| 1 |
26 ноября 2012 г.-14 февраля 2013 г. |
Предложения по формированию комплекса факторов, определяющих развитие продукционных процессов в экосистемах Можайского, Рузского, Озернинского и Истринского водохранилищ и в экосистемах водохранилищ водораздельного бьефа канала им. Москвы |
| Результаты этапа: В результате работы внесены предложения по формированию комплекса факторов, определяющих развитие продукционных процессов в экосистемах водохранилищ. Проанализирован комплекс факторов развития фитопланктона в водохранилищах и составлена классификация этих факторов с учетом иерархии их действия на продукционные процессы в экосистемах. |
| 2 |
26 ноября 2012 г.-19 июля 2013 г. |
Информационно-аналитическое обеспечение изучения влияния экстремально жарких периодов на гидрохимические и гидробиологические характеристики систем водоснабжения г. Москвы |
| Результаты этапа: Разработан электронный архив данных, который содержит два основных компонента: данные по качеству воды в различных точках отбора на водохранилищах, питающих водой г. Москву; данные по качеству воды, непосредственно поступающей на станции водоподготовки. Каждый из компонентов содержится в отдельной базе данный в формате MS Access 2000–2003 и позволяет проводить просмотр данных как в табличной, так и в графической форме, а также строить любые выборки средствами СУБД MS Access для дальнейшей обработки как средствами данной СУБД, так и широким набором внешних приложений. Подробно описана работа с электронным архивом, рассмотрена структура данных и пользовательский интерфейс.
Разработана методика систематизации ошибок и коррекции данных, поступающих в электронный архив. Систематизация основана на классификации ошибок разного типа. Выделено шесть типов ошибок и указаны процедуры их исправления. В соответствии с этими процедурами проведена коррекция временных рядов показателей качества воды. Для снижения влияния флуктуаций различной природы, искажающих результаты измерений, проводилось усреднение данных за месячный период. Обработанные таким способом ряды данных включены в разработанный электронный архив.
Получены статистические распределения гидрохимических и микробиологических показателей качества воды на основе разработанных математических моделей. Показано, что статистические распределения подчиняются логнормальному закону. Анализ временных рядов для 6 гидрохимических показателей: pH, щелочности, хлоридов, аммиака, железа, алюминия, и 5 бактериологических показателей, среди которых: колиформные бактерии, сульфитредуцирующие клостридии, общее микробное число, колифаги, фекальные стрептококки, – характеризующих качество воды в р. Москве (п. Рублево), подтвердил теоретические выводы и позволил определить параметры их распределений. Обнаружено расщепление распределений для ряда показателей на две логнормальные ветви, отвечающие разным условиям формирования стока воды и ингредиентов в разные сезоны года. Полученные статистические распределения использованы для нахождения вероятностей экстремальных значений показателей качества воды, в том числе характерных для экстремально жарких периодов.
Получены статистические распределения численности фитопланктона на основе анализа временных рядов данных с позиций популяционной динамики. Показано, что в разные периоды года статистические распределения численности фитопланктона подчиняются разным законам: в зимний период – логнормальному, в вегетационный период – логарифмическому. Вероятности появления экстремально высоких значений численности описываются нормальным законом. Проверка выведенных соотношений на массиве эмпирических данных подтвердила теоретические выводы. Полученные результаты позволяют прогнозировать вероятности различных численностей фитопланктона в широком интервале значений, том числе, и в области высоких значений, которые наблюдаются в период повышенных летних температур и которые наиболее опасны с точки зрения качества воды, технологии водоподготовки и благополучия водных экосистем. |
| 3 |
26 ноября 2012 г.-19 июля 2013 г. |
Основные закономерности гидротермического, гидрохимического режима и условий развития фитопланктона в водохранилищах водоснабжения г. Москвы в годы различной водности |
| Результаты этапа: В результате работы получено обобщение основных закономерностей гидрологического, гидротермического и гидрохимического режимов водохранилищ, показано влияние водности года и отдельных фаз притока на особенности гидрологической структуры и различия в распределении химических и биологических характеристик. |
| 4 |
26 ноября 2012 г.-9 апреля 2014 г. |
Статистические закономерности временной изменчивости гидрохимических и гидробиологических показателей качества воды в водохранилищах и температурные зависимости показателей |
| Результаты этапа: Проведенные исследования в рамках 4-го этапа работ по проекту позволили выявить статистические закономерности временной изменчивости гидрохимических и гидробиологических показателей качества воды в водохранилищах и температурные зависимости показателей. С этой целью проведен статистический анализ температурных временных рядов; выявлены взаимосвязи между показателями; разработаны модели временной изменчивости гидрохимических и гидробиологических показателей качества воды и ее температуры в водохранилищах и на этой основе установлены статистические закономерности поведения показателей качества воды в жаркие периоды.
