Калинин В.М. Экологическая гидрология

Подождите немного. Документ загружается.

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОУ ВПО ТЮМЕНСКИЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПРИОРИТЕТНЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ПРОЕКТ «ОБРАЗОВАНИЕ»

ИННОВАЦИОННАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ПРОГРАММА ТюмГУ

ЦЕНТР ТРАНСЛЯЦИИ И ЭКСПОРТА ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ ПРОГРАММ

В. М. КАЛИНИН

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ГИДРОЛОГИЯ

Учебное пособие

Образование»

Выполнено в рамках Инновационной

образовательной программы ТюмГУ

Издательство

Тюменского государственного университета

2008

УДК 502.64(075.8)

ББК Б1473

К172

В.М. Калинин ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ГИДРОЛОГИЯ: Учебное пособие. Тюмень:

Издательство Тюменского государственного университета, 2008. 148 с.

Рассматриваются условия возникновения опасных гидролого-экологических

ситуаций, проблемы управления и нормирования при водопользовании.

Приведены основные положения правовых документов по нормированию

антропогенных воздействий на гидрологический режим и качество вод. Даются

основы по использованию современных программных продуктов для

компьютерного расчета нормативов допустимого сброса сточных вод

Приведены материалы по процедуре разработки нормативов допустимого

воздействия на водный объект. Рассмотрен состав материалов, необходимых для

определения нормативов ДВ.

Для студентов по специальности 020804 (013600) Геоэкология и по направлению

020800 (511100) Экология и природопользование

Пособие может быть использовано так же специалистами, работающими в сфере

охраны водной среды.

Рекомендовано к печати Учебно-методической комиссией эколого-географического

факультета Тюменского государственного университета. Одобрено Учебно-методической

секцией Ученого совета Тюменского государственного университета

Подготовлен в рамках проекта «Формирование инновационного научно-

образовательного комплекса Тюменского государственного университета для

обеспечения эффективности природопользования в условиях интенсивного освоения

ресурсов Западной Сибири»

Рецензенты: А.Ю. Солодовников, доктор географических наук,

заведующий научно-исследовательским отделом

экологии Тюменского отделения «СургутНИПИнефть

Л.В. Переладова, кандидат географических наук, доцент

Тюменского государственного университета

ISBN 978-5-88081-938-0

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр

ВВЕДЕНИЕ …………………………………………………………………………………...5

ГЛАВА 1. ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ И ГИДРОЛОГИЧЕСКИЙ РЕЖИМ РЕК……………8

1.1 Понятие «водные ресурсы», их использование и охрана… 8

1.2 Водные ресурсы и речной сток……………………………………………………....10

1.3 Морфологические характеристики, водный баланс и водный режим рек…....11

1.4 Расчеты стока – основа эколого-гидрологических исследований……………..15

1.5 Водный кадастр и водный реестр……………………………………………………17

1.6 Государственный мониторинг водных объектов………………………………….19

ГЛАВА 2. ВОДНОЕ ХОЗЯЙСТВО……………………………………………………...22

2.1 Отрасли водного хозяйства…………………………………………………………..22

2.2 Водоснабжение…………………………………………………………………………22

2.3 Водоотведение………………………………………………………………………….26

2.4 Потребление воды энергетикой и сельским хозяйством………………………..30

2.5 Водный транспорт, рыбное хозяйство……………………………………………...33

2.6 Борьба с наводнениями……………………………………………………………….38

2.7 Водопотребление и водопользование……………………………………………...41

2.8 Схема комплексного использования и охраны водных объектов……………...41

2.9 Водохозяйственные балансы и принципы их составления……………………..44

ГЛАВА 3. РАСЧЕТЫ НИЗКОГО СТОКА ……………………………………………….46

3.1 Меженный и минимальный сток: основные определения………………………46

3.2 Расчеты минимального стока различной обеспеченности при наличии

данных наблюдений…………………………………………………………………..48

3.3 Расчеты минимального стока при недостаточности или отсутствии

данных наблюдений…………………………………………………………………..52

ГЛАВА 4. НОРМАТИВНЫЕ ОСНОВЫ УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ

ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД ……………………………………………………56

4.1 Понятие о качестве воды...…………………………….…………………………......56

4.2 Виды загрязнений. Загрязняющие вещества и пути поступления

их в водные объекты…………………………………………………………………...57

4.3 Нормирование качества воды водотоков и водоемов…………………………...61

4.4 Охрана водных объектов при сбросе сточных вод……………………………….67

4.5 Расчет величины НДС отдельных выпусков для водотоков……………………69

4.6 Расчет величины НДС отдельных выпусков для водохранилищ и озер…......73

4.7 Оценка расстояния до створа практически полного смешения………………..75

ГЛАВА 5. ДИФФУЗНОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ………………77

5.1 Роль неточечных источников в загрязнении водных объектов……………….77

5.2 Типы неточечных источников……………………………………………………….78

5.3 Методы оценки диффузного загрязнения………………………………………...80

5.4 Водоохранные зоны и прибрежные защитные полосы…………………………87

ГЛАВА 6. ОЦЕНКА ЗАГРЯЗНЕННОСТИ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД …………….95

6.1 Методы оценки загрязненности природных вод…………………………………95

6.2 Принципы метода оценки загрязненности поверхностных вод………….…..100

6.3 Показатели комплексной оценки. Требования к исходной информации…..101

6.4 Расчет коэффициента комплексности загрязненности воды…………..…….103

6.5 Расчет комбинаторного индекса загрязненности воды………………..….…..104

ГЛАВА 7. РАСЧЕТ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ОПАСНЫХ

УРОВНЕЙ ВОДЫ.................................................................……..….…108

7.1 Экологические последствия экстремальных уровней…………………..…..…108

7.2 Расчет экстремальных уровней при наличии данных наблюдений.………..112

7.3 Расчет экстремальных уровней при отсутствии наблюдений………………..118

ГЛАВА 8. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ХОЗЯЙСТВЕННОЙ

ДЕЯТЕЛЬНОСТИ НА РЕЧНОЙ СТОК …………………………….........119

8.1 Статистические метода…………………………………………………………......119

8.2 Воднобалансовые методы………………………………………………………….123

ГЛАВА 9. НОРМАТИВЫ ДОПУСТИМОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

НА ВОДНЫЙ ОБЪЕКТ…………………………………………………..…129

9.1 Процедура разработки и утверждения нормативов ДВ…………………..…..129

9.2 Состав материалов, используемых при разработке нормативов ДВ…..…..131

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………………..…..136

ЛИТЕРАТУРА…………………………………………………………………………..…139

ПРИЛОЖЕНИЯ………………………………………………………………………..….142

ВВЕДЕНИЕ

Экологизация всех сторон экономической, политической и

социальной жизни человеческого общества приобретает необратимый

характер. Особенно ярко этот процесс проявляется в сфере науки.

Сейчас уже трудно назвать раздел науки, который не объявил бы о

своих экологических претензиях. Здесь экологическая химия и физика,

военная и космическая экология, палеоэкология, экологическая

картография и т.д. и т.п. Естественно, не осталась в стороне от этого

процесса и гидрология.

Современное взаимоотношение человека и природы носит

кризисный характер. Это особенно заметно применительно к водной

среде. Вода по причине своих драгоценных свойств занимает в земной

жизни особое положение. Вода нужна всем, везде и всегда. И не

просто вода, а вода чистая и как можно больше. Недаром одна из

секций VI Всероссийского гидрологического съезда (Санкт -Петербург,

2004) имела название «Экологическое состояние водных объектов.

Качество вод и научные основы их охраны».

Использование воды должно быть рациональным ( rationalis –

разумный, лат.). Нужно помнить о том, что водные объекты это не

только водные ресурсы, рекреационные зоны, судоходные кана лы,

источники энергии, но и дом для разнообразных гидробионтов - наших

соседей по планете Земля. Дать научное обоснование мерам по

оптимизации взаимоотношения водных экосистем и

водопользователей есть основная задача экологической гидрологии.

