Вынос растворенных биогенных веществ в Черное море со стоком Килийского рукава р. Дунай

На основе анализа данных многолетних наблюдений (с 1976 по 2003 гг.) обоснован способ расчёта выноса биогенных веществ Килийским рукавом Дуная и выполнено уточнение его значений за многолетний период. Для расчёта расхода биогенных веществ в различные сезоны года получены статистические зависимости,...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2005
Автори:	Миньковская, Р.Я., Ильин, Ю.П.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Морський гідрофізичний інститут НАН України 2005
Назва видання:	Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу
Теми:	Мониторинг прибрежной и шельфовой зон морей
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/56997
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Вынос растворенных биогенных веществ в Черное море со стоком Килийского рукава р. Дунай / Р.Я. Миньковская, Ю.П. Ильин // Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу: Зб. наук. пр. — Севастополь, 2005. — Вип. 12. — С. 155-166. — Бібліогр.: 13 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-56997
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-569972014-03-03T03:01:25Z Вынос растворенных биогенных веществ в Черное море со стоком Килийского рукава р. Дунай Миньковская, Р.Я. Ильин, Ю.П. Мониторинг прибрежной и шельфовой зон морей На основе анализа данных многолетних наблюдений (с 1976 по 2003 гг.) обоснован способ расчёта выноса биогенных веществ Килийским рукавом Дуная и выполнено уточнение его значений за многолетний период. Для расчёта расхода биогенных веществ в различные сезоны года получены статистические зависимости, позволяющие по данным наблюдений в вершине Килийской дельты (Вилково) рассчитать поступление биогенных веществ в море по Килийскому рукаву Дуная. Based on long-term observation data analysis (1976 – 2003) the estimating method of transportation of biogenic substances with Kiliysky branch of the Danube is grounded and its values for long-term period is specified. Statistic dependences are obtained for calculating the biogenic substances expense in different seasons; these dependences allow estimating the transport of biogenic substances into the sea along the Kiliysky branch of the Danube River according to the observation data in Kiliyskaya delta peak (Vilkovo). 2005 Article Вынос растворенных биогенных веществ в Черное море со стоком Килийского рукава р. Дунай / Р.Я. Миньковская, Ю.П. Ильин // Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу: Зб. наук. пр. — Севастополь, 2005. — Вип. 12. — С. 155-166. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. 1726-9903 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/56997 556.077:556.54 ru Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу Морський гідрофізичний інститут НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Мониторинг прибрежной и шельфовой зон морей Мониторинг прибрежной и шельфовой зон морей
spellingShingle	Мониторинг прибрежной и шельфовой зон морей Мониторинг прибрежной и шельфовой зон морей Миньковская, Р.Я. Ильин, Ю.П. Вынос растворенных биогенных веществ в Черное море со стоком Килийского рукава р. Дунай Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу
description	На основе анализа данных многолетних наблюдений (с 1976 по 2003 гг.) обоснован способ расчёта выноса биогенных веществ Килийским рукавом Дуная и выполнено уточнение его значений за многолетний период. Для расчёта расхода биогенных веществ в различные сезоны года получены статистические зависимости, позволяющие по данным наблюдений в вершине Килийской дельты (Вилково) рассчитать поступление биогенных веществ в море по Килийскому рукаву Дуная.
format	Article
author	Миньковская, Р.Я. Ильин, Ю.П.
author_facet	Миньковская, Р.Я. Ильин, Ю.П.
author_sort	Миньковская, Р.Я.
title	Вынос растворенных биогенных веществ в Черное море со стоком Килийского рукава р. Дунай
title_short	Вынос растворенных биогенных веществ в Черное море со стоком Килийского рукава р. Дунай
title_full	Вынос растворенных биогенных веществ в Черное море со стоком Килийского рукава р. Дунай
title_fullStr	Вынос растворенных биогенных веществ в Черное море со стоком Килийского рукава р. Дунай
title_full_unstemmed	Вынос растворенных биогенных веществ в Черное море со стоком Килийского рукава р. Дунай
title_sort	вынос растворенных биогенных веществ в черное море со стоком килийского рукава р. дунай
publisher	Морський гідрофізичний інститут НАН України
publishDate	2005
topic_facet	Мониторинг прибрежной и шельфовой зон морей
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/56997
citation_txt	Вынос растворенных биогенных веществ в Черное море со стоком Килийского рукава р. Дунай / Р.Я. Миньковская, Ю.П. Ильин // Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу: Зб. наук. пр. — Севастополь, 2005. — Вип. 12. — С. 155-166. — Бібліогр.: 13 назв. — рос.
