Вопросы компоновки водозаборных и водосбросных сооружений водохранилищ комплексного назначения с учетом развития фитопланктона

Актуальность проблемы. Решениями ХХУ1 съезда КПСС / А /и X съезда СЕПГ /-/05 / предусмотрена грандиозная программа дальнейшего повышения жизненного уровня людей. Задачи, поставленные X съездом и 8 Пленумом СЕПГ в области сельского хозяйства и коммунального строительства требуют решения проблемы полного и безпе-ребойного обеспечения потребности в воде. На 8 Пленуме СЕПГ отмечено, что для дальнейшего увеличения выращиваемого урожая необходимо значительно расширить орошаемые площади и использовать их в качестве мощного средства ускорения научно-технического прогресса в сельском хозяйстве. В решениях Пленума СЕПГ отмечено, что до 30 апреля 1984 года было введено в эксплуатацию 124 050 га орошаемых площадей, а до конца этого года их площадь должна возрасти до 300 000 га. Решение таких масштабных задач по увеличению орошаемых площадей ГДР — страны с ограниченными запасами водных ресурсов, требует очень бережливого отношения к последним со стороны всех водопользователей. Во многих случаях в ГДР приходится многократно использовать одну и ту же воду. Особенно острый дефицит в воде имеет место в летний период, когда часто бывают высокие температуры^ количество осадков оказывается меньше нормы.

Водохранилища ГДР в осноеном расположены в южной части республики. В летний период, из-за интенсивного ведения сельского хозяйства и попадания больших количеств биогенных элементов в водохранилища, почти во многих водоемах наблюдается явление избыточного «цветения» воды. Из-за бурного развития фитопланктона часто возникают затруднения в эксплуатации водозаборных и водоочистных сооружений. Особенно остро эта проблема стоит для тех водохранилищ, которые предназначены для питьевого водоснабжения. К сожалению, в настоящее время нет четких рекомендаций, касающихся компоновок водозаборных и водосбросных сооружений гидроузлов с учетом развития и влияния на них фитопланктона. Отсутствуют также надежные способы прогнозирования развития фитопланктона в водохранилищах. Меры, применяемые в борьбе с «цветением» воды в водохранилищах до последнего времени носили в основном локальный характер и существенно не улучшили ситуацию. В связи с этим возникает задача о разработке мероприятий по предотвращению или уменьшению последствий «цветения» воды в водохранилищах, особенно, если они предназначены для питьевого водоснабжения.

Цель данной работы — разработать рекомендации по методологии прогноза развития фитопланктона в водохранилищах речных гидроузлов с учетом влияния зоопланктона и на базе полученных решений феноменологической модели развития фитопланктона, а также разработать инженерные рекомендации по компановке основных сооружений гидроузла и предотвращению попадания масс фитопланктона в водозаборные сооружения.

Новое в технике. Разработаны инженерные рекомендации по компоновке основных сооружений гидроузлов с учетом развития фитопланктона в их водохранилищах.

Научная новизна. Впервые получены прогностические зависимости развития фитопланктона в водохранилищах с учетом влияния зоопланктона и условий проточности водоема. Это позволило разработать методику пересчета средних концентраций фитопланктона к максимальным и дало возможность оценить степень влияния течений на перенос масс фитопланктона. Впервые разработаны инженерные рекомендации по компановке основных сооружений гидроузлов с учетом развития и возможного нагоне фитопланктона. Предложен цикл инженерных мероприятий и рекомендаций по предотвращению попадания масс фитопланктона в водоприемник водозаборных сооружений.

Практическое значение работы. Разработанные прогностические уравнения развития фитои зоопланктоне, методика пересчета концентрэций фитопланктона и перенос его масс течениями позволяет оценить: степень развития фитопланктона и возможные загрязнения его биомассы, влияние фитопланктона на работу водозаборных сооружений и на компоновку водозаборных и водосборных сооружений. Разработанные мероприятия по предотвращению попадания фитопланктона в водоприемники водозаборов значительно облегчают процесс забора воды, исключают забивки фильтров и остановку очистных сооружений.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались в 1984 году на научной конференции в МГМИ, на кафедре гидротехнических сооружений МГМИ и в отделе водного хозяйства тбилисского филиала ВНИИ ВОДГЕО,.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, списка литературы и включает стр. машинописного текста и рисунков. Библиография содержит литературных источников.

