МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ОЦЕНКИ И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ КАЧЕСТВА ВОД
Математические модели позволяют спланировать стратегию управления качеством вод и оценить последствия ее реализации. В настоящее время ключевыми задачами являются:
- • обоснование приоритетных показателей качества воды;
- • определение основных целей водоохраной деятельности.
В связи с тем, что прямые эксперименты с природными экосистемами затруднены и часто недопустимы, а возможности их лабораторного моделирования весьма ограничены, математические модели представляются одним из основных инструментов количественного и практического регулирования водных экологических систем.
Управление качеством вод осложняется тем, что загрязнение водных объектов на 60—80 % обусловлено действием практически неуправляемых неточечных источников. Нерегулируемое размещение на территории водосбора, сезонность поступления ЗВ и т. д. затрудняют учет воздействия этих источников на качество вод.
Сбросы ЗВ от точечных источников обычно регулярны и могут рассматриваться как стационарные. Они фиксированы на местности, а нагрузки ЗВ оцениваются по непосредственным замерам, известным технологиям производства и т. д. Качество воды в заданном сечении реки определяется суммарной нагрузкой от всех источников, объемом потока воды и последующего растворения и распада ЗВ в условиях установившегося течения. При преобладании на водосборе точечных источников концентрация ЗВ в реке является гиперболической функцией потока, так как концентрация ЗВ снижается при увеличении объема протекающей воды за счет разбавления. При этом детали составляющих гидрологического цикла и характеристики водосбора оказываются несущественными, используются лишь базовые гидравлические и морфометрические показатели для расчета установившегося потока, служащие входной информацией для модели качества воды.
Схема речной системы также крайне проста — ее представляют в виде древовидной структуры, составленной из ствола и притоков. Поскольку нагрузки по длине потока принимают постоянными и установившимися, то для оценки воздействия сбросов от точечных источников используют детерминистические модели. Таким образом, традиционная модель качества воды речной системы с доминирующими точечными источниками достаточна проста.
В случае преобладания неточечных источников оценка их воздействия включает больше этапов, причем каждый из них является достаточно сложным (табл. 4.1).
Таблица 4.1. Сравнение основных этапов при оценке загрязнения водных объектов точечными и неточечными источниками [5]
|
Виды оценок |
Точечные источники |
Неточечные источники |
|
Интенсивность поступления ЗВ |
Установившееся состояние; фиксированные сбросы; легко оцениваются |
Неустановившееся состояние; перемещение ЗВ водными или эрозионными потоками; трудность оценки |
|
Условия расчета |
Спокойное течение; малая зависимость от гидрологических параметров |
Динамические и стохастические процессы; высокая зависимость от гидрологических параметров |
|
Представление системы |
Одномерный поток с источниками |
Сложное двухмерное представление водосбора и водного объекта |
|
Оценка воздействия (моделирование) |
Детерминированные модели качества воды для установившегося потока |
Объединенный расчет площадной нагрузки и переноса ЗВ |
|
Приближенные методы |
Обычно не требуются |
Оценка линейных источников и временных масштабов в моделях установившегося состояния или пиковой нагрузки |
В приближенной оценке принимается базовое допущение, что структура модели качества воды не зависит от типа источника воздействия (точечный или неточечный), тогда оценки воздействий неточечных источников могут быть выполнены с использованием тех же методов и моделей, что и для точечных источников. Упрошенные модели применяют для предварительной оценки неточечных источников, позволяя представить хотя бы порядок интересующих величин. В зависимости от результата предварительной оценки и важности проблемы решают вопрос о необходимости более адекватного моделирования.
