Городище)

12,8

41


Загальний об`єм скидних вод - 56,75 млн.м3


Серед домішок, що потрапляють у р.Горинь та її притоки, найбільшими за об`ємом є фосфор загальний та іони Cl-, F- та . Сухий залишок складає 63,7% всіх домішок.


Найбільші концентрації іонів СІ- містяться у стоках ДОКу м. Оржева, ККП м. Острог, льонокомбінату м. Рівне та Рівненського ВО “Азот”. Завислими речовинами найбільш забруднені стоки Рівненського облводканалу, дослідної станції с.Шубков та плодоконсервного заводу м. Оженін, БСК5, СПАР та - скиди школи-інтернату с. Тучин. Половина підприємств скидає в р.Горинь та її притоки недоочищені стічні води (в цілому 43,8% всіх стоків), половина підприємств - нормативно-чисті (56% стоків) та одне підприємство (Рівненське ВО “Азот”) невелику частину своїх стічних вод (менше 1%) скидає без очищення.


Усі перелічені скиди інтенсивно забруднюють води р. Горинь та її притоків і є одним із важливих факторів формування їх гідрохімічного режиму, особливо на ділянці нижче 314 км, де в Горинь потрапляють стічні води Рівненського ВО “Азот”, які складають 76% всіх скидів і вміщують у собі 87% всіх антропогенових домішок, що потрапляють у водні об`єкти, які розглядаються.


Враховуючи це, а також значний об`єм стоків льонокомбінату м.Рівне, що скидаються в притоку Горині - р.Устя, можна вважати, що м.Рівне є в басейні р. Горинь самим великим джерелом прямого антропогенного впливу на гідрохімічний режим цієї річки, що в значній мірі визначає його формування на всьому її протязі аж до гирла. Крім того, на цей режим значний вплив мають і інші джерела антропогенного впливу, зокрема, змив міндобрив, отрутохімікатів та сульфатів (іонів ), що випадають на поверхню водозбору, та інших речовин - продуктів промислових викидів в атмосферу. Зокрема, якщо співставити об`єм іонів , що скидаються усіма джерелами в р.Горинь та її притоки (5 тис. т/рік) з кількістю цих іонів у водах цієї річки (95 тис. т/рік), що розраховані шляхом множення її середнього об`єму річного стоку на середню концентрацію в її водах, то виявиться, що для вмісту сульфатів в р.Горинь визначними є процеси змиву їх з поверхні водозбору, куди вони частково випадають з атмосфери після викидів їх з труб ТЕЦ, ГРЕС, окремих та інших тепло- та енергогенеруючих установок, які розміщені на території України.


За приблизною оцінкою, кількість сульфатів, які випали з атмосфери, отриману шляхом множення площі водозбору р. Горинь до с. Оженін (5860 км2) на середню інтенсивність випадінь сульфатів на території України (0,4-0,6 т/км2.рік), складає близько 3 тис. т/рік, тобто цілком співставимо з кількістю сульфат-іонів, що потрапляють у Горинь із скидними водами підприємств. Загалом обидва ці джерела забруднення Горині сульфатами відповідають не більше 10% всіх сульфатних забруднень. Решта сульфатів мають частково природне походження, а частково змиваються з сільськогосподарських угідь разом з добривами.


7.3.Водогосподарський баланс


р. Горинь та її притоків


Витратна частина водогосподарського балансу р. Горинь та її притоків є основою для розрахунку прогнозних концентрацій хімічних речовин за допомогою балансового методу гідрохімічного прогнозування. Тому структура витратної частини балансу та тимчасова динаміка її величин заслуговує детального розгляду. Для зручності користування при проведенні прогнозних розрахунків складена табл.7.3, в якій наводяться величини скидів стічних вод окремими галузями промисловості для кожного з 13 розрахункових створів (рис. 7.1). Всі характеристики скидів наведені для вихідного рівня (1988 р.), та для кінцевого прогнозного рівня (2005 р.). Розрахунки складових водогосподарського балансу виконані інститутом “Укрводпроект”.


Рис.7.1. Схема розміщення розрахункових створів для прогнозу параметрів гідрохімічної системи р.Горинь


Як видно з табл. 7.3 основним забруднювачем вод р. Горинь та її притоків є сільське господарство. На його частку припадає найбільша частина стічних вод у порівнянні з іншими джерелами забруднення у 8 створах з 13. В 4 створах домінуючим забруднювачем є комунальне господарство. В одному створі (№6 - р.Устя - м.Рівне) переважають скиди хімічної промисловості (ПО “Азот”), хоча до кінця прогнозного періоду провідним забруднювачем тут стане комунальне господарство. Причина цього в поступовому зменшенні об`ємів стічних вод хімічної промисловості і збільшення об`ємів комунально-побутових вод, що відводяться в р.Устя.


