Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
Измерение загрязнённости речной воды (на примере малой ре-ки Малая Кокшага)
Сибагатуллина А. М., Мазуркин П. М.,
3.5. Динамики показателей качества воды
Отличия в качестве вод проявляются не только между различными бассейнами, но и в рамках одного бассейна. По результатам исследований пространственной динамики качества поверхностных вод от истока до устья р. Малая Кокшага выявлена высокая изменчивость показателей на всем протяжении реки, на рис 3.16 показана динамика ИЗВ.
По результатам данных многолетних наблюдений «Маргеомониторинга» за качеством воды р. М. Кокшага динамика показателей качества воды по БПК рис. 3.17, по аммиаку рис.3.18, по ИЗВ рис. 3.19.
.
Рис.3.16. Динамика изменения качества воды по ИЗВ р. М. Кокшага от истока до устья
.
Рис.3.17. Динамика БПК за период 2003-2005гг. (ниже г. Йошкар-Ола)
.
Рис. 3.18. Динамика азота аммонийного за 2003-2005гг. (ниже г. Йошкар-Ола)
.
Рис.3.19. Динамика ИЗВ за период 2003-2005гг (ниже г. Йошкар-Ола)
.
Рис.3.20. График зависимости изменения азота аммонийного по времени
Увеличенное содержание большей части загрязняющих веществ антропогенного происхождения наблюдается в весенние и осенние месяцы, а также в периоды наибольших объемов поверхностного стока. На рис. 3.20 представлен график зависимости изменения азота аммонийного за период 2003-2005 гг.
На рис.3.20 наблюдается стрессовое возбуждение динамического ряда. Тренд содержит две составляющие, уравнение
. (3.15)
Так как по остаткам рис. 3.21 трендовое уравнение содержит еще одну волновую составляющую, математическая модель выражается следующим уравнением (3.16). А график изменения содержания азота аммонийного представлен на рис.3.22 и табл.3.7, по относительно сложной формуле, состоящей из нескольких составляющих, вида
.
Рис.3.21. Отклонение теоретической кривой от фактических данных
.
Рис.3.22. График изменения содержания азота аммонийного во времени по уравнению (3.16)
(3.16)
Максимальные значения первой составляющей уравнения (3.16) приходится на начальные и конечные периоды измерений.
Основное приращение концентрации азота аммонийного в речной воде идет за счет волнового возмущения, что указывает на сильное влияние антропогенного фактора.
Таблица.3.10.
Изменение концентрации аммиака реки М. Кокшага
| Дни | Азот аммонийный факт | Азот аммонийный расч. | остаток | Относ. погреш | Составляющие уравнения (3.16) | ||
| 1-ая | 2-ая | 3-ая | |||||
| 1 | 0.57 | 0,56 | 0,00768 | 1,34747 | 0,562319 | 0,00000 | 0,00000 |
| 33 | 0.28 | 0,31 | -0,028 | -10,016 | 0,307294 | 0,00083 | 0,00002 |
| 63 | 0.9 | 0,14 | -0,0155 | -12,908 | 0,104953 | 0,03139 | 0,00071 |
