ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Типы неточечных источников из "Диффузное загрязнение водных экосистем" В соответствии с такой классификацией, отнесение источника к тому или другому типу не всегда зависит от пути, которым загрязнение попадает в реку. Так, например, смыв дорожной пыли с городской территории в результате ливня необходимо рассматривать как рассредоточенное загрязнение даже в том случае, когда большая часть стока, пройдя через системы ливневой канализации, достигает водоема по каналам очистных сооружений [Behrendt, 1993]. Поэтому, когда говорят о неточечных источниках, под этим термином подразумевают, прежде всего, сами территории водосборных бассейнов, с которых в тех или иных гидрологических условиях возможно поступление загрязняющих веществ в водные объекты. [c.7] Более распространенной и общепринятой, однако, считается иная типизация, когда все многообразие неточечных источников, обусловленное и различием физико-географических и гидрологических особенностей территорий, и различием видов хозяйственной деятельности на них, разделяют на два типа. К первому типу относят урбанизированные территории, т. е. территории городов и крупных населенных пунктов с преобладающей долей водонепроницаемой или слабо водопроницаемой поверхности (асфальтовые и бетонные покрытия, плотная застройка) и развитыми системами ливневой канализации. Внегородские территории, на значительной части которых инфильтрационные свойства поверхности близки к естественным (природным), относят ко второму типу рассредоточенных источников. [c.8] Выделение городских территорий в особый тип неточечных источников обусловлено следующими соображениями. Во-первых, города, как территории с большой плотностью населения, развитой промышленностью и интенсивной хозяйственной деятельностью, дают значительные по объему нагрузки на близлежащие водные объекты (реки, эстуарии, прибрежные воды), причем спектр загрязняющих веществ от мегаполисов, как правило, является несравненно более широким, чем от территорий неурбанизированных. [c.9] Наконец, в-третьих, водные объекты, подвергающиеся такому комплексному воздействию, часто непосредственно используются населением этих городов в самых разных целях от водоснабжения до рекреации, что в случае опасного выброса загрязняющих веществ может сказаться на здоровье сразу большого числа людей. Этим и объясняется то пристальное внимание, которое уделяется во всем мире изучению дренажного стока с городских территорий [Urban storm. 1997]. [c.10] Вынос рассредоточенного по площади водосбора загрязнения в реки и водоемы обусловлен, в основном, процессами водного (жидкого) и твердого стока, которые формируются атмосферными осадками, выпадающими на территории водосборного бассейна Во-первых, осадки, особенно осадки в виде ливня или града, обеспечивают необходимой кинетической энергией процессы высвобождения из почвы частиц твердого стока вместе с сорбированными на них химическими веществами. Во-вторых, интенсивность и продолжительность осадков определяют объем воды для дальнейшего переноса этих частиц по или под поверхностью земли, транспортируя, таким образом, и загрязняющие вещества. [c.10] Осадки, выпадающие на водосборном бассейне, стекают в виде поверхностного стока лишь частично, а частично расходуются на испарение и инфильтрацию. Объем воды на формирование поверхностного стока зависит как от интенсивности осадков, так и от характеристик водосборного бассейна. Безвозвратными потерями атмосферной влаги для данного водосбора признаются потери на испарение, так как считается, что они большей частью уносятся воздушными потоками за пределы бассейна. Потери же влаги на инфильтрацию в почвенный покров следует рассматривать как потери лишь для конкретного участка водосбора или для данного дождя (периода снеготаяния), поскольку позднее они все равно поступят в реку или водоем с подземными водами. [c.10] Суммарное испарение определяется, очевидно, еще и испарением с почвы, не покрытой растительностью. При этом испарение происходит не только с поверхности почвы, но и с частиц, расположенных ниже поверхности. Величина этой части испарения определяется влажностью почвы и дефицитом влажности воздуха. [c.11] Таким образом, диффузное загрязнение водных объектов во многом определяется функционированием водосборов как гидрологических систем [Ханкс, 1988 Bla k, 1997]. Гидрологические процессы осадки, испарение, инфильтрация, эвапотранспирация, фильтрация, сток обеспечивают основные пути переноса большинства веществ, а также среду воду, в которой и происходит большинство химических и биологических превращений. Поэтому все процессы, формирующие водный сток, будут оказывать влияние на поступление загрязняющих веществ в водные объекты. [c.11] В этой связи необходимо хотя бы кратко коснуться вопроса о том, насколько велика роль влажных выпадений в формировании качества поверхностных вод. Некоторым образом ответ на него иллюстрируется двумя следующими таблицами. Наблюдения показывают, что концентрации загрязняющих веществ в дождевой воде