1. Материалы ХХУ1 съезда КПСС — М.?Политиздат, 1981, — 162 с.

2. Абрамов H.H. Водоснабжение.-М.:Стройиздат, 1982.-440с.

3. Алексеев В. В. Динамические модели водных биогеоценозов.- В кн.:Человек и биосфера.-М., 1973, вып. I, с.3−137.

4. Адтунин С. Т. Водозаборные узлы и водохранилища.-М.:Колос, 1964.-431с.

5. Амосов Н. М. Моделирование сложных систем.-Киев: Науковадумка, 1968.-87с.

6. Анисимов С. Й., Винберг Г. Г. Математическая модель воднойэкосистемы.- В кн.: Фотосинтезирующие системы высокой продуктивности.- М, 1966, с.213−223.

7. Баранова В. В., Кареев В. Б. Об экономическом ущербе от загрязнения водных источников.- Водные ресурсы, 1973, № 3, с.143−145.

8. Биологические пруды в практике очистки сточных вод /Г.Г.Винберг, Р. О. Левина, П. В. Остэпена, Г. Н. Сивко.—Минск: Беларусь, 1966. 231с.

9. Богословский Б. Б. Озероведение.- М.:МГК, i960.-335с.

10. Васильев Ю. С. Проектирование и строительство больших плотин.- М.: Энергоиздат, 1982, вып.7. 144с.

11. Вельшина Е. С. Очистка воды в период «цветения» водохранилищ.-М.:Гор.хоз-во, 1959,№ 4, с.25−26.

12. Вендров С. Л., Дьяконов К. Н. Водохранилища и окружающая среда.- М.: Наука, 1976. 136с.

13. Викулина З. А., Знаменский В. А. Гидрометеорологический режимозер и водохранилищ СССР. Водохранилища Верхней Волги.- Л.: Гидрометеоиздат, 1975. 291с.

14. Винберг Г. Г. Первичная продукция водоемов.- Минск: Изд-воАН БССР, 1960. 329с.

15. Винберг Г. Г. Евтрофирование и охрана вод.- Гидробиологический журнал, 1974, т.10, № 2, с.129−134.

16. Витрешко И. А. Некоторые вопросы работы водохранилищных водозаборов при наличии вторичных течений.- В кн.: Труды координационных совещаний по гидротехнике, — Л. 1968, т.39, с.306−311.

17. Влияние сестона, внесенного в качестве удобрения, на продуктивность растений /Т.А.Метейко, Е.В.Монастырец-кая, Д. Ф. Проценко, А. А. Сиренко.- В кн. Нормирование и контроль качества поверхностных вод.-Киев, 1976, вып.2, с.79−83.

18. Волков И. М., Кононенко П. Ф., Федичикин И. К. Гидротехническиесооружения.- М.: Колос, 1968.-464с.

19. Водозаборные сооружения для водоснабжения из поверхностныхисточников /А.С.Образовский, Н. В. Ереснова, В. Н. Ереснов, М. А. Казанский.- М.: Стройиздат, 1976. 428с.

20. Войнич-Сяножен цкий Т.Г., Хосровянц И. Л. Расчет биологических прудов.- Водоснабжение и санитарная техника. 1984, № 6, с.26−27.

21. Волхонович А. П., Мережо А. И., Таран О. Н. Защита водозаборов питьевого и технического водоснабжения от загрязнения водорослями. В кн.: Формирование и контроль качества поверхностных вод.- Киев, 1976, вып.2, с.94−97.