| 94 | 0.12 | 0,14 | 0,11483 | 45,9303 | 0,062746 | 0,07370 | 0,00099 |
| 124 | 0.25 | 0,18 | 0,0341 | 16,236 | 0,037729 | 0,13621 | -0,00250 |
| 154 | 0.21 | 0,24 | 0,01822 | 7,0072 | 0,022040 | 0,22142 | 0,00069 |
| 186 | 0.26 | 0,28 | -0,0721 | -34,344 | 0,013367 | 0,31255 | 0,04219 |
| 216 | 0.21 | 0,53 | -0,1387 | -35,564 | 0,008406 | 0,40122 | -0,12140 |
| 244 | 0.39 | 0,37 | 0,02504 | 6,25916 | 0,005128 | 0,49374 | 0,12067 |
| 274 | 0.4 | 0,36 | -0,1751 | -97,257 | 0,004075 | 0,53440 | 0,17970 |
| 288 | 0.18 | 0,63 | 0,12828 | 16,8789 | 0,002797 | 0,59595 | -0,03748 |
| 311 | 0.76 | 0,89 | 0,0011 | 0,12326 | 0,001922 | 0,64949 | -0,24280 |
| 334 | 0.89 | 0,63 | -0,1321 | -26,42 | 0,001161 | 0,70690 | 0,06956 |
| 365 | 0.5 | 0,46 | -0,1189 | -34,966 | 0,000703 | 0,74604 | 0,28043 |
| 396 | 0.34 | 0,77 | 0,04551 | 5,55052 | 0,000462 | 0,76467 | -0,01754 |
| 422 | 0.82 | 0,86 | -0,1137 | -15,159 | 0,000420 | 0,76719 | -0,10444 |
| 428 | 0.75 | 0,76 | 0,23865 | 23,8646 | 0,000153 | 0,75719 | -0,01370 |
| 458 | 1.0 | 0,60 | -0,0673 | -12,699 | 0,000043 | 0,67134 | 0,06381 |
| 491 | 1.07 | 0,79 | -0,0066 | -0,8443 | 0,000026 | 0,62473 | -0,17201 |
| 544 | 0.53 | 0,79 | 0,19691 | 19,8904 | 0,000016 | 0,57766 | -0,22537 |
| 571 | 0.78 | 0,76 | -0,0252 | -3,4453 | 0,000014 | 0,56097 | -0,20402 |
| 602 | 1.5 | 0,65 | -0,1131 | -20,937 | 0,000011 | 0,53065 | -0,13204 |
| 631 | 0.99 | 0,45 | -0,1076 | -31,643 | 0,000006 | 0,47835 | 0,02159 |
| 641 | 0.73 | 0,30 | -0,1701 | -130,87 | 0,000004 | 0,42876 | 0,11998 |
| 659 | 0.54 | 0,24 | 0,10218 | 30,0532 | 0,000003 | 0,38271 | 0,13679 |
| 690 | 0.34 | 0,24 | -0,1264 | -114,94 | 0,000002 | 0,33627 | 0,09235 |
| 720 | 0.13 | 0,26 | -0,1691 | -187,94 | 0,000001 | 0,29455 | 0,02855 |
| 749 | 0.34 | 0,27 | -0,1642 | -149,31 | 0,000001 | 0,25630 | -0,02418 |
| 780 | 0.11 | 0,56 | 0,00768 | 1,34747 | 0,562319 | 0,00000 | 0,00000 |
| 810 | 0.09 | 0,31 | -0,028 | -10,016 | 0,307294 | 0,00083 | 0,00002 |
| 840 | 0.11 | 0,14 | -0,0155 | -12,908 | 0,104953 | 0,03139 | 0,00071 |
График изменения БПК во времени показан на рис.3.23.
Математическая модель по рис.3.23 описывается зависимостью
. (3.17)
Так как по остаткам трендовое уравнение (3.17) может содержать еще волновую составляющую, то математическая модель зависимости (3.17) дополняется следующим уравнением (3.17а), у которого график зависимости изменения показателя у биологического потребления кислорода БПК во времени показан графически на рис. 3.24, а результаты расчетов приведены в табл. 3.11.
.
Рис.3.23. График изменения БПК во времени
.
Рис.3.24. График изменения БПК во времени по уравнению (3.17а)
Таблица 3.11.