Для наочності та зручності характеристики просторово-часової динаміки скидів стічних вод складена табл.7.4. В ній також наведені величини розбавляючої здатності річок. Це співвідношення сумарного річного водного стоку річки, розрахованного для даного створу за середньорічною витратою 95% забезпеченості та річного об`єму сумарного скиду стічних вод. Дана величина показує, в скільки разів річка може розбавити об`єм стічних вод при 95% забезпеченості річного стоку. Характеристики скидів та величини розбавляючої здатності наведені для сучасного рівня (1988 р.), та для кінцевого прогнозного рівня (2005 р.).


Дані цієї таблиці свідчать про те, що найбільшою навантаженістю стічними водами характеризуються створи №6 (р.Устя - м.Рівне) та №2 (р.Горинь - межа Хмельницької та Рівненської областей). У створі №6 основний внесок у сумарне скидання стічних вод вносить, як вже відмічалось, хімічна промисловість, а потім комунальне господарство. В створі №2 скиди комунального господарства є переважаючими. Цікаво відзначити, що приріст скидів стічних вод в 2005 р. очікується найменшим у таких створах: на 60,8% (створ №2) і на 8,3% (створ №6). Максимальне збільшення скидів стічних вод очікується в створах №8 - на 202%; значне збільшення скидів очікується також у створах №1, 3, 4, 5, 9, 10, 12, 13 (табл. 7.4 ).


Збільшення скидів стічних вод збільшить антропогенне навантаження на екосистеми річок, призведе до зниження їх розбавляючої та самоочисної здатності води. Розрахунки, наведені в табл. 7.4, показують, що розбавляюча здатність річок до 2005 року знизиться в порівнянні з сучасним періодом у 2-3 рази. Найгірші умови для самоочищення води від шкідливих домішок будуть спостерігатися у створах № 2, 6, 10. Більше того, у створі №2 вже в даний момент розбавлення не відбувається - річка переповнена стічними водами.


Як бачимо з аналізу витратних елементів водного балансу, навантаження стічними водами для різних створів далеко не однакова. Переважають створи з незначним навантаженням стічними водами. Річки на цих ділянках добре справляються із забрудненням. Для приведення складу скидових вод до нормативних показників часто буває достатньо лише розбавлення стічних вод річковою водою. Проте є створи, де навантаження стічними водами велике і динаміка скидів зростає в часі.


Дані особливості просторово-часової структури скидів стічних вод будуть помітні і в результатах прогнозу якості води р.Горинь та її притоків.


ТАБЛИЦЯ 7.3


НА ІНШОМУ ФАЙЛІ


ТАБЛИЦЯ 7.3


НА ІНШОМУ ФАЙЛІ


Таблиця 7.4


Характеристика просторово-часової динаміки відведення стічних вод та розбавляюча здатність річок у басейні р.Горині


№


створів

Об’єм стічних вод, млн.м3/рік

Очікуваний


приріст скидів


стічних вод, %

Розбавляюча здатність річки


Вихідний розрахунковий період (1988 р.)

Прогноз (2005 р.)

Вихідний розрахунковий період (1988 р.)

Прогноз (2005 р.)


1

1,80

4,41

145

57,5

22,5


2

19,97

32,0

60,8

14,0

8,2


3

3,22

8,58

164

37,1

13,3


4

0,88

1,97

123

545

243


5

0,25

0,67

168

1970

734


6

82,7

89,6

8,3

0,31

0,29


7

0,21

0,37

76

164

92


8

1,11

3,36

202

55,3

17,4


9

6,96

14,3

105

113

54,8


10

10,1

20,2

100

8,83

4,04


11

15,4

29,5

92

22,8

11,3


12

8,95

20,0

123

61,7

27,0


13

2,01

4,55

126

767

339


7.4. Аналіз багаторічної динаміки і


прогноз водності р. Горинь


Одним з головних факторів, що визначають гідрохімічний стан водотоку, є його водність, яка характеризується в основному середньорічними і середньомісячними витратами, а також особливості її вивчення в часі для домішок, що потрапляють у річкові води разом із скидами стічних вод. Річковий стік грає роль розбавляючого фактору, що зменшує концентрацію шкідливих речовин, які скидаються в річку. Для речовин, які вимиваються з грунту і змиваються атмосферними опадами з поверхні водозбору, річковий стік у залежності від режиму випадання утворюючих його опадів може грати роль як фактора, котрий збільшує кількість та концентрацію цих речовин, так і фактора, що розбавляє і зменшує їхню концентрацію.


