ИСТИНА

Проектом предусматривается моделирование взаимосвязи процессов тепло- и массообмена и процессов биотического круговорота, протекающих в стратифицированных водохранилищах в различные сезоны и при различных гидрологических и синоптических ситуациях. Особое внимание будет уделено теоретической и экспериментальной оценке роли и значимости важнейших процессов, определяющих изменчивость поля растворенного кислорода в периоды летней и зимней стагнации в водохранилищах. Проблемы, рассматриваемые в проекте, имеют конкретную практическую направленность, поскольку формирование качества воды в водохранилищах представляют большой интерес при организации рекреации, рыбного хозяйства и использования водохранилищ для целей водоснабжения.

Проведен анализ и обобщение данных наблюдений за кислородным режимом Москворецких водохранилищ за предыдущие годы, по результатам которого выявлено, что возникновение и развитие зон аноксии водохранилищ в последние десятилетия заметно усилилось и стало типичным для периодов стратификации. Усовершенствованы алгоритмы нескольких подпрограмм расчета экологически значимых веществ, в том числе произведена калибровка коэффициентов подпрограмм «PHYTO», «ORGANIC», «OXYGEN». В алгоритме расчета концентрации растворенного кислорода учтен процесс поглощения кислорода донными отложениями, что привело к существенному улучшению качества расчета (среднеквадратическое отклонение рассчитанных величин от фактических уменьшилось с ±2,62 до ±2,12 мг/л для всего периода расчета (n=609). Расчеты гидрологического режима Озернинского, Рузского, Истринского и Учинского водохранилищ с калибровочными коэффициентами, полученными для Можайского водохранилища, показали высокое качество воспроизведения в них годового хода характеристик качества воды. В 2012 году впервые за последние 30 лет проведен масштабный полевой эксперимент «Балансовый год-2012», в рамках которого выполнено 33 объезда притоков, 8 гидролого-гидрохимических съемок Можайского водохранилища, более 160 рейдовых станций, в том числе 20 продукционных станций. В гидрохимической лаборатории Красновидовской учебно-научной базы МГУ выполнено более 1000 определений важнейших компонентов качества воды. Данные полевого эксперимента позволят провести подробнейшую валидацию модели ГМВ на независимом материале, соответствующем современным гидроэкологическим условиям. Проведена серия верификационных и валидационных расчетов режима растворенного кислорода, а также режима экологически значимых веществ по данным учащенных наблюдений, выполненных в рамках эксперимента «Балансовый 1984 год», а также по данным многолетних наблюдений на Учинском водохранилище. Качество расчета, оценивавшееся по критериям Тейла, Неша-Сатклиффа и S??, было определено как «удовлетворительное», часто близкое к «хорошему». Качество моделирования различных характеристик неодинаково, меняется в пространстве и во времени, во многом определяется точностью задания притока биогенных и органических веществ в водоем. Были разработаны сценарии численных экспериментов исходя из особенностей многолетней изменчивости гидрологического режима водохранилищ Москворецкой водохозяйственной системы. Сценарии делятся на 2 группы: 1) направленные на оценку влияния оставшегося в конце гидрологического года запаса зимних водных масс и режима заполнения водохранилища водами половодья на протекание химико-биологических процессов в водной экосистеме в летний период, и 2) сценарии по оценке роли водности и температурных условий в вегетационный период на кислородный режим водоемов. Успешно проведен полевой эксперимент по наблюдению за режимом соединений железа и марганца в вегетационный сезон и трансформацией их форм в гипоксидных и кислородных условиях, направленный на уточнение коэффициентов в алгоритме соответствующих подпрограмм модели ГМВ-МГУ. Результаты калибровочных расчетов показали, что включение в алгоритм модели ГМВ-МГУ подпрограммы Железо и марганец наибольшее влияние оказывает на режим мутности воды в водохранилище, существенно (в среднем на 15%) улучшая качество модельного расчета, особенно при гипоксидных условиях в водохранилище. Точность расчета режима ортофосфатов и содержания растворенного в воде кислорода улучшается незначительно. Обработка и обобщение материалов полевого эксперимента «Балансовый год-2012» позволили выполнить серию верификационных расчетов с целью уточнения алгоритма экологического блока модели ГМВ-МГУ и значений скоростей экологических процессов с учетом современного состояния Можайского водохранилища. В результате, в алгоритм программы модели внесены изменения и дополнения и по данным 2012 балансового года выполнены валидационные расчеты гидрологического режима Можайского водохранилища. Они показали, что в большинстве случаев качество расчета основных характеристик качества воды по всем статистическим критериям стало удовлетворительным. Многовариантными модельными расчетами кислородного режима Можайского водохранилища начата количественная оценка максимально возможного объема зоны гипоксии с содержанием растворенного кислорода менее 2 мг/л и зоны аноксии (где растворенный кислород отсутствует) в зависимости от синоптических условий и режима водобмена. Показано, что при незначительной сработке водохранилища перед весенним наполнением и пропуске половодья транзитом развитие бескислородных условий в водоеме в летний период начинается позже и происходит менее интенсивно, чем при опорожнении водохранилища до минимального уровня к началу весны и накоплении весенних вод в водоеме с минимальным санитарным попуском в половодье. Сделан вывод о том, что вне зависимости от его высоты максимальный объем гипоксидной зоны может возникнуть, если в начале осеннего сезона продолжает длительно сохраняться антициклональный тип погоды. Проведение численных экспериментов также показало, что при наступлении кратковременных штормов с резкими похолоданиями в жаркое лето зона гипоксии в водохранилище может полностью исчезать и вновь появляться через 3–7 дней после восстановления антициклональной погоды. Оценка расчета вертикального распределения экологически значимых веществ в Рузском, Озернинском и Истринском водохранилищах проводилась по данным их гидролого-гидрохимических съемок, выполненных в 1975, 1990, 2000 гг. по равномерной сетке станций. Качество расчета большинства показателей в целом можно считать удовлетворительным. Для валидации модельных расчетов по ГМВ-МГУ на основе современных данных об их состоянии в июне и августе 2013 года творческим коллективом проведены по две гидролого-гидрохимических съемки каждого из четырех водохранилищ Москворецкой водной системы. Валидацию планируется провести в 2014 году, результаты будут представлены в следующем отчете. Экологический блок модели ГМВ МГУ адаптирован для Вазузского водохранилища. Проверка работоспособности модели применительно к морфологическим особенностям четырехлопастного Вазузского водохранилища проводилась по имеющимся особенно детальным данным гидрометеорологических наблюдений в 1984 г. Результаты расчетов показали, что модель адекватно воспроизводит режим основных экологических характеристик в 30 отсеках водохранилища в течение годового цикла.