Раздел 3. Водная среда города

137

насыщения, г/м³; k_dl, k_d2 — коэффициенты смертности для Nitrosomonas и Nitrobacter соответственно, 1/с.

Эта система дифференциальных уравнений не имеет аналитического ре­шения и решается численными методами. Наиболее распространенным ме­тодом решения в этом случае является метод Рунге-Кутта. Приведенная мо­дель используется для прогнозных расчетов на период не более 10 суток. При необходимости проведения прогноза на больший срок используются более сложные модели на основе кинетики Михаэлиса-Ментен-Моно, учитывающие процессы минерализации органических форм азота, роль фито- и зоопланк­тона в круговороте азота в водной экосистеме.

Прогноз качества воды в эвтрофированных водных объектах. Причинами антропогенного эвтрофирования водных объектов являются:

• высокий уровень антропогенной нагрузки на водные объекты, часто превышающий их ассимилирующую способность;

• регулирование речного стока, приводящее к изменениям гидрологичес­ кого режима водных объектов и нарушению природных условий функ­ ционирования водных экосистем;

• увеличение забора воды на нужды населения, промышленности и сель­ ского хозяйства, приводящее, особенно в летний период, к снижению уровней воды в реках и водоемах.

Особую опасность представляет поступление в водные объекты большого количества биогенных элементов с сельскохозяйственными, городскими и про­мышленными стоками. Содержание в водной массе биогенов приводит к гипер­продукции органических веществ, нарушению кислородного режима и основ­ных экосистемных механизмов. Вода приобретает неприятный вкус и запах и становится непригодной для большинства видов водопользования. Степень эв­трофирования водных объектов зависит от соотношения продукционно-деструк-ционных процессов в водной массе. Это соотношение во многом определяется структурой водной экосистемы, общий вид которой представлен на рис. 3.22.

микрофито-макрофито-макрозоо-бактерио-

растительная часть планктон на ВВР бентос на ВВР перифитон

:«;;; .••,: і

фито-

300-

бактерио-

Рис. 3.22. Структура водной экосистемы

138 Экология города

К ак правило, водная экосистема включает в себя планктонную, бентосную подсистемы и подсистему высшей водной растительности (ВВР). Каждая из указанных подсистем в свою очередь включает в себя более простые подсис­темы нижнего уровня. В состав планктонной подсистемы входят фито-, зоо-и бактериопланктон. Бентосная подсистема представлена микрофито-, макрофито-, макрозоо- и бактериобентосом. Подсистема ВВР включает в себя собственно растительную часть, а также планктон, бентос и перифи-тон на ВВР.

Прогноз состояния эвтрофированных водных экосистем может осуще­ствляться на основе математической модели STOOKS, описывающей зависи­мость показателей качества воды от биотических и абиотических компонент экосистемы с учетом специфики процессов продукции и деструкции в каж­дой подсистеме. В качестве основных показателей состояния экосистемы при­нимаются величина БПК, концентрация растворенного кислорода и величи­на биомассы фитопланктона. В общем виде математическая модель записы­вается следующим образом:

• [l-^(-p_i4C_do)]C_bod)+k₂(C_at-C_do); dB, , ,

где B_i — биомасса фитопланктона в і-й подсистеме; C_bod — БПК_пшш; C_do — концентрация растворенного кислорода; С , — величина предельного насы-щения воды кислородом; C_us — концентрация взвешенных веществ; а₍ — весовой коэффициент і-й подсистемы; к_п — коэффициент формы, отражаю­щий влияние формы поперечного сечения русла на первичную продукцию органического вещества для і-й подсистемы; а_|Отах — максимальное значение удельной продукционной способности в условиях оптимальной освещеннос­ти; Хц р — коэффициент, отражающий влияние лимитирования биогенами на первичную продукцию органического вещества; к_л — температурный коэф­фициент; г — коэффициент дыхания водорослей для і-й подсистемы; к _h — коэффициент, отражающий влияние рН водной среды на бактериальную де­струкцию органического вещества; к_и — коэффициент бактериальной дест­рукции в і-й подсистеме; k_t — коэффициент, отражающий влияние темпера­туры на бактериальную деструкцию органического вещества; (p_bod — интен­сивность аллохтонного поступления органических веществ в единицах БПК_полм в водный объект; к₂ — коэффициент атмосферной реаэрации; у — коэффи-