series	Екологічна безпека прибережної та шельфової зон та комплексне використання ресурсів шельфу
work_keys_str_mv	AT minʹkovskaârâ vynosrastvorennyhbiogennyhveŝestvvčernoemoresostokomkilijskogorukavardunaj AT ilʹinûp vynosrastvorennyhbiogennyhveŝestvvčernoemoresostokomkilijskogorukavardunaj
first_indexed	2025-07-05T08:14:34Z
last_indexed	2025-07-05T08:14:34Z
_version_	1836794013286400000
fulltext	155 УДК 556 .077 : 556 .54 Р .Я .Миньковская, Ю.П.Ильин Морское отделение Украинского научно-исследовательского гидрометеорологического института, г.Севастополь ВЫНОС РАСТВОРЕННЫХ БИОГЕННЫХ ВЕЩЕСТВ В ЧЕРНОЕ МОРЕ СО СТОКОМ КИЛИЙСКОГО РУКАВА Р.ДУНАЙ На основе анализа данных многолетних наблюдений (с 1976 по 2003 гг.) обос- нован способ расчёта выноса биогенных веществ Килийским рукавом Дуная и вы- полнено уточнение его значений за многолетний период. Для расчёта расхода био- генных веществ в различные сезоны года получены статистические зависимости, позволяющие по данным наблюдений в вершине Килийской дельты (Вилково) рас- считать поступление биогенных веществ в море по Килийскому рукаву Дуная. В последние годы развернуты международные исследования в рамках Черноморской экологической программы, в которых приоритетную роль играет изучение процесса эвтрофирования моря и нахождение его причин. Для детального исследования поступления биогенных веществ (БВ) в море из устьевых областей рек с ноября 2003 по октябрь 2004 гг. выполнены учащенные синхронные определения и измерения составляющих выноса БВ крупными реками в пунктах отбора проб и гидрометрических створах, рас- положенных на границах (или вблизи) раздела река – устьевое взморье или лиман – море [1]. В связи с этим, возникли некоторые методические про- блемы, обусловленные необходимостью согласования требуемой ежене- дельной дискретности и места отбора проб с ограниченными финансовыми возможностями и сопоставления полученных результатов с предшествую- щими многолетними данными. Решение указанных проблем представляется особенно важным для Ки- лийского рукава р.Дунай, т.к. он является наиболее многоводным, главным рукавом дельты, по нему поступает 52 – 73 % стока Дуная, что определяет его существенное влияние на устьевое взморье и прилегающую часть моря. Килийский рукав ниже Вилково, в 20 км от взморья, образует внешнюю (морскую) Килийскую дельту со сложной системой многочисленных раз- ветвленных рукавов. Проведение учащенных синхронных измерений в устьях всех рукавов с целью определения суммарного стока БВ из дельты в море практически невозможно при существующих ограничениях в финан- совых и технических ресурсах. Таким образом, целью данной работы было уточнение оценок выноса БВ со стоком Килийского рукава. При этом основное внимание уделялось обоснованию корректности оценки стока БВ в море по данным многолетних наблюдений в вершине Килийской дельты (Вилково) и более короткоряд- ным наблюдениям в устьях дельтовых водотоков. В настоящее время нет однозначного мнения о том, как правильно рас- считывать вынос веществ в море речным стоком. Например, в руководстве [2] за расчётный створ рекомендуется принимать замыкающий створ, нахо- © Р .Я .Миньковская , Ю .П .Ильин , 2005 156 дящийся выше возможного влияния моря. Если следовать данным рекомен- дациям, замыкающим (расчётным) створом должен быть створ выше г.Рени, расположенный ниже впадения р.Прут на расстоянии 170 км от моря. Есте- ственно, что на участке от этого створа до моря могут быть любые измене- ния как водной, так и гидрохимической составляющей выноса веществ. По данным [3], в устьевой области Дуная концентрация растворенных в воде веществ по направлению к устьям рукавов значительно изменяется: «в усть- евой области теряется около 96 % их массы». В этой же работе рекоменду- ется рассчитывать вынос веществ в море по наблюдениям в устьях рукавов, поскольку, по мнению автора, расчёт выноса веществ без учёта водности рукавов приводит к ошибке расчёта до 130 %. Авторы [4] полагают, что в дельте аккумулируется от 39 до 78 % растворенных веществ. В [5] подробно рассматриваются методические аспекты проблемы. В частности, показано, что результаты расчета выноса вещества зависят от выбора пунктов наблю- дений, периодов осреднения данных и используемых математических про- цедур расчета выноса по концентрации вещества и стоку воды. Вынос БВ со стоком р.Дунай рассматривался в различных работах (на- пример, [6 – 8]), зачастую без указаний створов, по которым принимался расход воды, определялась концентрация и рассчитывался сток БВ. Не вы- полнялся анализ изменений выноса БВ между расчетным створом и мор- ским краем дельты. В основном, рассчитывался вынос веществ из р.Дунай в море по среднему за месяц или год расходу воды в створе Рени, принимае- мом за вершину дельты Дуная, и концентрации веществ в Рени, Измаиле, Вилково или в устьях рукавов Килийской дельты, осредненной также за ме- сяц или год. При этом, если определение концентрации выполнялось раз в месяц (что довольно типично), её значение принималось за среднюю месяч- ную величину, что, очевидно, не соответствует действительности. Такой подход давал весьма приближенную оценку поступления химических ве- ществ в Черное море со стоком р.