ИСТИНА

Проект посвящён изучению современного гидрохимического режима притоков водохранилищ питьевого назначения и его параметризации с целью повышения качества имитационного моделирования экологического состояния водохранилищ. Задание некачественной исходной информации при отсутствии натурных данных режимных исследований химического состава речных вод, питающих водохранилища, негативно сказывается на результатах имитационного моделирования. В рамках проекта планируется на основании анализа имеющихся данных и проведения собственных экспедиционных исследований гидрохимического режима притоков водохранилищ москворецкой системы водоснабжения г. Москвы исследовать особенности внутригодовой изменчивости показателей качества речных вод, а также выявить и параметризировать зависимости этих показателей от стандартных гидрометеорологических характеристик (например, расход речного стока) и других факторов. Предполагается количественно оценить чувствительность гидрологической модели водохранилищ (ГМВ-МГУ) к качеству исходных данных и эффективность использования полученных зависимостей, а также произвести серию диагностических модельных расчётов современного экологического состояния москворецких водохранилищ.

На основе обобщения и анализа литературных, архивных данных и результатов проведенных исследований будет сформирована база данных о диапазоне изменчивости показателей качества речных вод в различные фазы гидрологического режима. В результате выполненных экспедиционных полевых исследований будут описаны современные особенности гидрохимического режима основных притоков водохранилищ питьевого назначения москворецкой водохозяйственной системы. Предполагается разработка и параметризация новых (а также уточнение имеющихся) зависимостей показателей качества воды исследуемых притоков от природных и антропогенных факторов. Планируется оценка чувствительности модели к качеству исходных данных, а также оценка эффективности выполненной параметризации, путём использования результатов проведённых исследований для подготовки исходных данных при моделировании экологического состояния водохранилищ с выполнением количественной оценки качества модельных расчётов. Если эффективность полученных зависимостей будет обоснована, это послужит доказательством того, что разработка и использование подобных связей могут в дальнейшем обеспечить возможность подготовки необходимых исходных данных для диагностических, сценарных и прогнозных модельных расчётов экологического состояния водохранилищ на основе доступной стандартной гидрометеорологической информации, без необходимости организовывать трудоёмкие, продолжительные и дорогостоящие натурные наблюдения на притоках водохранилищ, а также избежать снижения качества модельных расчётов, обусловленного использованием заведомо некачественной исходной информации. По результатам исследования будет выполнена серия диагностических модельных расчётов современного экологического состояния и качества воды москворецких водохранилищ.

Авторы многие годы участвуют в выполнении ряда научных и научно-методических работ при финансовой поддержке РФФИ, других фондов и целевых программ, используя оригинальные методы режимных и экспериментальных полевых исследований на водохранилищах и их водосборах, а также применяя опыт математического моделирования пространственно-временной изменчивости полей физических и химических характеристик водных масс в водохранилищах и на их водосборах. По результатам проведённых исследований авторами опубликовано несколько десятков научных работ, которые посвящены изучению закономерностей режима показателей качества воды в водохранилищах, а также совершенствованию, валидации и практическим приложениям имитационной модели экологического состояния водохранилищ ГМВ-МГУ. Авторы располагают пакетами стандартных компьютерных программ для статистической и графической обработки гидрометеорологической и гидроэкологической информации, а также значительной базой данных о гидрологическом и гидрохимическом режиме исследуемых водных объектов, включая материалы 3 крупных программ наблюдений за режимом Можайского водохранилища и его притоков в 1968/69, 1983/84 и 2012/13 гг., данные стационарных гидрохимических наблюдений Госкомгидромета на сети речных постов с 1956 г и различные архивные материалы исследований москворецких водохранилищ и их водосборов, проводившихся Красновидовской лабораторией по изучению водохранилищ МГУ. Авторами разработана программа комплексных полевых исследований на Можайском гидрологическом полигоне МГУ, в рамках которых в 2012/13 г. организован и проведён годичный цикл детальных наблюдений за показателями качества воды основных притоков Можайского водохранилища. По результатам наблюдений получены статистически значимые связи косвенных показателей содержания органических веществ в речных водах от расхода речного стока, а также собран обширный материал для обеспечения диагностических и валидационных модельных расчётов.

На основе выполненных экспедиционных полевых исследований описаны современные особенности гидрохимического режима основных притоков водохранилищ москворецкой водохозяйственной системы. Выполнена параметризация показателей качества воды исследуемых притоков в зависимости от изменяющихся гидрометеорологических параметров (в первую очередь колебаний водности рек). Одни показатели (минерализация, щелочность воды) обратно пропорциональны, другие (содержание органических, биогенных веществ, мутность) – прямо пропорциональны величине расхода воды. Для периода половодья графики зависимости некоторых показателей от расхода воды имеют форму петли. Эти связи четко выражены только для водотоков с незарегулированным или слабо зарегулированным водосбором, и практически отсутствуют на участке р. Рузы, расположенном в нескольких километрах ниже плотины Верхнерузского водохранилища, поскольку колебания водного и вещественного стока здесь практически полностью определяются режимом попусков и составом водохранилищной водной массы. Выполнены оценки речного стока минеральных и органических веществ во взвешенной и растворенной форме, результаты этих оценок сопоставлены с литературными данными. В частности выявлено значительное уменьшение внешней биогенной нагрузки на водохранилища в результате изменения характера антропогенного использования водосборов (уменьшения степени распаханности, снижения сельскохозяйственного производства и применения минеральных удобрений). Произведена серия диагностических модельных расчетов современного экологического состояния и качества воды москворецких водохранилищ. Оценена чувствительность модели ГМВ-МГУ к полноте и способам интерпретации исходных данных. Для этого апробировано несколько методик подготовки входных данных, различных по источникам и полноте использованных фактических данных (от материалов, опубликованных в литературе, до полных рядов регулярных фактических определений в отдельные годы), а также по способу получения ежесуточных значений показателей качества воды (средние значения для сезона или фазы водного режима, линейная интерполяция между измеренными величинами, использование результатов выполненной параметризации качества воды или опубликованных статистических связей с расходом воды и т.д.). Количественное сравнение результатов выполненных расчетов показало, что качество моделирования гидроэкологического состояния водохранилищ может существенно зависеть не только от адекватности алгоритма модели и объема исходных данных, но и от способа интерпретации и обработки последних.