Изменение концентрации БПК реки М. Кокшага
| Дни | БПКфакт | БПК расч | Остаток | Отн. погреш | Составляющие (3.17а) | |
| 1-ая | 2-ая | |||||
| 1 | 6.25 | 1,983 | 4,267 | 68,278 | 1,983 | -0,000 |
| 33 | 2.32 | 2,275 | 0,045 | 1,922 | 2,041 | 0,234 |
| 63 | 3.4 | 3,459 | - 0,059 | -1,749 | 2,107 | 1,352 |
| 94 | 2.94 | 2,894 | 0,046 | 1,575 | 2,183 | 0,711 |
| 124 | 2.03 | 2,171 | - 0,141 | -6,937 | 2,262 | -0,091 |
| 154 | 2.9 | 2,383 | 0,517 | 17,824 | 2,346 | 0,037 |
| 186 | 8.48 | 2,439 | 6,041 | 71,241 | 2,442 | -0,004 |
| 216 | 5.89 | 2,539 | 3,351 | 56,895 | 2,538 | 0,001 |
| 244 | 4.11 | 2,633 | 1,477 | 35,935 | 2,633 | 0,000 |
| 274 | 3.86 | 2,740 | 1,120 | 29,013 | 2,740 | -0,000 |
| 288 | 2.01 | 2,792 | - 0,782 | -38,910 | 2,792 | -0,000 |
| 311 | 2.99 | 2,880 | 0,110 | 3,666 | 2,880 | -0,000 |
| 334 | 2.8 | 2,972 | - 0,172 | -6,157 | 2,972 | -0,000 |
| 365 | 3.94 | 3,102 | 0,838 | 21,258 | 3,102 | -0,000 |
| 396 | 2.34 | 3,240 | - 0,900 | -38,451 | 3,240 | -0,000 |
| 422 | 2.3 | 3,361 | - 1,061 | -46,120 | 3,361 | -0,000 |
| 428 | 4.4 | 3,389 | 1,011 | 22,967 | 3,389 | - 0,000 |
| 458 | 4.56 | 3,538 | 1,022 | 22,423 | 3,538 | -0,000 |
| 544 | 4.9 | 4,007 | 0,893 | 18,231 | 4,007 | -0,000 |
| 571 | 4.97 | 4,169 | 0,801 | 16,122 | 4,169 | -0,000 |
| 602 | 3.8 | 4,364 | - 0,564 | -14,849 | 4,364 | -0,000 |
| 641 | 4.06 | 4,625 | - 0,565 | -13,925 | 4,625 | -0,000 |
| 659 | 2.66 | 4,752 | - 2,092 | -78,640 | 4,752 | -0,000 |
| 690 | 4.26 | 4,979 | - 0,719 | -16,876 | 4,979 | -0,000 |
| 720 | 3.52 | 5,210 | - 1,690 | -48,022 | 5,210 | -0,000 |
| 749 | 5.51 | 5,446 | 0,064 | 1,168 | 5,446 | -0,000 |
| 780 | 7.96 | 5,710 | 2,250 | 28,263 | 5,710 | -0,000 |
| 810 | 6.14 | 5,980 | 0,160 | 2,605 | 5,980 | -0,000 |
| 840 | 8.0 | 6,264 | 1,736 | 21,700 | 6,264 | -0,000 |
Первая составляющая уравнения (3.17а) является законом экспоненциального роста с интенсивностью роста содержания БПК равным 1,103. Максимальные значения второй составляющей уравнения приходятся на август-октябрь 2003 г. и показывает приспособляемость к внешним условиям, возможны залповые сбросы сточных вод.
Математическая модель изменения ИЗВ рис.3.25 содержит две составляющие и выражается зависимостью (3.18):
(3.18)
.
Рис.3.25. График изменения ИЗВ во времени
Источники поступления загрязняющих веществ в поверхностные водотоки могут быть самыми различными – это и сброс сточных вод промышленности, сельского хозяйства, коммунального хозяйства и поверхностные воды, формирующиеся за счет дождевых и талых снеговых вод, а также воды при мокрой уборке территорий с искусственными покрытиями. Для эффективного управления качеством поверхностных вод необходимо своевременно выявлять источники загрязнения и степень их влияния на состояние вод. Поэтому источникам загрязнения, оказывающим влияние на формирование качества поверхностных вод, должно быть уделено большее внимание. По всплескам показателей качества поверхностных вод, можно установить влияние источника загрязнения или группы источников загрязнения на водоток.