Моделирование техноприродных процессов на водосборах рек

Размещено на http://www.allbest.ru/

МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОПРИРОДНЫХ ПРОЦЕССОВ НА ВОДОСБОРАХ РЕК

Д.Н. Кутлияров, А.Р. Хафизов - канд. техн. наук

ФГОУ ВПО «Башкирский государственный

аграрный университет», г. Уфа, Россия

Разработана обобщенная модель техноприродных процессов на водосборах рек. Дается описание модели. Модель позволяет обосновать комплекс мероприятий, повышающих экологическую устойчивость водосборов и оценить количественно степень изменения их устойчивости.

водосбор река устойчивость экологический

The generalized model of a technonatural of processes on reservoirs of the rivers is developed. The description of model is given. The model allows to prove a complex of the actions raising ecological stability of reservoirs and to estimate quantitatively a degree of change of their stability.

На основании обобщения результатов геоэкологических исследований на водосборах рек разработана обобщенная модель техноприродных процессов на водосборах рек степной зоны. В основу модели заложены техноприродные процессы, происходящие на водосборе р. Таналык. Водосбор р. Таналык является типичным водосбором степной зоны Башкирского Зауралья, которому присущи все природно-климатические и ландшафтные особенности водосборов степной зоны.

Разработанная модель состоит из трёх основных и взаимосвязанных подсистем:

природная подсистема;

антропогенная подсистема;

управленческая подсистема.

Модель техноприродных процессов на водосборах позволяет сконструировать различные геоэкологические состояния водосборов и выявить условия устойчивого функционирования водосборов. В ходе моделирования последовательно решаются следующие задачи: анализ состояния водосбора, проведение прогнозных исследований, проведение сценарных исследований, разработка ГИС.

1-й этап: «Анализ состояния водосбора». Геоэкологическое состояние водосбора количественно оценивается коэффициентом экологической устойчивости техноприродных систем на водосборах Кс [1]. Условием устойчивого функционирования водосбора является достижение значения Кс до минимально устойчивого уровня (в нашем случае Кс = 0,34). Применительно к водосбору р. Таналык расчеты показали, что коэффициент Кс составляет 0,23 и по [1] оценивается как «очень низкой» степени экологической устойчивости, соответствующий неудовлетворительному геоэкологическому состоянию.

2-й этап: «Проведение прогнозных исследований». Путем прогнозирования и оценки рисков выполняется обоснование комплекса мероприятий по снижению негативных последствий антропогенной деятельности. Прогнозирование осуществляется на основе полученной информации о закономерностях функционирования водосборов под воздействием физико-географических особенностей и антропогенных факторов. Качественный состав воды в реках и имеющихся водохранилищах формируется под влиянием техно-природных процессов, происходящих на водосборе. Поэтому при определении геоэкологического состояния водосбора прогнозирование качества вод является важным элементом. Химический состав воды исследуемого водосбора оценен по её минерализации и содержанию биогенных элементов, ионов ряда градиентов (НСО3, SО4, Cl, Ca, Mg, Na+K), нефтепродуктов и тяжелых металлов.

3-й этап: «Проведение сценарных исследований». Формирование опасных и чрезвычайных ситуаций на реках водосбора, в первую очередь, связано с водохранилищами. Для выделения наиболее вероятных причин аварий на водосборах строятся возможные сценарии возникновения аварий. В качестве примера рассмотрен водосбор р. Таналык.

«Пример проведения сценарных исследований водосбора р. Таналык». В настоящее время на территории водосбора эксплуатируются 15 водохранилищ, чрезвычайные ситуации на которых могут привести к экологической катастрофе. Возможные сценарии возникновения аварий:

а) Природные:

прохождение весеннего половодья менее 0,5%-й обеспеченности. Коэффициент вариации годового стока составляет 0,7 (максимальное значение по Башкортостану);

прохождение весеннего половодья больше или равной 0,5%-й обеспеченности низкой, по сравнению с расчетной, пропускной способностью водопропускных сооружений. Для условий Башкирского Зауралья причинами снижения пропускной способности водопропускных сооружений являются: заторы льда (средняя толщина льда в водохранилищах составляет 78 см) и кустарниковые засоры.

б) Антропогенные:

принятие неправильных решений сотрудниками служб эксплуатации при эксплуатации водохранилищ (причина - низкий уровень квалификации);

проведение террористического акта (диверсии) на гидроузле с взрывом и разрушением тела плотины.

в) Технологические:

сброс избыточной воды в нижний бьеф при неудовлетворительном техническом состоянии водосбросных и водовыпускных сооружений. В водохранилищах Башкирского Зауралья наиболее широко применяются водосбросы сифонные бесковшового типа, открытые траншейного типа и трубчатые;

выход фильтрационной воды на низовой откос грунтовых сооружений с выносом грунта. Повышению интенсивности фильтрационных процессов, образованию пор, пустот и промоин способствуют землеройные животные, ареал обитания которых, находится в Башкирском Зауралье (степной сурок, степная пищуха, суслик рыжеватый);

размыв верхового откоса и гребня плотины ветровой волной. При дальнейшей эксплуатации гребень полностью размывается. Ветровая волна максимальной высотой в условиях Башкирского Зауралья образуется в Акъярском водохранилище (водоток - р. Ташла) и составит 2,72м.

Результатом аварий на водохранилищах является разрушение тела плотины и образование волны прорыва. Высота волны прорыва зависит от объёма воды водохранилищ Vв и расчетного напора Н1. Чем больше Vв и Н1, тем больше волна прорыва, следовательно, и величина возможного причинённого ущерба. Для водохранилищ водосбора р. Таналык расчеты показали, что максимальная волна прорыва возникнет на Таналыкском водохранилище (Vводохр.= 14,2 млн м3, Sзеркала = 191,5 га) и составит 9,6 м.

4-й этап: «Сбор и обработка информации с использованием ГИС-технологий». Блок ГИС-систем позволяет моделировать территорию водосбора с представлением пространственной и атрибутивной информации: карта местности, гидрографическая сеть водосбора, техногенные объекты, водохранилища в пределах этой территории и их параметры, экологическая инфраструктура водосбора [2].

Управление моделью осуществляется через мелиоративную подсистему. Мелиоративные мероприятия смягчают антропогенные техногенные воздействия и повышают экологическую устойчивость ландшафтов водосбора, улучшают экологические показатели биотических и абиотических компонентов водосбора. Чем эффективнее мелиорации, тем меньше негативные экологические последствия.

Эффективность мелиоративных мероприятий (корректирующей подсистемы) учитывается через изменение коэффициента Кс техногенной (корректируемой) системы (таблица).

Эффективность мелиоративных мероприятий на водосборе р. Таналык

Таким образом, модель техноприродных процессов на водосборах рек позволяет оценить геоэкологическое состояние водосборов, обосновать и определить эффективность мелиоративных мероприятий на водосборах.

Библиографический список

1. Голованов, А.И. Комплексное обустройство (мелиорация) водосборов [Текст] / А.И. Голованов, Ю.И. Сухарев, В.В. Шабанов // Материалы международной научно-практической конференции «Роль природообустройства в обеспечении устойчивого функционирования и развития экосистем». - М.: ФГОУ ВПО МГУП. 2006. С. 26- 41.

2. Кутлияров, Д.Н. Геоинформационные системы водохранилищ Республики Башкортостан [Текст] / Д.Н. Кутлияров //Землеустройство, кадастр и мониторинг земель. 2008. № 8. С. 89-91.

Размещено на Allbest.ru