22. Гавриленко М. Я., Сиренко Л. А. «Цветение» воды и евтрофирование.- Киев: Наукова думка, 1978. 232с.

23. Гак Д. З. Фосфор как регулирующий евтрофирование фактор.-В кн.: I. Всесоюзный симпозиум по антропогенному евтрофированию водоемов. 16−20 сент.1974г. Тез.докл. Черноголовка, 1974, с.74−81.

24. Гидротехнические сооружения /Справочник проектировщика/Под общ.ред.В. П. Недриги.-М.:Стройиздат, 1983.-543с.

25. Гидротехнические сооружения /Под ред.Н. П. Розонова.- М.:Стройиздат, 1978.-647с.

26. Гильдерман Ю. И. Об одной модели сосуществования двух биологических видов.- В кн.: Проблемы кибернетики, 1966, вып.16, с.203−215.

27. Гончаров В. Н. Динамика русловых потоков.- Л.: Гидрометеоиздат, 1962. 347 с.

28. Гришин М. М. Гидротехнические сооружения.- М.: Госстройиздат, 1962.-763с.

29. Гусева К. А. Роль синезеленых водорослей в водоеме и факторыих массового развития.- В кн.: Экология и физиология синезеленых водорослей.-М.-Л., 1965, с.12−34.

30. Гусева К. А. «Цветение» водыего причины, прогноз и мерыборьбы с ним.- В кн.: Тр. Всесою8н.гидробиол. общ., 1952, т.4, с.3−92.

31. Гусинская С.JI. Формирование зоопланктона Кременчугскоговодохранилища.: Автореф.Дис. канд.биол.наук.—Днепропетровск, 1967^-21с.

32. Денисова А. И. Формирование гидрохимического режима водохранилищ Днепра и методы его прогнозирования.- Киев: Наукова думка, 1979;290с.

33. Денисова А, И., Майстренко Ю. Г. Гидрохимия Каховского водохранилища." Киев: Наукова думка, 1962.-200с.

34. Денисова А. И., Паламарчук Н. К. Сток биогенных и органических веществ с водосборной площади Кременчугского водохранилища.- В кн.: Формирование и контроль качества поверхностных вод.- Киев, 1976, вып.3, с.96−100.

35. Драчев С. М. Борьба с загрязнением рек, озер и водохранилищпромышленными и бытовыми стоками.- М.-Л.: Наука, 1964.-274с.

36. Драчев С. М. Водохранилища и каналы кэк источник питьевоговодоснабжения,-М.:Медгиз, 1956.-256с.ли.

37. Замарин Е. А., Фандеев В. Б. Гидротехнические сооружения.-М.:Колос, 1965. -623с.

38. Интенсивность «цветения» и сроки массовой вегетации синезеленых водорослей в водохранилищах гидроэлектростанций СССР /Н.П.Герасимова, К. А. Гусева, О. М. Котова и др.- В кн.:Формирование и контроль качества поверхностных вод.- Киев, 1976, вып.2,с, 6−19.

39. Использование тепла глубинных вод водоемов /Под ред.И. М. Коновалова ,-М.: Тра не порт, 1964.-274с.

40. Источники поступления и масштабы возможного выноса биогенныхэлементов в водные объекты./Л.М.Бондаренко, М.С.Иванов^.Д.Коваль, И. Д. Пихахчи.- В кн.: Формирование и контроль качества поверхностных вод.- Киев, 1976, вып. З, с.88−95.

41. Карасик В. М., Кондаков В. Н. Изъятие из водоемов биомассы синезеленых водорослей гидромеханическим способом и технико-экономическое обоснование этого процесса.-В кн.: Формирование и контроль качества поверхностных вод. Киев, 1976, вып.2, с.45−49.

42. Карасик В. М., Кондаков В. Н. Изъятие сестона из поверхностных слоев водоема гидромеханическим способом.- Гидробиологический журнал, 1974, т.10, № 3, с.106−108.