могут достигать чрезвычайно высоких значений. [c.11] Например, согласно литературным данным (см. табл. 1.3), в дождевой воде наблюдались конценграции аммонийного азота свыше 2,5 мг/л. Для сравнения, согласно наиболее полной экологической классификации качества воды, разработанной Институтом гидробиологии АН УССР [Жукинский и др., 1981], при концентрациях аммонийного азота, превышающих 2,5 мг/л, поверхностные воды следует относить к четвертому (предпоследнему ) классу качества ( Загрязненные ) с разрядом качества 46 Сильно загрязненные . [c.12] Кроме того, атмосферные выпадения могут конкурировать с другими видами неточечных источников и при доставке на водосборные территории таких поллютантов, как хлорорганические соединения, радионуклиды, тяжелые металлы. В качестве иллюстрации, в табл. 1.4 приведены литературные данные, демонстрирующие относительную роль атмосферных выпадений в поступлении в компоненты окружающей среды бассейна р. Рейна одного из опаснейших экотоксикантов кадмия. [c.12] Важность учета атмосферного переноса в моделях транспорта многих микрополлютангов уже давно не подвергается сомнению, и для оценок загрязнения окружающей среды радионуклидами, некоторыми тяжелыми металлами (ртутью, в частности), для решения проблем закисления водоемов часто привлекаются математические модели, учитывающие возможное поступление соответствующих загрязняющих веществ из атмосферы. Однако рассмотрение подобных аспектов проблемы неточечных источников выходит за рамки настоящего обзора. Модели, рассматриваемые ниже, дают оценку нагрузки на водные объекты (реки и водоемы) с их водосборных территорий, а роль атмосферных выпадений учитывается в этих моделях опосредовано, лишь в той мере, в какой эти выпадения внесли свой вклад в поступление на водосборы тех или иных загрязняющих веществ. [c.13] Классификация моделей иеточечных источников представляет собой достаточно сложную задачу, поскольку существующие модели имеют целый ряд значимых признаков, по которым можно было бы их различать. К настоящему времени общепринятым считается деление моделей диффузного загрязнения на две большие группы по тому же признаку, по которому различаются типы рассредоточенных источников. А именно, выделяются модели неточечных источников для городских территорий и модели неточечных источников для неурбанизированных водосборов, причем среди последних особо отличают модели для территорий сельскохозяйственного использования. [c.14] Другим отличительным признаком моделей может служить цель, реализуемая при их работе. Например, существует два типа моделей для водосборов, подверженных антропогенному влиянию. Модели первого типа позволяют давать оценку влияния определенной хозяйственной деятельности (сельскохозяйственной практики, в частности) на качество поверхностных и подземных вод. Эти модели следовало бы отнести к моделям экологической направленности. [c.14] Альтернативный тип моделей разрабатывался специально для нахождения баланса между экономической выгодой, получаемой, к примеру, от производства сельскохозяйственной продукции, и теми экономическими же потерями, которые при этом возникают из-за ухудшения качества окружающей среды. Эти модели можно назвать моделями экономической ориентации. Они здесь рассматриваться не будут обзоры работ, в которых математическое моделирование используется как инструмент планирования водохозяйственных систем с учетом требований охраны природных вод, можно найти в работе [На1Й1, 1982], переводном сборнике [Системный. 1985], в монографиях отечественных специалистов [Пряжинская, 1985 Математическое. 1988 Моделирование. 1992]. [c.14] Важной характеристикой рассматриваемых моделей является временной шаг, используемый в вычислительном алгоритме. Часто модели разрабатываются для оценки нагрузки от неточечных источников, которая формируется либо в результате отдельного гидрологического события, например, ливня, либо за фиксированный гидрологический период, например, период снеготаяния. В то же время известны модели с непрерывным шагом по времени, которые в принципе позволяют прогнозировать рассредоточенную нагрузку за любой разумный временной интервал. Потенциальным пользователям следует, однако, иметь в виду, что величина шага по времени в модели тесно связана с требованиями к входным метеорологическим данным, так что модели с малым временным шагом будут довольно дорогостоящие. [c.15] Еще одно разделение моделей может быть сделано по их принадлежности к определенному направлению математического моделирования. Сложилось два основных направления, которые отличаются использованием априорной и экспериментальной (апостериорной) информации I ) эмпирические модели, 2) детерминированные модели. Последние из названных моделей разбивают, в свою очередь, еще на два типа на модели концептуальные и модели физико-математические [Кучмент и др., 1983 Андерсен и Берт, 1988]. [c.15] Обсуждению основных особенностей и главных различий эмпирического и детерминистского подхода к моделированию посвящены следующие два раздела. [c.15] Вернуться к основной статье