Дунай в целом. Он не учитывал изменение концентрации веществ во времени, на устьевом участке реки и в водотоках дельты, а также то, что при различном стоке воды в вершине дельты Дуная (Рени) в вершину Килийской дельты (Вилково) поступает различный объем воды из-за особенностей распределения стока в дельте р.Дунай. Материалы и методика исследований. В работе использованы еже- годные данные Государственного Водного Кадастра, а также материалы экспедиционных наблюдений Дунайской ГМО с 1976 по 2003 гг. [9 – 12], всего около 11 тыс. определений концентрации растворенных форм биоген- ных веществ: азота, фосфора и кремния. Ряды наблюдений за концентраци- ей БВ неодинаковые: использованы данные о содержании азота с 1976 г., фосфора и кремния – с 1980 г. В этот период экспедиционные наблюдения (съёмки) производились, в основном, ежемесячно. Рассматриваемый район Килийской дельты представлен на рис.1, где показаны станции и створы наблюдений. На основе квазисинхронных гидролого-гидрохимических съёмок в Ки- лийской дельте Дуная (т.е. комплекса ограниченных по времени натурных наблюдений и отбора проб в вершине и рукавах) выполнен расчет поступ- ления БВ в район Вилково (вершину Килийской дельты) и в море. Проана- 157 лизировано распределение стока БВ в дельте, а также установлены законо- мерности его изменения на участке Вилково – взморье. Объем данных ква- зисинхронных съемок составил, в среднем, по 90 определений азота и по 50 фосфора и кремния. По материалам многолетних на- блюдений (в том числе и несинхрон- ных, в среднем, по 275 определений азота и 190 определений фосфора) рас- считан вынос биогенов в створе Вил- ково и в море с использованием уста- новленных для более коротких рядов закономерностей. Средняя за сутки концентрация в районе Вилково и в ру- кавах дельты определялась как средняя арифметическая в конкретных створах, по ней рассчитывались статистические характеристики для анализа изменчи- вости - диапазон изменения, среднее за многолетний период, медиана, средне- квадратическое отклонение (СКО), экс- тремумы, коэффициент вариации (КВ – отношение СКО к среднему). Расход воды в сроки определения концентрации принимался по данным ежегодников [12]: в Вилково – за сутки, в которые выполнялся отбор проб воды для определения концентрации веществ, в устьях рукавов – с учетом времени добегания, которое в среднем составляет одни сутки. Так как составляющими выноса биогенных веществ в море является их концентрация и расход воды, рассмотрены закономерности изменения этих составляющих в Килийской дельте Дуная. Рассчитывалось поступление в море растворенных форм аммонийного (N-NH4), нитритного (N-NO2) и нит- ратного (N-NO3) азота, суммы указанных элементов (т.е. растворенный не- органический азот – DIN), фосфатного (P-РО4) и общего (TР) фосфора, а также силикатов (SiO3). Изменчивость расхода воды. С 1976 по 2003 гг., во время выполнения квазисинхронных съёмок, расход воды в Вилково изменялся в пределах 1600 – 7800 м3/с (80 % многолетнего размаха), средний расход воды был близок к среднему многолетнему значению (3860 м3/с) и составил 4020 м3/с, среднее квадратическое отклонение расхода воды 1540 м3/с (КВ = 38 %). Значимых тенденций в изменениях расхода воды не обнаружено. Максимум расхода воды в Вилково в среднем отмечался в мае, минимум – в октябре. Средний расход воды в период выполнения квазисинхронных съёмок (1976 – 2003 гг.) в рукавах Килийской дельты составил (в м3/с): Белгород- ский – 9, Прорва – 519, Потаповский – 279, Гнеушев – 171, Полуденный – 149, Анкудинов – 206, Быстрый – 1020, Восточный – 153 и Старостамбуль- Р и с . 1 .Схема района исследований. 158 ский – 1460. Невязка стока в дельте (1,2 %) была в пределах точности рас- чета. Таким образом, наиболее водными являются рукава Старостамбуль- ский и Быстрый (Новостамбульский), наименее водным – Белгородский. Расход воды для расчёта выноса в водотоках дельты принимался по данным [12], где приводится расход в истоках и среднем течении рукавов. При этом сделано допущение, что приводимый в изданиях ГВК расход во- ды примерно равен расходу воды в устьях рукавов, что допустимо при ос- реднении данных за многолетний период. Однако, при анализе внутригодо- вых изменений расхода воды в рукавах Килийской дельты, а особенно крат- косрочных, это допущение может приводить к существенным погрешно- стям, так как в системах Очаковского и Старостамбульского рукавов отме- чается аккумуляция воды в период повышенной водности и водоотдача в межень. Кроме того, в рукава Килийской дельты при нагонах (особенно в пе- риод низкой водности) проникают воды взморья, в устьях водотоков форми- руется обратный (направленный против течения реки) или разнонаправлен- ный поток воды (в придонном слое отмечается поступление морских вод). Довольно часто такие явления отмечаются в рук.