43. Карасик В. М., Силин H.A. Всасывающие устройства для механического сбора поверхностного слоя синезеленых водорослей.- В кн.: «Цветение» воды. Киев, 1968, с. 321−326.

44. Карасик В. М., Стовбун И. И. Технические основы регулированияцветения" воды при помощи аэрации воды.- В кн.: Формирование и контроль качества поверхностных вод. Киев, 1976, вып.2, с.93−94.w.

45. Караушев A.B. Проблемы динамики естественных водных потоков.-Л.: ГИМИЗ, i960.-392с.

46. Караушев A.B. Сгонно-нагонные явления на водохранилищах иозерах.-Л.:Гидрометеоиздат, i960.-216с.

47. Караушев A.B. Теоретическая модель переноса сточных вод возерах и водохранилищах.- М.:Гидрометеоиздат, 1979.-Пс.

48. Киевское водохранилище. Гидрохимия, биология, продуктивностьВ.М.Банюг, К. С. Владимирова, Д. З. Гак и др, — Киев: Науковз думка, 1972. 455с.

49. Ковалев Ю. Д., Пихахчи И. Д. Источники поступления и масштабывыноса биогенных элементов в водные объекты.- В кн.: I Всееоюзн. симпозиум по антропог. евтрофированию водоемов. 16−20сент.1974г.Тез.докл.Черноголовка.1974, с.25−30.

50. Кокалия Т. Т. Некоторые вопросы комплексного использования водохранилищ.- В кн.: Труды координационных совещаний по гидротехнике, 1976, вып.107, с.73−75.

51. Колесникова Т. В. Некоторые вопросы пневмозащиты водозаборовот ледошуговых осложнений. Автореф.Дис.. канд. техн. наук.-М., 1975. 15с.

52. Кондаков В. Н. Изъятие поверхностных загрязнений.- Гидробиологический журнал, 1975, т. II, fe 6, с.109−110.

53. Коставицкий Я. И., Толстопятов Г. В. Современное состояние вопроса по доочистке сточных вод.- Гигиена и санитария, 1974, № 6, с.78−82.

54. Костоусова М. Н. Особенности очистки воды от фитопланктона.-Водные ресурсы, 1974, Ш 3, с, 97−104.

55. Кравцова Н. В., Родзиллер И. Д., Очистка сточных вод от биогенных элементов азота и фосфора.- В кн.: I Всесоюзн. симпозиум по антропог. евтрофированию водоемов. 16−20 сент.1974г. Тез.докл.Черноголовка, 1974, C. II5-II8.

56. Крышев И. И. Математическая модель динамики экосистем водоема-охладителя. Б кн.: Экспериментальные и полевые исследования биологических основ продуктивности озер.-JI., 1979, с.131−146.

57. Кузьменко М. И. Роль органического питания в продуктивностиводорослей, — Гидробиологический журнал, 1970, т.6,№ I, с.109−124.

58. Лигун О. С. Вопросы экономической оценки мероприятий по сохранению качества воды в водохранилищах.- В кн.: Труды координационных совещаний по гидротехнике.-Л, 1975, вып.102, с.44−48.

59. Лигун О. С. Народнохозяйственные проблемы «цветения» водыводохранилищ СССР.- В кн.: Труды координационных совершений по гидротехнике, 1977, вып.122, с. 13 17.

60. Лигун О. С. Экономическая оценка отрицательных последствийцветения" воды.- В кн.: Труды координационных совещаний по гидротехнике, — Л., 1974, вып.96, с.9−15.

61. Лигун О. С., Макаров А. И. К обоснованию экономической эффективности мероприятий по регулированию «цветения» воды в днепровских водохранилищах.- В кн.: Вопросы комплексного использования водохранилищ.- Киев, 1971, с.53−55.

62. Лигун О. С., Макаров А. И., Смирнов М. Е, Экономико-экологическая оценка последствий создания ГЭС и водохранилищ.-Л. :1977,с, 63−67, — ВНЙИГ им, Б. Е. Веденеева.