Тому аналіз минулих і прогноз можливих мабутніх тенденцій зміни водності р. Горинь необхідний для прогнозу можливих тенденцій зміни характеристик її гідрохімічного режиму. Оскільки прогноз середньорічних витрат річкового стоку на конкретні роки з огляду стохастичності гідрохімічних процесів неможливий, то мова може йти лише про прогноз яких-небудь трендових (еволюторних або тривалих циклічних) змін водності, якщо вони можуть бути виявлені в існуючих гідрологічних рядах.


Як показує візуальний аналіз графіків середньорічних витрат р. Горинь за період 1914-1985 рр.(рис.7.2), в їх динаміці є два характерних та приблизно однакових за тривалістю (десь 35 років) інтервали часу, в одному з яких (з 1914 по 1950 рр.) спостерігається тенденція поступового зменшення водності цієї річки, а в іншому (з 1950 по 1985 р.) - явна тенденція її збільшення.


Рис.7.2. Прояв протилежних напрямків зміни водності


р. Горинь на протязі 1914-1991 рр.


У зв`язку з характерною для всіх річок циклічністю багаторічних змін їх стоку, така циклічність характерна також зміні водності р. Горинь. Тому виявлення для проміжків 1914-1950 рр. і 1950-1985 рр. тенденції її однонаправленої зміни цілком можуть виявитись фазами спаду (1914-1950 рр.) і підйому (1950-1985 рр.) однієї з гілок довгоперіодного (120-140 років) циклу багаторічних змін цієї водності, а майбутній період, що нас цікавить (1990-2015 рр.) - фазою її чергового зменшення з усіма випливаючими з цього гідрохімічними наслідками.


З метою виявлення та прив`язки до часу меж фаз довгоперіодних циклічних змін водності р.Горинь часовий ряд її середньорічних витрат у створі с.Оженин був оброблений на персональному комп’ютері методом ковзаючого поліноміального згладжування [280], вільного від всіх недоліків, що традиційно спостерігалися у випадках використання ковзаючих n-членних середніх.


В основу цього методу покладено апроксимацію n-членних ковзаючих ділянок ряду Q(t), що досліджується згладжуючим поліномом першого, другого і третього порядків і наступне визначення для кожної точки ti цього ряду, що відповідає її згладженому значенню QF(ti). Це значення розраховується як середнє або середньозважене з апроксимованих значень Q(ti), що були отримані за згладжуючими функціями F(t), які відповідали різним n-членним ділянкам ряду Q(t), що містять в собі точку ti. Практична реалізація методу ковзаючого поліноміального згладжування полягає у послідовному виконанні наступних дій:


1.Виходячи з цілей аналізу та враховуючи особливості динаміки досліджуваного гідрологічного ряду, вибирається вид згладжуючого поліному F(t) та інтервал згладжування n. Для виділення довгоперіодної циклічної складової з періодом L доцільно як згладжуючий поліном вибрати квадратичну параболу F(t)=At2 + Bt + C, а довжину проміжку згладжування - величину n у межах L/4 ... n ... L/2. У нашому випадку (для р.Горинь) n = 30.


2. За допомогою методу найменших квадратів здійснюється ковзаюча апроксимація згладжуваного часового ряду Q(t) поліномами вибраного виду F(t). Спочатку знаходимо поліном F1(t), апроксимуючий перші n точок Q1, Q2, Qn згладжуваного ряду, потім поліном F2(t) для такого ж , але зсунутого на одну точку праворуч n-членної ділянки Q2, Q3, .......Qn+1, потім поліном F3(t)для ділянки Q3, Q4 ....., Qn+2, і т.д. аж до останньої ділянки Qk, Qk+1, ....QN, який апроксимується поліномом FK(t), де K=N-n+1 , а N- довжина досліджуваного часового ряду Q(t). Всі ці поліноми мають один і той же порядок і відрізняються один від одного лише параметрами (числовими коефіцієнтами, що стоять при ступенях t). Зокрема, у випадку вибору нами апроксимуючого поліному у вигляді квадратичної параболи, утвориться набір з K=N-n+1 таких поліномів:


F1(t)=A1t2+B1t+C1


F2(t)=A2t2+B2t+C2


................................


FK(t)=AKt2+BKt+CK


за допомогою яких кожна точка Qi апроксимується деяке ціле число m раз. При цьому для перших і останніх n-1 точок ряда Q(t) це число задовольняє нерівності 1...2...n-1, а для інших N-2(n-1) точок рівняється n.


3. Для кожного члена Qi згладжуваного ряду Q1, Q2, .......QN по m його апроксимованих поліномами F(t) значенням Qij, що знайдені за різними n-членними ділянками ряду, які містять у собі цей член, розраховується його середнє згладжене значення: .


