Математичне моделювання при оцінці якості води водних об’єктів межрічча річок Дунай і Дністер

- визначення достатності і недостатності  вихідної інформації;

- визначення вихідних, розрахункових  параметрів і таких, що управляють  змінними системи;

- формування переліку можливих  варіантів рішення;

- оцінка майбутніх умов (зміни  господарської діяльності, природних  умов), що включає прогноз змін  змінних і відповідних результатів.

Ділення природних систем на окремі компоненти може проводитися по різному, залежно від цілей моделювання. Як правило, виділяються абіотичні  і біотичні компоненти, які, у свою чергу, розділяються на морфологічні, гідравлічні, гідрологічні, енергетичні, трофічні, інформаційні, керівні і  т.п.

Слід враховувати соціальні  компоненти: споживачі, власники, виконавські  органи, зацікавлені групи суспільства.

2.2 Формулювання цілей  моделювання та ділення системи  на окремі компоненти за ознакою  відносної однорідності

 

При формулюванні цілей моделювання слід враховувати, що в загальному випадку, кожен компонент системи в оптимізаційному сенсі, може не узгоджуватися з іншими компонентами. Те ж спостерігається при обліку соціальних завдань: кожна суспільна група має різні інтереси. Тобто, треба виконати ділення системи на окремі компоненти за ознакою відносної однорідності. В той же час компоненти об’єднані єдиною системою, тому вони можуть мати цілі загальні для всієї системи.

Формулювання цілей створює  можливість вибору зв'язаних критеріїв, за допомогою яких можна кількісно  зіставляти відносні переваги варіантів  рішення. Це досягається шляхом послідовного дроблення мети до тих пір, поки не будуть одержані показники (приватні цілі), які можуть бути оцінені або розмірною величиною (наприклад, витратами грошових коштів), або безрозмірними величинами (наприклад, коефіцієнтами значущості).

При заміні одного варіанту рішення  на іншій кількісна оцінка показників міняється, і саме на основі таких  оцінок можуть бути визначені конкретні  вигоди, втрати і сумарний ефект  в результаті кожного можливого  варіанту. Для оцінки сумарного ефекту рекомендовано використовувати  теорію ризику[5].

2.3 Визначення достатності  і недостатності вихідної інформації

 

З'ясуванню підлягають: існуючі природні і господарські умови; кількість  і якість води; біомаса і біопродуктивність; водообмін і водовідновлення; дані, які можуть бути використані для оцінки наслідків різних дій; попередні припущення і поточні плани рішення проблеми; прогнози господарського використання і соціальних умов; наявність місцевих експертів. Може з’ясуватися, що є великий пропуск в необхідній інформації, і тоді визначається область, в якій потрібне проведення додаткових досліджень.

2.4 Визначення вихідних, розрахункових параметрів і таких,  що управляють змінними системи  та формування переліку можливих варіантів рішення

 

Вихідні змінні можуть бути екзогенними або незалежними, не змінюються при функціонуванні системи. Наприклад, кількість атмосферних опадів або характеристики мережі, гідрографії. Розрахункові змінні частіше є залежними або ендогенними. У ряді випадків вихідні змінні можуть бути екзогенними або ендогенними. Наприклад, біомаса може бути нечутлива до ряду змін, що відбуваються в системі. Якщо ж розглядається вплив яких-небудь умов на продуктивність, то біомаса стає ендогенною змінною.

      Значення, що набувають  розрахункові змінні, визначаються  значеннями вихідних змінних  і особливостями системи, які  вводиться програмою, що розробляється.

При проектуванні моделі можна управляти  певними умовами, тому вони називаються змінними, що управляють. В гідроекології вирішальними змінними можуть бути збільшення або зменшення сільськогосподарського використання водозбору, зменшення скидання стоків, збільшення водообміну, використання оптимальних попусків для нересту і таке інше.

Основне призначення аналізу полягає  в отриманні найбільш бажаних  значень вирішальних змінних. Для  кожного варіанту рішення повинні бути визначені значення вихідних змінних – числа приписувані показникам.

Варіанти можна класифікувати  відповідно заданих вимог до системи. Якщо такою вимогою є збільшення біомаси, то збільшення, наприклад, водообміну і якості води буде якнайкращим. Якщо необхідно збільшити біопродуктивність, то окрім збільшення біомаси необхідно встановити квоти на вилучення продукції для створення умов її репродукції.

2.5 Структурне розбиття  і моделювання системи

        

Структурне розбиття полягає в  підрозділі загальної проблеми на дрібніші приватні проблеми, а моделювання  системи – у визначенні зв'язків  і взаємодій між приватними проблемами. Розбиття і моделювання не являються  однозначними і незмінними, оскільки існує багато шляхів виконання відповідних  операцій. В процесі дослідження  звичайно відбувається вдосконалення  моделі від грубої (першого наближення) до детальнішої.

Один з методів структурного розбиття проблеми полягає в розгляді проблеми в рамках окремих інтервалів часу з ухваленням рішень і оцінками їх для кожного інтервалу (наприклад, роки або сезони року, цикли водності).