Прорва. Дальность проник- новения морских вод в водотоки Килийской дельты обычно ограничивается 2 – 3 км, но иногда клин осолоненных вод поступал к вершине внешней дельты (Вилково). В других рукавах этот процесс ещё недостаточно изучен. В связи с этим, измерение составляющих расхода воды (скорости течения и площади живого сечения) и расчёт расхода воды, обуславливающего вынос веществ на взморье, в устьях рукавов требует постановки специальных экс- педиционных исследований и расчётов, которые пока не выполнялись. Концентрация БВ в Килийской дельте и её изменчивость. Отбор проб воды для определения концентрации БВ в створах осуществлялся в Вилково (ст.6, 6а, 6б) и в устьях рукавов на ст.7 – 14 (рис.1). В основном пробы отбирались с поверхностного и придонного горизонтов на вертика- лях, расположенных на середине водотоков. Однако, в связи с хорошим пе- ремешиванием речных вод, можно считать, что концентрация БВ в сечении потока в районе Вилково распределена квазиоднородно. Концентрация, оп- ределяемая в устьях рукавов, из-за проникновения вод взморья в рукава, может характеризовать как содержание БВ в речной, так и в морской воде. В последнем случае возможное различие между концентрацией в Вилково и у морского края дельты (МКД) связано не с изменениями содержания ве- ществ при их транспорте в Килийской дельте, а с взаимодействием речных и морских вод на устьевом взморье. При пониженном стоке реки причиной получения более низкой концен- трации веществ в устьях рукавов по сравнению с вершиной дельты может быть и то обстоятельство, что отбор проб воды в устьях рукавов произво- дился раньше, чем происходило продвижение водной массы от Вилково к морскому краю дельты (время добегания водной массы было меньше скоро- сти движения плавсредства). Для выяснения степени трансформации биогенных веществ в Килийской дельте Дуная и анализа пространственной изменчивости их транспорта полу- чены эмпирические зависимости средней концентрации БВ в устьях рукавов (рассчитанной как среднее арифметическое значение по данным ст.7 – 14 за 159 каждую съёмку) от соответствующих величин в створе Вилково. Уравнения регрессии построены для различных сезонов и для года в целом. Оценка тесноты связи выполнена по коэффициентам детерминации и корреляции. Концентрация БВ в устьях рукавов тесно связана с их содержанием в вершине Килийской дельты, коэффициенты корреляции имели значения 0,93 – 0,98. Результаты статистического анализа рядов концентрации БВ в Вилково представлены в табл.1. В таблицах и тексте использованы не молярные (в соответствии с системой СИ), а весовые единицы концентрации и выноса вещества, поскольку это более наглядно и удобно для сопоставления с дру- гими опубликованными оценками концентрации и выноса БВ в устьевой области р.Дунай. Заинтересованный читатель может легко получить цифры в молярных единицах с помощью соотношений: для соединений азота 1 мкмоль = 0,0714 мкгN; для соединений фосфора 1 мкмоль = 0,0313 мкгP; для кремния 1 мкмоль = 0,0357 мкгSi. Далее обозначения вещества (N, P, Si) в весовых единицах опущены, поскольку в каждом случае ясно, к какому соединению относятся единицы концентрации. Средняя концентрация аммонийного азота на станциях в вершине дель- ты и в рукавах за рассматриваемый период изменялась в широких пределах: от 0 до 4000 мкг/дм3 , причём средняя концентрация в различные периоды отличалась в 3 – 6 раз. Например, с 1976 по 1981 гг. она составляла в вер- шине дельты 724 мкг/дм3, а с 1982 по 2003 гг. 120 мкг/дм3. Из всех форм азота наименее устойчивым является N-NH4, поэтому его изменчивость во времени – наибольшая. В среднем за год концентрация аммонийного азота в вершине Килийской дельты (Вилково) и в устьях рукавов была почти оди- наковой и составила 360 мкг/дм3, СКО = 530 мкг/дм3. Полученное значение содержания аммонийного азота не превышало ПДК и было на 8 % меньше приведенного в [6] для периода с 1977 по 1996 гг. Однако, в различные сезо- ны года изменение концентрации от вершины Килийской дельты к МКД бы- ло различным. Весной и летом, при повышенном стоке воды и хорошем пе- ремешивании, концентрация аммония в Килийской дельте была распределена равномерно. В период осенней межени содержание аммонийного азота уменьшалось по направлению к морю, возможно, из-за его усвоения фито- планктоном в дельте, количество которого увеличивалось в том же направле- нии. Кроме того, уменьшению концентрации аммония в этот период года мог- ло способствовать его окисление до нитритных ионов в аэробных условиях. Т а б л и ц а 1 .Статистические характеристики концентрации биогенных веществ в Вилково по материалам синхронных съёмок 1976 – 2003 гг. ингредиент, мкг/дм3 характери- стика N-NH4 N-NO2 N-NO3 DIN P-PO4 TР SiO3 среднее 360 26 586 1025 103 225 2680 диапазон 0 – 2000 0 – 189 0 – 3310 10 – 3254 14,5 – 418 66 – 970 0 – 8405 медиана 150 20 140 837 77 163 2475 СКО 530 26 742 789 81,6 184 1737 КВ, % 147 100 127 77 79 82 65 160 Зимой концентрация аммонийного азота увеличивалась по направлению к устьям рукавов, так как в дельте, вероятно, преобладали процессы аммони- фикации, т.