63. Литвинова Л, А., Приймаченко А. Д. Распределение и динамикасинезеленых водорослей в днепровских водохранилищах.- В кн.: «Цветение» воды. Киев, 1968, с.42−66.

64. Ляпунов A.A. О кибернетических вопросах биологии.- В кн.:Проблемы кибернетики.- М., 1972, вып.25, с.5−39.

65. Майстренко Ю. Г. Органическое вещество воды и донных отложений рек и водоемов Украины.- Киев: Наукова думка, 1965. 239с.

66. Математическое моделирование водных экологических системМежвуз.сб./ Иркутский гос. ун-т им. А. А. Жданова.—Иркутск, 1978.-147с.

67. Математическое моделирование водных экосистем /Тр.советско-американского симпозиума. Детройт, США, 27−30 авг.1979г.- Л.: Гидрометеоиздат, 1981,-ЗЮс,.

68. Меншуткин В. В. Математическое моделирование популяций исообществ водных животных.- Л.:Наука, 1971.-196с.

69. Меншуткин В, В., Умнов A.A. Математическая модель простейшейводной экологической системы, — Гидробиологический журнал, 1970, т.6, № 2, с, 28−35.

70. Никеров П. С. Пневматический волнолом,-М#: Транспорт, 1965,-136с.

71. Сиренко Л. А., Топачевский A.B., Циб Я. Я. Антропогенное евтрофироЕание водохранилищ, «цветение» воды и методы его регулирования.- Водные ресурсы, 1975, № I, с.46−60.

72. Сиренко Л. А., Топачевский A.B., Циб Я. Я. Технико-биологические условия проектирования, реконструкции и режима эксплуатации водохранилищ ГЭС.- Киев: Наукова думка, 1974. 40с.

73. Смирнов A.A. Важнейшие результаты исследований воздействиявдольбереговых течений на водозаборы из водохранилищ. В кн.: Труды координационных совещаний по гидротехнике, 1968, вып.39, с.291−299.

74. Специальные водозаборные сооружения /Ф.И.Бондарь, Н. В. Ереснов, С. И. Семенов и др.- М.:Гос.изд-во по строительству, архитектуре и строительным материалам, 1963;367с.

75. Толстопятова Г. В. К вопросу о токсических свойствах синезеленых водорослей, — Гидробиологический журнал, 1970, т.6, № I, с.72−80.

76. Трифонова H.A. Содержание и выделение соединений азота донными отложениями Рыбинского водохранилища.- В кн.: Тр. Ин-та биологии внутренних вод АН СССР, 1974, вып.29, с.68−89.

77. Умнов A.A. Математическая модель биотического круговоротав озерной системе, — Гидробиологический журнал, 1972, т.8,вып.5,с.5−13.

78. Филь С. А. Влияние антропогенной деятельности на сток фосфатов с водосборов малых рек Украины и Молдавии.—В кн.: I Всееоюзн. симпозиум по антропог. евтро-фированию водоемов.16−20сент.1974. Тез.докл. Черноголовка, 1974, с.166−168.

79. Чугаев P.P. Гидротехнические сооружения.-М.:Высшая школа, 1975.-328с.

80. Шамадринэ И. П. Борьба с антропогенной евтрофикацией водоемов.-В кн.: I Всесоюз. симпозиум по антропог. евтрофи-рованию водоемов.16−20сент.1974.Тез.докл.Черноголовка, 1974, с.100−136.

81. Шилькрат Г. С. Изменения химизма природных вод культурныхландшафтов.- Изв. АН СССР, 1973, Ш 3, с.42−50.—Сер.геогр.

82. Шилькрат Г. С. Причины антропогенного евтрофирования водоемов. В кн.:Общая экология, биоценология, гидробиология. М., 1975, т.2,с.62−99.

83. Шульга Е. Л. Формирование зоопланктона Братского водохранилища. Автореф.Дисс. .канд.биол.наук.-Иркутск, 1973.-40с.

84. Экологические аспекты проектирования и эксплуатации водопропускных сооружений гидроузлов./С.И.Егоршин, Н. А. Иванов. С. Н. Ложкин и др.: Гидротехническое строительство, 1984, N26, с.16−20.

85. Эман Т. И. О некоторых математических моделях биогеоценозов. В кн.: Проблемы кибернетики. М., 1966, вып.16, с.191−202.AZS.

86. Юрочко E.C. Математическая модель для изучения взаимодействия типа «хищник-жертва» .-ДАН БССР, 1966, №. II, с.901−904.

87. Hager К. Aus dem Bericht des Politburos an die 8. Tagungdes ZK der SED. Neues Deutschland, 1984, 25. Mai, 5.3−6.

88. Honnecker E, Bericht des ZK der SED an den X. Parteitagder SED.- Neues Deutschland, 1981, 12. April, 5.3−14.

89. Benndorf J., Becknagel F. Experimente mit einem dynamischenkologischen Modell der Freiwasserregion von Talsperren und Seen, — Acta hydrochim.hydrobiol. 1979, № 7, S.473−490.

90. Biermann V.J. Mathematical model of the selective enhancement of bluegreen algae by nutrient enrichment.-In: Modeling biochemical processes in aquatic ecosystems, 1976, p.141−169.

91. Bucksteeg W. Welche praktische Bedeutung haben die Verfahren zur Abwendung der Gewassereutrophierung.—Vortragsveroff, Haus der Technik, Essen: Vulkanverlag, Gewasserschutz, 1966, Bd.83, S.14−27.

92. Cooke G.W., Williams J.B. The phosphorus involve&t-. in agricultural systems and possibilis of its novment in to natural water.- In: Phosphorus in Freshwater and Marine Emvironm., Oxford, Water Res., Pergamon Press, 1973,№ 7, p.19−33.

93. Dubois D.M. A model of patchines for preypredator planktonpopulations.-In: Modeling, 1975, p.67−80.

94. Esturine phytoplankton biomass model-verification analysesAUand preliminary applications/ D.J.Connor, D.M.Di Toro, J.Z.Mancini, R.V.Tomann.-In:The sea, 1977, p.969−1020.

95. Foerenbach J. Water pollution Eutropchication.- In: J. Water Pollut.Contr.Fed., 1973, v.43, № 6, p.1237−1244.

96. Gachter R. Bestimmung der Tagesproduktionsnormen vonPlankton Modelle und Versuchsergebnisse.—In: Schweiz. Z.f. liJudrobiologie, 1972, Bd.34, № 2, S.211−244.

97. Hasler a.D. Cultural eutropication is reversible ?1.: Biochince, 1969, v.19, № 5, p.425−431.

98. Kramer D., M&i?sner R., Sosswasser Lebensquell und Blutder Wirtschaft.- Horizont, 1983, № 4, S.13−20.

99. Park R.A. A generalised model for simulating lake ecosystems.- In: Simulation, 1974, v.3, № 2, p.33−50.

100. Steele J.A. The structure of marine ecosystems. Harw.Univ.Press., Cambrige, Massachusets, 1974, — 110 p.

101. Uhlmann D. Hydrobiologie.- Jena: Fishher Verlag, 1975.-345S.

102. A.C.290 084 /СССР/ Рыбозащитное устройство для водозаборных сооружений /Е.Я.Германов, Д. С. Павлов.- Опубл. в Б.И., 1973, № 29.

103. А.С.379 733 /СССР/ Рыбозагрэдительное устройство/ Г. А. Гаврилов, Ю. Г. Гаврилов, — Опубл. в Б.И., 1973, № 20.

104. А.С.672 285 /СССР/ Глубинный водозабор /М.И.Лев, К. Л. Казаченко, В. М. Скнарин и др.- Опубл. в Б.И., 1979, N2 25.

105. A.C. 924 230 /СССР/. Бесплотинный водозабор/ А. А. Ивойлов.- Опубл. в Б.И., 1972, № 16.