Каждый эколог должен быть знаком с основами

водопользования, закономерностям функционирования водных и

околоводных экосистем, с влиянием водного и химического режимов

на эти системы и на здоровье человека.

В 2007г. вступил в действие новый Водный Кодекс Российской

Федерации. В этом документе, кроме многих нововведений, связанных

с развитием рыночных отношений в России, ставиться амбициозная

задача утверждения традиции устойчивого водопользования.

Одним из главных моментов решения задачи является

установление целевых показателей качества воды в данной реке,

водохозяйственном участке, речном бассейне или его части. Целевые

показатели качества – это наперед заданные концентрации

загрязняющих веществ и других показателей в водах рек и озер.

Заданные значения могут быть достигнуты не сразу, а в течение

определенного времени, например за 15-20 лет. При этом

назначаются временные этапы постепенного снижения уровня

загрязнения.

Возникает сложная задача организационного, юридического и

водохозяйственного обеспечения решения данной проблемы. Нужны

согласованные усилия многих организаций и хозяйствующих

субъектов в данном бассейне, чтобы успешно и последовательно,

вопреки политическим и экономическим препятствиям, идти к

поставленной цели.

На этом пути не мало трудностей чисто научного и технического

характера. В частности, одной из сложнейших проблем является

определение диффузного загрязнения. Это смыв поллютантов с

территории городов, нефтепромыслов, промышленных площадок,

сельскохозяйственных полей и др. Сейчас нет даже примерны х оценок

вклада диффузных источников в формирование качества воды

средних и больших рек. Если говорить о малых реках, то

предлагаемые подходы не получили широкого распространения и

требуют совершенствования.

Вклад диффузных, а так же рассредоточенных мелки х точечных

источников загрязнения водных объектов является столь

существенным, что превышает долю организованных сосредоточенных

сбросов сточных вод. Поэтому к рассредоточенным источникам

загрязнений должно быть особое внимание со стороны экологической

гидрологии как научной и учебной дисциплины.

Приоритетными направлениями экологической гидрологии

следует признать расчеты нормативов допустимого сброса сточных

вод, расстояние до створа полного их смешения с водами реки,

расчеты экологически опасных уровней воды рек и озер, определение

допустимого антропогенного воздействия на водные объекта,

количественную оценку антропогенного воздействия на речной сток и

водные ресурсы. Решение этих и других задач возможно только на

основе расчетов речного стока (максималь ного весеннего, дождевого

паводочного, минимального летнего и зимнего) – этой основы

гидрологии как инженерной дисциплины.

Данное учебное пособие имеет своей целью ознакомить

студентов с основными методическими документами и теоретическими

основами эколого-гидрологических расчетов. Необходимые навыки

таких расчетов, в том числе на основе современных программных

компьютерных продуктов, они получают в ходе практических занятий.

Владение методами эколого-гидрологических расчетов является очень

важным для будущего специалиста-геоэколога, так как роль и

значение таких задач достаточно велика для каждого предприятия -

водопользователя.

Автор выражает глубокую благодарность доктору географических

наук, заведующему научно-исследовательским отделом экологии

Тюменского отделения «СургутНИПИнефть Солодовникову А.Ю. и

кандидату географических наук, доценту Тюменского

государственного университета Переладовой Л.В.за ценные

замечания и конструктивные советы, высказанные в процессе

рецензирования рукописи.

ГЛАВА 1

ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ И ГИДРОЛОГИЧЕСКИЙ РЕЖИМ РЕК

1.1 Понятие «водные ресурсы», их использование и охрана

Выделение курса «Экологическая гидрология» в отдельную дисциплину

связано со следующими причинами:

 возрастанием актуальности экологических проблем в современном

обществе;

 большой ролью воды в экологических процессах всех природных сред –

атмосфере, гидросфере, почвах, литосфере, а также биотических процессах;

 возрастание объемов эколого-гидрологических исследований и работ при

проектировании и эксплуатации объектов, которые образуют отдельный раздел

гидрологии и которые все больше обретают черты отдельной дисциплины.

Экологическая гидрология занимается изучением характера и масштабов

антропогенных воздействий на водные объекты, а так же применением

закономерностей фундаментальной гидрологии для решения задач охраны вод.