Послідовність таких значень Qi і являє собою виділений ковзаючим поліноміальним згладжуванням еволюторний тренд досліджуваної величини, який для середньорічних витрат Q(t) р.Горинь біля с.Оженин має вигляд плавного циклічного тренду, зображеного на рис. 7.3 суцільною лінією 2. З цього рисунку бачимо, що гілка підйому водності р. Горинь, яка почалася на початку 50-х років, досягла в кінці 80-х років максимуму, після якого цей підйом, зважаючи на циклічність змін Q, повинен змінитися черговою гілкою зменшення водності. Враховуючи, що в більшості випадків гілки підйому і спаду Q, які належать одній циклічній напівхвилі, як правило симетричні відносно фази максимуму, прогноз можливого розвитку поточного напівциклу зміни Q можна отримати шляхом симетричного відображення гілки підйому 1960-1987 рр. відносно 1987 р. на інтервал 1988-2010 рр., на якому таке відображення утворює зображену на рис. 7.3 пунктиром гілку спаду. Ця гілка спаду й приймається нами надалі в якості прогнозу тенденції зміни водності р.Горинь на період до 2010 р.


1


2


Рис.7.3. Багаторічна динаміка (1) та циклічний тренд (2) зміни середньорічних витрат р. Горинь в створі с. Оженін


Слід відзначити, що отриманий таким чином прогноз говорить лише про загальну, найбільш вірогідну тенденцію подальшого розвитку циклічного тренду змін середньої водності р. Горинь, але не несе ніякої інформації ні про можливі значення середньорічної витрати Q Горині в окремі конкретні роки, ні, навіть про можливе перевищення або неперевищення ним, розрахованої по всьому інтервалу 1914-1987 рр, його середньобагаторічної величини Q = 28,3 м3/с. Для відповіді на це питання необхідно лише виявити та екстраполювати в майбутнє елементи періодності, що проявляються в окремих часових рядах річного стоку, або спробувати знайти та використати зв`язок цього стоку з визначаючими хід окремих природних процесів і, зокрема, водності Дніпра, косміко-геофізичними факторами [281].


7.5. Прогноз параметрів регіональної гідрохімічної макросистеми басейну річки Горині на період до 2005 р.


Для виявлення статистичних зв`язків досліджуваних гідрохімічних характеристик р. Горині один з одним та з річковим стоком використано кореляційний аналіз (метод кореляційних матриць), а для описання еволюторних тенденцій зміни цих характеристик у часі і зв`язку їх зі стоком Q - визначення методом найменших квадратів параметрів лінійних рівнянь регресії. Результати кореляційного аналізу приведені в таблиці 7.5, в якій на перетині рядків та стовпців виписані величини коефіцієнтів кореляції між величинами, представленими цими рядками та стовпцями.


В крайньому правому стовпці приведені коефіцієнти кореляції, що характеризують направленість і тісноту зв`язків цих величин з часом, тобто еволюторність їх зміни, а в самому нижньому рядку - математичні очікування Х досліджуваних величин.


З правої крайньої колонки табл. 7.5 випливає, що невеликий вклад в дисперсію (мінливість) цих величин вносять еволюторні тенденції зміни в часі середньорічних витрат р. Горинь та концентрації в її водах іонів Cl-, , Mg2+ і Са2+. Коефіцієнти кореляції піддіагональної частини матриці свідчать про те, що багаточисельні гідрохімічні характеристики р. Горинь пов`язані позитивними кореляційними зв`язками і змінюються в часі в цілому синхронно.


Такими характеристиками є концентрація іонів і Cl-, Mg2+ і Cl-, і Na++K+, жорскості води та суми іонів Σi, Fe2+ та Na++K+ та ін. Окремі пари характеристик, для яких R < 0, змінюються асинхронно. До них відносяться такі пари, як Mg2+ та Ca2+, Mg2+ і Σi, жорсткість і Na++K+ та ін. З лівої вертикальної колонки випливає, що в цілому синхронно зі стоком Q змінюються концентрації Cl-, Mg2+ і жорсткість води та асинхронно - суми іонів Σі і Na++K+ використовувати час (кількість років t, що минули після 1949 р.). У ряді випадків як аргумент для прогнозування можна використовувати прогноз середньорічного стоку, а в окремих випадках, коли зв`язки з часом і стоком відсутні або дуже слабкі - прогнози концентрацій домішок, які тісно корелюють з концентрацією, що прогнозується. У випадку, коли ні один з використаних зв`язків не відноситься до явно переважаючих, результативний прогноз можна розраховувати як середньозважену величину з окремих прогнозів за окремими аргументами.