Изучено поведение показателей качества воды в жаркие периоды. Рассмотрен отклик на изменение температуры со стороны микробиологических показателей (общее микробное число, колиформы общие и термотолерантные, колифаги, фекальные стрептококки, сульфитредуцирующие клостридии), гидробиологических показателей (фитопланктон, зоопланктон), показатели органического вещества (цветность, перманганатная окисляемость), гидрохимические показатели (фосфаты, формы азота, марганец, железо, макроионы, электропроводность, щелочность, жесткость, мутность, растворенный кислород, рН), а также мутность и интенсивность запаха.
Показано, что воздействие температуры на качество воды в жаркие периоды осуществляется через три группы факторов: растворенный кислород, биогенные вещества, фитопланктон. Накопленный пул биогенных веществ влияет на интенсивность цветения фитопланктона и, через него, на органолептические свойства (цветность, запах, вкус), содержание органического вещества, перечисленные выше группы показателей качества воды, а также на концентрацию растворенного кислорода. Фитопланктон регулирует содержание биогенных веществ, микро- и макроэлементов, численность зоопланктона, щелочность и жесткость воды (последние – через содержание кальция, хлоридов, сульфатов), содержание органического вещества и кослорода, влияет на рН. Растворенный кислород регулирует деятельность микроорганизмов-деструкторов органического вещества (влияет на соотношение между аэробнынами и анаэробныеми микроорганизмами, численность разных групп микроорганизмов, на выделяемые в результате деструкции органического вещества формы азота и фосфора), окислительно-восстановительную обстановку в донных отложениях (влияет на содержание марганца и железа в воде). Главным фактором, определяющим численность фитопланктона и концентрацию растворенного кислорода, является накопленный в водоеме запас биогенных веществ. Через этот фактор можно регулировать большинство показателей качества воды, в том числе, и в жаркие периоды. Поэтому управление качеством воды в источниках водоснабжения должно осуществляться именно через регулирование (уменьшение) запаса биогенных веществ. Основной путь – это снижение биогенной нагрузки на водоем через уменьшение сброса неочищенных или недостаточно очищенных сточных вод.
Определена вероятность возникновения высоких температур, при которых наблюдаются явления ухудшения качества воды. С этой целью были изучены ряды среднесуточной температуры воздуха и воды, поступающей из водохранилищ на станции водоподготовки. Построены функции распределения температуры и найдены вероятности превышения заданных температурных порогов. Определено среднее число дней в году, соответствующее найденным вероятностям превышения. Описана методика вероятностного прогнозирования значений показателей качества воды и показано ее значение для формирования надлежащего состава сооружений водоподготовки, выбора типа реагентов и их запасов, а также для планирования мероприятий по улучшению качества воды в источниках водоснабжения, ориентируясь на наиболее критичные значения показателей.
Проведено обобщение разработанных ранее моделей выноса примеси с речного водосбора с целью нахождения статистического распределения концентраций примеси в конечном створе. Показано, что распределение вероятностей расщепляется на несколько ветвей (от одной до трех), каждая из которых подчиняется логнормальному закону. Показано, что расщепление распределения на несколько ветвей — следствие сезонной изменчивости условий среды. Найдены значения параметров распределений для каждой ветви и указаны точки перехода от одной ветви к другой. |
| 5 |
26 ноября 2012 г.-9 апреля 2014 г. |
Имитационная модель развития фитопланктона в водохранилищах на основе моделирования процессов тепломассообмена в водохранилищах |
| Результаты этапа: В результате работы разработана имитационная модель гидроэкологических процессов в водохранилищах, верифицированная по данным полевых наблюдений. |
| 6 |
26 ноября 2012 г.-9 апреля 2014 г. |
Оценка условий развития фитопланктона в экстремально жаркие периоды по результатам сценарных расчетов на основе разработанной модели |
| Результаты этапа: В результате работы разработаны расчетные сценарии, проведен цикл многовариантных расчетов и получен прогноз реакции фитопланктонного сообщества в экосистемах водохранилищ москворецкого и волжского водоисточников на аномальные погодные условия в вегетационный период. |
| 7 |
26 ноября 2012 г.-9 апреля 2014 г. |
Оценка изменений гидрохимических и гидробиологических показателей качества воды при наступлении продолжительных жарких периодов |
| Результаты этапа: В результате работы выявлены особенности пространственно-временных изменений продольно-вертикального распределения показателей органического вещества, растворенного кислорода, аммонийного иона и фосфатов в летний период при различных сценариях наполнения и сработки водохранилищ в весенний период, различном уровне воды в водохранилищах в вегетационный период и различной внешней биогенной нагрузки. Установлено влияние жаркой погоды на изменение составляющих теплового баланса поверхности водоемов и развития термической стратификации водохранилищ в летний период. |
| 8 |
26 ноября 2012 г.-9 апреля 2014 г. |
Рекомендации по снижению влияния экстремально жарких периодов на показатели качества воды в источниках водоснабжения на примере г. Москвы |
| Результаты этапа: В результате работы сформулированы рекомендации по оперативному влиянию на продуктивность экосистем путем регулирования водного режима и перспективным мероприятиям по кардинальной реконструкции водохранилищ с целью управления процессами в экосистемах. |