е. разложения азотсодержащих органических веществ с выделе- нием аммиака. Максимальная концентрация отмечалась в марте, когда еще не началось массовое снеготаяние в горных районах, которое способствует раз- бавлению дунайских вод и уменьшению концентрации, минимальная - в сен- тябре. В рассматриваемый период наибольшая средняя концентрация аммо- нийного азота отмечалась в рукаве Потаповском, наименьшая – в Белгород- ском, что отличается от данных, приведенных в [8] для периода 1971-1984 гг. Средняя концентрация нитритов за рассматриваемый период в районе Вилково и в устьях дельтовых рукавов была одинаковой и составляла 26 мкг/дм3 (на 30 % выше ПДК). Изменчивость концентрации нитритов во времени в вершине Килийской дельты и в устьях рукавов существенна, зна- чение СКО сопоставимо со средними величинами концентрации и даже превышает их. Наибольшая средняя за многолетний период концентрация (29,1 мкг/дм3 ) отмечалась в рук.Белгородском, наименьшая (23,5 мкг/дм3) – в рук.Старостамбульском. Максимальное значение средней по глубине кон- центрации нитритов составило 227 мкг/дм3 (11,4 ПДК) и наблюдалось в мае 1984 г. в рук.Восточном. Весной и летом содержание нитритов обычно уве- личивалось от вершины дельты к ее морскому краю, осенью и зимой уменьшалось в тех же пределах. Максимум отмечался в апреле – мае, ми- нимум – в сентябре – октябре. Диапазон изменения концентрации нитратов – от 0 до 3310 мкг/дм3. Во времени изменчивость концентрации была существенной: с 1976 по 1988 гг. средняя многолетняя концентрация составляла в Вилково 85,3 мкг/дм3, а с 1989 по 2003 гг. 1352 мкг/дм3 (в 16 раз больше, чем в предыдущий период). Среднее содержание нитратов в Вилково (586 мкг/дм3) не превышало ПДК, СКО было равно 742 мкг/дм3. Средняя за год концентрация уменьшалась от Вилково к морскому краю дельты на 10 % (уменьшение концентрации от- мечалось весной и осенью, летом она несколько увеличивалась, а зимой не изменялась). Средняя концентрация в Вилково в рассматриваемый период была в 1,7 раз меньше приведенного в [6] значения. Наибольшее содержа- ние нитратов отмечалась в рук.Быстром, наименьшее – в рук.Белгородском. Концентрация достигала максимума в апреле и минимума – в октябре. В связи с тем, что в районе Вилково не выполнялись определения обще- го азота, анализировалась только концентрация его неорганической фракции DIN (сумма концентраций аммонийного, нитритного и нитратного азота). В среднем за многолетний период концентрация DIN на участке Вилково – устья рукавов уменьшалась на 2 %. Наибольшее содержание DIN отмеча- лось в рук.Потаповском (956 мкг/дм3), наименьшее – в рук.Старостамбуль- ском (823 мкг/дм3). Средняя за 1976 – 2003 гг. концентрация DIN в устьях рукавов составляла 1001 мкг/дм3, СКО = 740 мкг/дм3, а в районе Вилково 1025 мкг/дм3, СКО = 789 мкг/дм3. Весной и летом, при повышенном стоке Дуная, концентрация DIN распределялась по пространству равномерно, од- нородная водная масса поступала транзитом в море, суммарная концентра- ция азотистых соединений не изменялась в дельте реки. Осенью содержание DIN на участке Вилково – устья рукавов в среднем уменьшалось на 13 %, 161 зимой увеличивалось на 36 %. Очевидно, осенью преобладала деструкция и поглощение соединений азота гидробионтами; зимой, в результате их отми- рания и распада, обогащение водной массы минеральным азотом. Так как ряды наблюдений за соединениями фосфора в дунайской воде меньше (1980 – 2003 гг.), чем за концентрацией азотистых соединений, обобщение данных выполнялось за весь период наблюдений без выделения сезонов. Концентрация фосфатов была распределена по пространству дель- ты почти однородно и равнялась 103 мкг/дм3 (меньше ПДК, невязка кон- центрации между вершиной дельты и устьями рукавов в среднем не превы- шала 2 %), СКО составляло 81,6 мкг/дм3. Средняя концентрация общего фосфора в вершине Килийской дельты составляла 226 мкг/дм3, а в устьях рукавов 212 – 240 мкг/дм3, в среднем 225 мкг/дм3. Следовательно, содержание фосфора общего в Вилково и в ру- кавах в среднем было одинаковым. СКО концентрации TP в устьях рукавов дельты и в её вершине составляло 184 мкг/дм3. Концентрация кремния распределялась по пространству достаточно од- нородно (различия не превышали 5 %) и составляла в среднем за период с 1980 по 2003 гг. 2680 мкг/дм3, СКО = 1737 мкг/дм3. Летом и осенью, в ос- новном, происходило уменьшение концентрации кремния в дельте, весной кремний транзитом поступал в море со стоком половодья, зимой в устьях дельтовых водотоков концентрация кремния была несколько больше, чем в Вилково. Из табл.1 видно, что более всего изменялась во времени концентрация аммонийного азота и нитратов, наименьшей изменчивостью характеризова- лось содержание кремния в воде. В основном, максимальная концентрация БВ наблюдалась весной, минимальная – осенью, что согласуется с литера- турными данными. Отклонения статистических характеристик, рассчитанных по материа- лам синхронных съемок, от аналогичных характеристик, определенных за весь период наблюдений, оказались различными для разных элементов. Со- держание нитритов, DIN и TР было примерно в тех же пределах, нитратов и фосфатов содержалось в воде на 25 – 35 % меньше, а кремния и аммонийно- го азота – на 25 и 50 % больше соответственно. Средняя за многолетний пе- риод, рассчитанная по всем имеющимся наблюдениям, концентрация рас- сматриваемых ингредиентов (в мкг/дм3) составила в Вилково: аммонийного азота – 238, нитритов – 29.2, нитратов – 794, суммы азотистых соединений – 1067, фосфатов – 160, фосфора общего – 265 и кремния – 2143. Изменчивость концентрации БВ в 2 – 4 раза больше изменчивости рас- хода воды, поэтому, очевидно, вклад концентрации в изменчивость расхода (стока) биогенных веществ является преобладающим. Таким образом, в рассматриваемом районе, в основном, отмечается пространственная однородность средней годовой концентрации БВ и суще- ственная изменчивость концентрации между съемками. Большая изменчи- вость во времени концентрации БВ в Килийской дельте может быть обу- словлена наличием непостоянных источников поступления БВ (смыв с тер- риторий, сбросы сточных вод и др.), неустойчивостью форм азота, а также несовершенством системы наблюдений. 162 Величины и изменчивость стока БВ. Средний вынос биогенных ве- ществ за каждую съёмку рассчитывался по общепринятым формулам для каждой съёмки: WВил = QВил ·СВил; (1) Wрук = Qрук ·Срук; (2) Wсум = Σ Wрук, (3) где WВил, Wрук, Wсум – расход БВ (г/с) в Вилково, в отдельных рукавах Килий- ской дельты и суммарный вынос БВ рукавами соответственно; QВил, Qрук – расход воды (м3/с) в Вилково и в отдельных рукавах соответственно; СВил, Срук – концентрация БВ (мкг/дм3) в Вилково и в устьях рукавов соответственно. Для каждой съёмки по (1) рассчитывалось поступление БВ в Вилково, при этом СВил определялась как средняя арифметическая в створе измере- ний, а QВил принимался по [12] на дату отбора пробы. Расход БВ в рукавах дельты определялся по (2), причём, в рукавах расход воды Qрук принимался также по [12] с учётом времени добегания, а концентрация Срук рассчитыва- лась как средняя арифметическая в створе каждого рукава. Суммированием значений выноса БВ каждым рукавом (Σ Wрук) определялось поступление БВ к морскому краю дельты за конкретные сутки. Эта величина приравни- валась к выносу БВ в море. Относительная ошибка расчёта расхода (выно- са) БВ, согласно [2], находится в пределах 12 – 33 %. Статистические зависимости между поступлением БВ в Вилково и суммарным выносом рукавов имеют, как и зависимости между концентра- циями в этих створах, высокие коэффициенты корреляции (табл.2). Сравнение значений концентрации, расхода воды и выноса в районе Вилково и у МКД показало, что изменения выноса как в указанных створах за многолетний период, так и на этом участке в период съёмок обусловлены различиями в концентрации элементов, о чем свидетельствует согласован- ный ход выноса и концентрации биогенных веществ. Анализ полученных эмпирических зависимостей свидетельствует о том, что суммарный вынос биогенных веществ рукавами зависит от поступления БВ в вершину Килийской дельты (Вилково). Этот вывод позволил исполь- зовать полученные по данным синхронных съемок уравнения для расчета выноса биогенных веществ Килийским рукавом Дуная в море по данным более продолжительного ряда наблюдений в Вилково. Высокие коэффици- енты детерминации и корреляции свидетельствуют о возможности расчета выноса БВ в море по данным наблюдений в Вилково с достаточной степе- нью точности – обеспеченность метода 84 – 98 %, согласно [13]. Для рядов выноса БВ, рассчитанного по (1) по данным квазисинхронных съёмок (1976 – 2003 гг.), определялся средний вынос конкретного БВ, как сред- неарифметическое значение. Результаты расчёта статистических характеристик поступления биогенных веществ в Вилково по этим данным представлены в табл.3. Величины выноса, рассчитанные таким способом, отличаются от выно- са, определяемого по методике [2] путём осреднения расхода воды и концен- трации за расчётный период и последующего перемножения средних величин. Средний за рассматриваемый период вынос аммонийного азота в створе Вилково составил 1430, а суммарный вынос рукавами Килийской дельты 1440 г/с (средняя невязка выноса аммонийного азота в дельте 0,7 %). Макси- 163 мальный вынос аммония от- мечался в марте, минималь- ный – в сентябре. Весной и летом концентрация аммония в Килийской дельте распре- делена равномерно из-за хо- рошего перемешивания, по- этому сток аммонийного азо- та в вершине и в устьях рука- вов почти одинаков, средняя невязка в пределах 1 %. Осе- нью, в период межени, вынос аммония в море на 7 % меньше, чем в Вилково, а зи- мой вынос в море превышал вынос в Вилково на 11,7 %. Средний вынос нитритов в Вилково составлял 111, суммарный вынос рукавами Килийской дельты в море 105 г/с (средняя невязка вы- носа нитритов не превышала 5 %). Максимальный вынос нитритов отмечался в мае, минимальный – в сентябре. Поступление нитратов в среднем за период квазисин- хронных съёмок в 1976 – 2003 гг. в Вилково составля- ло 2190, а суммарное, рука- вами Килийской дельты, в море 2080 г/с (средняя не- вязка выноса 5 %). Макси- мальный вынос нитратов от- мечался в апреле, минималь- ный – в октябре. Средний суммарный вы- нос соединений минерально- го азота в Вилково составлял 4030, суммарный вынос ру- кавами Килийской дельты в море 3590 г/с (средняя не- вязка выноса 11 %). В боль- шую часть года вынос соединений минерального азота уменьшался на уча- стке Вилково – морской край дельты, зимой он увеличивался. Вынос фосфатного и общего фосфора практически не изменялся на участке Вилково – морской край дельты и составлял в среднем 370 и 905 г/с Т а б л и ц а 2 .Уравнения регрессии для расчета выноса биогенных веществ рукавами (Wсум) по данным об их поступлении в вершину Килий- ской дельты (WВил). расчетный период уравнение коэффи- циент корреля- ции аммонийный азот весна Wсум = 0,92 WВил + 176 0,93 лето Wсум = 1,00 WВил + 15,4 0,94 осень Wсум = 1,26 WВил – 74,9 0,97 зима Wсум = 0,88 WВил + 285 0,94 год Wсум = 0,95 WВил + 80,4 0,93 нитритный азот весна Wсум = 0,76 WВил + 54,8 0,91 лето Wсум = 0,53 WВил + 7,67 0,91 осень Wсум= 0,83 WВил – 4,83 0,89 зима Wсум = 0,19 WВил + 47,8 0,89 год Wсум = 0,77 WВил + 15,2 0,89 нитратный азот весна Wсум = 1,06 WВил + 2,98 0,98 лето Wсум = 1,03 WВил + 2,08 0,96 осень Wсум = 1,09 WВил + 22,2 0,96 зима Wсум = 1,17 WВил – 42,2 0,93 год Wсум = 0,91 WВил + 54,0 0,98 растворенный неорганический (суммарный) азот весна Wсум = 0,73 WВил + 1413 0,91 лето Wсум = 1,02 WВил – 115 0,92 осень Wсум = 0,89 WВил + 2,97 0,92 зима Wсум = 1,42 WВил – 282 0,98 год Wсум = 0,91 WВил + 226 0,94 фосфатный фосфор год Wсум = 0,95 WВил + 24,5 0,93 фосфор общий год Wсум = 1,11 WВил – 125 0,98 кремний год Wсум = 1,05 WВил – 298 0,99 164 Т а б л и ц а 3 .Статистические характеристики выноса биогенных веществ в Вил- ково по данным синхронных съемок 1976 – 2003 гг. вынос ингредиента, г/с характе- ристика N-NH4 N-NO2 N-NO3 DIN P-PO4 TР SiO3 среднее 1430 111 2190 4030 370 905 11200 медиана 520 82.6 689 2770 289 638 8940 диапазон 0 – 12080 0 – 968 0 – 11804 28,8 – 13185 78 – 1652 119 – 4966 0 – 34397 СКО 2370 133 3001 3728 308 904 9310 КВ, % 166 120 137 93 83 100 82 соответственно, невязка не превышала в среднем 2 %. Средний вынос кремния в вершину дельты и в море различался в пре- делах 2 % и составлял 11200 г/с. Распределение выноса БВ между рукавами дельты зависит от стоковой составляющей и аналогично распределению расхода воды, т.к. содержание БВ, как, впрочем, и других элементов, в водотоках достаточно однородное из-за хорошего перемешивания речной воды. Для сравнения полученных результатов, в том числе и с литературными источниками, выполнена оценка стока биогенных веществ в Килийском рукаве Дуная (Вилково) в соответствии с рекомендациями [2] для периода с 1976 по 2003 гг. по всем данным и материалам синхронных съёмок за тот же период: WКил = Qср⋅Сср⋅T, (4) где WКил – средний за многолетний период сток БВ Килийского рукава (тыс. т/год); Qср – средний многолетний расход воды в Вилково (м3/с); Сср – сред- няя многолетняя концентрация БВ в Вилково (мкг/дм3); T – число секунд в году, принятое равным 31,54⋅106. Результаты расчетов по (4) приведены в табл.4. Там же содержатся и результаты расчёта стока БВ по данным квази- синхронных съемок. WКил = [(ΣWВил)/n]⋅31,54⋅106, (5) где [(ΣWВил)/n] – средний из всех съемок вынос БВ в Вилково (г/с), пред- ставленный в табл.3 и состоящий из суммы расходов биогенов (ΣWВил) по ряду квазисинхронных съёмок длиною n, а WВил – расход БВ, определенный по (1) для каждой съёмки. Т а б л и ц а 4 .Сток БВ Килийским рукавом р.Дунай в Вилково (тыс. т/год) по раз- ным рядам наблюдений и методам расчета. QВил, м3/с N-NH4 N-NO2 N-NO3 DIN P-PO4 TР SiO3 1976 – 2003 гг., формула (4) 3860 29,0 3,55 96,6 130 19,5 32,2 261 1976 – 2003 гг. (синхронные съёмки), формула (4) 4020 45,6 3,30 74,3 130 13,1 28,5 339 1976 – 2003 гг. (синхронные съёмки), формула (5) 4020 45,1 3,50 69,1 127 11,7 28,5 353 165 За последние 25 – 30 лет в район Вил- ково поступало, в среднем (тыс. т/год), 29 аммонийного азота, 3,6 нитритов, 96,6 нит- ратов, 130 минерального азота, 19,5 фос- фатов, 32 общего фосфора, 261 кремния. Структура выноса БВ представлена диаграммой (рис.2), из которой видно, что в нём преобладает кремний и нитраты, меньший вклад в общий вынос биогенных веществ вносят аммонийный азот, фосфа- ты и нитриты. Согласно полученным зависимостям выноса БВ в море от их поступления в Вилково, вынос БВ на устьевое взмо- рье составляет (тыс. т/год): 30 аммонийного азота, 3,3 нитритов, 90 нитратов, 126 минерального азота, 19,5 фосфатов, 32 общего фосфора, 264 кремния. Сравнение результатов расчета выноса БВ в районе Вилково и суммар- ного выноса дельтовых рукавов показывает, что различия между соответст- вующими значениями выноса, в основном, не превышают 8 %. Поэтому для приближенной оценки многолетних значений выноса БВ в море можно ис- пользовать его значения в районе Вилково. Как видно из табл.4, наибольшие расхождения в величинах стока БВ выявляются при сравнении результатов, полученных одним методом, но по выборкам различной длины; расчёты по одинаковым рядам, но разными ме- тодами, дают большую сходимость результатов (отклонения не превышали 12 %). Наибольшие различия (57 %) отмечаются при сравнении стока аммо- нийного азота по данным синхронных съёмок и рассчитанного по всем имеющимся наблюдениям. Это, вероятно, связано с большой временной изменчивостью концентрации N-NH4. Менее всего зависят от длины ряда величины стока нитритов, DIN и TP. Выводы. Полученные по данным многолетних гидролого-гидрохими- ческих наблюдений в Килийской дельте р.