Структурне розбиття проблеми може здійснюватися на основі наукових дисциплін: гідрології, гідравліки, хімії, біології та інших. Уявлення про структуру  проблеми може бути створено відповідно до інтересів соціальних груп: власників, споживачів, органів влади. Структурне розбиття може бути проведено на географічній основі – виділенні ландшафтних  комплексів, елементів мережі, гідрографії. Чим глибше структурне розбиття, тим  менша кількість рішень необхідно  прийняти по кожному елементу структури  і, отже, простіше проводити аналіз. Проте поведінка системи в  цілому не визначається сумою рішень відповідних елементів. Чим більше число підсистем, тим складніше  визначити роботу всієї системи  по роботі підсистем. Звичайно корисно  розчленовувати проблему так, щоб взаємодія  між її структурними елементами була відносна малою або визначною. У  кожному конкретному випадку  необхідний компроміс між трохи  структурних елементів, що полегшують їх аналіз, і трудністю синтезу  цілого по його частинах.

2.6 Моделювання і аналіз

 

Якщо на етапі постановки завдання одержують якісний опис проблеми, то на етапі моделювання якісне уявлення переходить в кількісне. На цьому  етапі виникають функціональні  залежності між змінними, і для  кожного варіанту рішення і набору вхідних даних визначаються вихідні  дані системи.

 Аналіз починається зі збору  інформації для визначення залежностей  між змінними. Ці залежності слід  перевіряти на точність і невизначеність.  Інформація може бути одержана  з літературних джерел, на основі  експертиз або за наслідками  експериментів, що проводяться  самим дослідником.

2.7 Прогнозування умов  функціонування системи в майбутньому

 

Оцінка повинна включати прогнози техногенних навантажень, зміни  економіки, зміни гідрологічного, гідрохімічного і гідробіологічного режимів. Очевидно, що в цих прогнозах буде невизначеність, і один з методів роботи з невизначеними  даними полягає в аналізі проблеми при різних значеннях невизначених вхідних елементів[4].

3  ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНУ  ДОСЛІДЖЕННЯ

 

ЕКОЛОГІЧНИЙ ПАСПОРТ ОДЕСЬКОЇ ОБЛАСТІ

3.1 Загальна характеристика

 

Дата утворення	27 лютого 1932 року
Територія, км2	33,31 тис. км2
Кількість адміністративних районів	26
Кількість міст	19
з них:  обласного підпорядкування (значення)	7
Кількість селищ	33
Кількість сіл	1127
Чисельність населення, тис. чол.	2389,8
Щільність населення, тис. чол. на 1 км2	71,9

3.2 Характеристика водних  ресурсів області

 

Водні ресурси області складаються  з запасів підземних та поверхневих  вод. Запаси поверхневих вод на території  області розподіляються нерівномірно. Північна та центральна частини території  характеризуються обмеженими запасами, а далекий південний-захід, який тяжіє до річок Дністер та Дунай, має великий запас води.

У 2009 році забір води складає 2134,0 млн. м3, що на 453,0 млн.м3 менше ніж у 2008 році. На 454,0 млн.м3 зменшився обсяг  забору води з поверхневих джерел, на 0,35 млн.м3 зменшився забір води із підземних джерел. Забір води з Чорного моря збільшився на 0,75 млн.м3. Зменшення обсягу забору прісних  поверхневих вод у 2009 році обумовлено, в основному, зменшенням обсягу перерозподілу  води при проведені водообміну на озері Сасик, Придунайських водосховищах, водоймах Татарбунарського тракту.

У 2009 році в області використано 322,6 млн. м3 прісної води (табл. 4.1.1.), у  тому числі із підземних джерел 33,77 млн. м3, за наступним розподілом на: госппобутові потреби – 122,0 млн. м3; виробничі потреби – 61,12 млн. м3; сільськогосподарське водопостачання – 12,21 млн. м3; зрошення – 71,29 млн. м3; ставково-рибне господарство - 54,63 млн. м3; інші галузі – 1,35 млн. м3.

Водопостачання розподіляється таким  чином: госппобутові потреби – 37,8%; виробничі потреби – 18,9%; сільське господарство – 3,8%; зрошення – 22,1%; ставково-рибне господарство - 16,9% інші галузі – 0,5%.

У 2009 році зменшився обсяг використання води на: господарсько-питні потреби  – 1,5 млн.м3. Збільшився обсяг використання води на: виробничі потреби – 6,2 млн.м3, зрошення – 7,5 млн.м3, сільськогосподарські потреби – 0,02 млн. м3

У 2009 році обсяг оборотної, повторної  та послідовно використаної води складає  – 173,2 млн. м3, що на – 9,1 млн.м3 більш  ніж у 2008 році.

Ліміт забору води із поверхневих  та підземних джерел та на скид забруднюючих речовин в водойми встановлюється в дозволах на спецводокористування. У 2009 році було видано 528 дозволів на спецводокористування.