Вода – важнейший и неотъемлемый фактор, определяющий

жизнедеятельность общества и развитие производительных сил. Она не имеет

заменителей. От уровня водообеспечения зависит в значительной степени

развитие экономического потенциала общества. В свою очередь уровень

обеспечения водой определяется водными ресурсами, которыми располагает

человек в том или ином географическом районе.

Слово ресурсы происходит от французского ressourse и переводится как

запасы, ценность. Водные ресурсы – это совокупность всех видов природных вод

во всех их агрегатных состояниях. Это воды рек, озер, морей, океанов, подземные

воды, пары атмосферы, почвенные воды, воды ледников и снежников.

В процессе исторического развития общество использует лишь те виды

природных вод, которые доступны в соответствии с уровнем его экономического

развития. Специфической особенностью водных ресурсов является их

возобновление. Этим они коренным образом отличаются от других видов

природных ресурсов. По скорости возобновления природные воды

подразделяются на медленно возобновляемые и ежегодно возобновляемые.

Вековые запасы озерных, глубоких подземных и ледниковых вод возобновляются

чрезвычайно медленно – раз в сотни и тысячи лет. Поэтому интенсивное

использование может вызвать их истощение.

Наиболее динамичными в смысле возобновления являются речные воды.

При относительно небольшом объеме по сравнению с другими источниками,

речные воды возобновляются в среднем каждые 20 суток, а с учетом

регулирования – в течение одного года.

Чтобы водные ресурсы могли быть использованы человеком, необходимо

создать целую систему устройств, сооружений, аппаратов, приборов, систем

управления, обслуживания и т.д. Все это образует водное хозяйство.

Водное хозяйство – отрасль экономики, занимающаяся изучением,

использованием и регулированием водных ресурсов, охраной вод от загрязнения

и истощения, транспортировкой их к месту назначения (Авакян, Широков,1994).

Водохозяйственный комплекс – это многокомпонентная система. Она

обслуживается многими научно-техническими дисциплинами: гидравликой,

гидротехникой, географией, гидрогеологией, гидробиологией и др. Инженерная

гидрология является прикладной наукой, которая занимается применением

закономерностей гидрологии для решения задач рационального использования

водных ресурсов. Инженерная гидрология является основой водного хозяйства,

ибо только с ее помощью можно определить наличие и необходимые для данной

отрасли объемы водных ресурсов, их распределение по сезонам года и т.д. Если

выводы инженерной гидрологии покажут, что водных ресурсов недостаточно, то

привлечение остальных наук к решению данной задачи теряет смысл.

Использование вод сопровождается рядом негативных последствий, таких

как загрязнение, засорение и истощение их запасов. Вода нуждается в охране,

прежде всего законодательной. Основой здесь служит "Водный кодекс Российской

Федерации", регулирующий водные отношения в стране. В развитие кодекса

правительством РФ утверждены «Положение об осуществлении государственного

контроля и надзора за использованием и охраной водных объектов», «Положение

о ведении государственного водного реестра», «Гигиенические требования к

охране поверхностных вод. СанПиН 2.1.5.980-00» и др. документы.

Не менее важным является защита вод в стадии проектирования различных

сооружений и объектов. Здесь действует определенный порядок. Каждый проект

должен иметь природоохранный раздел и все положения проекта должны быть

согласованы с природоохранными органами, местными администрациями,

органами гигиены и эпидемиологии, рыбохраны, охраны недр, ветеринарной

службой и др.

С целью рационального использования водных ресурсов и удовлетворения

потребностей всех водопользователей, иногда имеющих противоположные

интересы (например, рыбному хозяйству нужны стабильные уровни в

водохранилище, а энергетики в зимний период снижают уровни для выработки

электроэнергии), создаются схемы комплексного использования и охраны водных

ресурсов речного бассейна, экономического района и др. Такие схемы

периодически обновляются, рассматриваются и утверждаются органами власти.

Схемы по возможности удовлетворяют и примиряют интересы большинства

водопользователей, учитывают появление новых водопользователей и т.д.