Дунай статистические оценки ве- личин и изменчивости концентрации и стока растворенных биогенных ве- ществ являются основой для уточнения более ранних результатов расчётов, сопоставления с имеющимися литературными данными и материалами те- кущих наблюдений. Установление тесных корреляционных зависимостей между выносом БВ в верхнем (Вилково) и нижних (у морской края дельты) створах позво- лило обосновать возможность расчёта выноса БВ Килийским рукавом Ду- ная на устьевое взморье по их поступлению в вершину Килийской дельты. Отсутствие материально-технических возможностей в ближайшем будущем с достаточной точностью определять вынос БВ в море по данным в устьях рукавов (из-за указанных особенностей взаимодействия речных вод с вода- ми устьевого взморья) делает предлагаемый способ расчёта наиболее обос- нованным в настоящее время и позволяет использовать данные учащенных наблюдений в Вилково, полученные при выполнении международной про- граммы, для уточненной оценки поступления БВ в Черное море. Полученные результаты предполагается далее использовать для деталь- Р и с . 2 .Процентное соотноше- ние БВ в суммарном выносе Килийской дельты р.Дунай. 166 ного анализа выноса БВ Килийским рукавом по данным еженедельных на- блюдений у Вилково 2003 – 2004 гг. и расчёта суммарного выноса БВ Ду- най за этот период с учетом данных, полученных румынскими учеными в устьях Сулинского и Георгиевского рукавов. Также они могут найти при- менение при оценке изменений стока биогенных веществ вследствие строи- тельства и эксплуатации судового хода в рук.Быстром, при планировании рыбохозяйственной деятельности и других водохозяйственных мероприя- тий в устьевой области р.Дунай. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Ильин Ю.П., Репетин Л.Н., Морозов В.Н., Берлинский Н.А., Гринько О.С., Кры- лов В.И. Исследования поступления биогенных веществ в Черное море с реч- ным стоком в рамках международного проекта BSERP/GEF // Экологические проблемы Черного моря. Мат. 6-го Междунар. симп., 11-12.11 2004.– Одесса: ОЦНТЭИ, 2004.– С.198-202. 2. Временные методические рекомендации по расчету выноса органических. био- генных веществ. пестицидов и микроэлементов речным стоком.– М.: Гидроме- теоиздат, 1983.– 32 с. 3. Симов В.Г. К вопросу о методах расчёта выноса загрязняющих веществ в море с речным стоком // Тр. УкрНИГМИ.– 1998.– 246.– С.174-182. 4. Симов В.Г., Бочарова Л.В. Вынос нефтяных углеводородов, хлорорганических пес- тицидов и летучих фенолов в Черное море со стоком воды р.Дунай // Диагноз со- стояния экосистемы Черного моря и зоны сопряжения суши и моря. Тр. научн. конф., 29.09-03.10 1997, пос.Кацивели.– Севастополь: МГИ НАНУ, 1997.– С.105. 5. Миньковская Р.Я. Оценка выноса нефтяных углеводородов речными водами. // Диагноз состояния среды прибрежных и шельфовых зон Черного моря.– Сева- стополь: МГИ НАНУ, 1996.– С.82-91. 6. Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР. Т.IV. Черное море. Вып.2. Гидрохимические условия и океанологические основы биологической продук- тивности / Под ред. А.И.Симонова, А.И.Рябинина, Д.Е.Гершановича.– СПб: Гидрометеоиздат, 1992.– 219 с. 7. Гаркавая Г.П.. Богатова Ю.И.. Берлинский Н.А. Особенности формирования гидрохимических условий украинской части устьевой области Дуная // Экоси- стема взморья украинской дельты Дуная.– Одесса: Астропринт, 1998.– С.21-62. 8. Енаки И.Г. Гидрохимический режим советского участка Дуная // Гидробиоло- гические исследования Дуная и придунайских водоемов.– Киев: Наукова дум- ка, 1987.– С.14-26. 9. Бюллетень состояния химического загрязнения Черного и Азовского морей.– Севастополь: СО ГОИН - МО УкрНИГМИ, 1976-1984. 10. Ежегодные гидрохимические данные о качестве морских вод.– Севастополь: СО ГОИН - МО УкрНИГМИ, 1984-2003. 11. Научно-технический отчет Дунайской гидрометеорологической обсерватории.– Измаил: ДГМО, 1976-2003. 12. Государственный Водный Кадастр. Разд.1. Поверхностные воды. Сер.2. Ежегод- ные данные: Ежегодные данные о режиме и качестве вод морей и морских устьев рек. Ч.2. Устья рек.– Севастополь: СО ГОИН - МО УкрНИГМИ, 1976-2003. 13. Инструкция по оценке качества методов и оправдываемости морских гидроло- гических прогнозов.– М.: Гидрометеоиздат, 1965.– 88 с. Материал поступил в редакцию 15 .03 .2005 г . После доработки 6 .06 .2005 г .

Вынос растворенных биогенных веществ в Черное море со стоком Килийского рукава р. Дунай

Репозитарії

Схожі ресурси