На 01.01.2010 рік в Одеській області  налічується 1919 водокористувачів, з  яких 1278 мають дозволи на спецводокористування, у 641 термін дії закінчився.

На обліку в Держуправлінні станом на 01.01.2010 рік налічується близько 3778 артезіанських свердловин, 195 шахтних колодязів. Однак, забезпеченість потреби підземними водами питної якості у цілому по області становить 28%.

З загальної кількості артсвердловин біля 20 % потребують ремонту або тампонажу. Існування безгоспних свердловин є загрозою для забруднення водоносних горизонтів та виникненню надзвичайних епідеміологічних ситуацій.

Підземні родовища води, які відповідають вимогам до джерел питного водопостачання, розташовані на території області  вкрай нерівномірно. Північний регіон, до складу якого відносяться 14 районів  є найбільш забезпеченим, розвіданим запасами підземних вод, які на сьогодень  складають 70% від загальної забезпеченості області. Південний регіон, до складу якого входять 9 районів, найменш  забезпечений запасами питних підземних  вод. Крім того, вода з артсвердловин на півдні області умовно придатна для питних потреб тому, що має високу мінералізацію та надмірний вміст різних домішок.

За результатами лабораторних досліджень вода в свердловинах у більшості  районів області не відповідає державним  санітарним правилам і нормам "Вода питна. Гігієнічні вимоги до якості води централізованого господарсько-питного  водопостачання”. За 2009 рік в Одеській області з водопровідних мереж на санітарно-хімічні показники досліджено 6733 проби питної води, з них не відповідають нормативним вимогам – 1048 (15,6%), на мікробіологічні показники досліджено – 19524 проби питної води, з них не відповідають нормативним вимогам – 746 (3,8%). Морської води на санітарно-хімічні показники досліджено 968 проб, з них не відповідають нормативним вимогам – 30 досліджених проб (3,1%), на мікробіологічні показники досліджено – 3143 проби морської води, з них не відповідають вимогам – 133 (4,2%). Випадків групових інфекційних захворювань населення, пов'язаних з водним фактором, не зареєстровано.

В області спостерігається порушення  правового режиму І-ІІ-ІІІ поясів зон санітарної охорони, особливо у  сільських місцевостях.

Чинники, які привезли при експлуатації артсвердловин до такого стану слідуючи:

- не виконання керівниками організацій,  господарств, які мають на своєму  балансі артсвердловини необхідних заходів щодо поліпшення санітарно-технічного стану та подачі населенню доброякісної за бактеріологічними показникам води;

- відсутність коштів у сільських  рад та підприємств для проведення  ліквідаційного тампонажу непридатних  для експлуатації свердловин  будь-якого призначення;

- незабезпечення місцевими органами  самоуправління передачі безгоспних свердловин на баланс сільських рад, міськвиконкомів, іншим власникам.

Згідно інформації райдержадміністрацій в районах Одеської області на сьогодень ремонту або тампонажу  потребує 755 артсвердловин або 20 % від загальної кількості. Найбільш критична ситуація склалася у Ананьївському - 78, Балтському – 106, Березівському – 70, Великомихайлівському – 63, Ширяєвському - 48 районах.

Для поліпшення водопостачання населення  в області в межах об'єкту «Пошуки  питних підземних вод та буріння  розвідувально – експлуатаційних свердловин на воду в Одеській області…». У 2009 році, згідно з програмою у 5 населених пунктах пробурено 5 артезіанських свердловин, на загальну суму 631 тис. грн., у тому числі у:

Іванівському районі:

- село Слободка – 1 артсвердловина (68,4 тис. грн.);

Біляївському районі:

- село Петровське – 1 артсвердловина (132,4 тис. грн.);

- село Дослідне – 1 артсвердловина (166,2 тис. грн.);

- село Палієво – 1 артсвердловина (180,9 тис. грн.);

м. Роздільна – 1 артсвердловина (83,1 тис. грн.).

Науково-виробничою фірмою «Тиверія»  на протязі 2009 року було відремонтовано 2 артсвердловини:

1. Червень 2009 р. – поточний  ремонт артсвердловини № 68 глибиною 138,0 м, пробуреної на верхньосарматський водоносний горизонт, яка належить садовому товариству «Відпочинок» і розташована за адресою: Одеська обл., Біляївський р-н, с. Дачне.

2. Липень-серпень 2009 р. – капітальний  ремонт та реконструкція артсвердловини № 1 глибиною 131,5 м, пробуреної на верхньосарматський водоносний горизонт, яка належить садовому товариству «Дельфін» і розташована за адресою: Одеська обл., Біляївський р-н, с. Алтестове.

Причорноморське державне регіональне  геологічне підприємство виконало ліквідаційний  тампонаж артсвердловини ЗАТ «Одеська цукрова компанія» у м. Одеса та ремонт артсвердловини Радісненської селищної ради у селищі Радісне Іванівського р-ну Одеської обл.

Виробничо-сервісна фірма «Гідрогеосервіс» виконало: