Введение к работе
Актуальность темы. Для сохранения рыбопродуктивности речных водохозяйственных систем важное значение имеет предотвращение попадания молоди рыб в водозаборные сооружения. Особенно актуальна эта проблема для экосистем Южного Федерального округа, богатых уникальной ихтиофауной. По данным АзНИИРХ только на водозаборах из бассейна реки Дон ежегодно гибнет около 5 млрд. шт. молоди рыб, полученной как в результате естественного нереста, так и искусственного воспроизводства на рыбоводных заводах, в нерестово-выростных хозяйствах и т.п. Для предотвращения гибели молоди рыб разработан ряд принципов, способов и технических решений водоотбора и рыбозашиты, создающих условия для повышения экологической устойчивости речных экосистем.
Способы защиты молоди рыб от попадания в водозаборы, основанные на экологическом принципе и сформулированные Д.С.Павловым и А.М.Пахоруковым, связаны с регулированием водопотребления в пространстве и во времени. Экологические способы рыбозашиты, по сравнению с другими способами, обладают чрезвычайно большими потенциальными возможностями, но не нашли широкого распространения. Обоснованное расположение водозаборов на водных объектах, оптимизация режимов их эксплуатации по критерию рыбоохраны может оказаться эффективным средством защиты рыб, снижающим во много раз количество молоди, попадающей в водозабор.
Более 75 % всего водоотбора из водоемов и водотоков бассейна Азовского моря осуществляется в целях обеспечения потребностей гидромелиоративных систем. Характерно, что период массового ската молоди рыб совпадает с поливным сезоном. Режимы эксплуатации мелиоративных водозаборов позволяют регулировать (в допустимых пределах) водопотребление как в течение всего сезона, так и в течение отдельных суток. В связи с этим разработка экологически безопасных компоновочно-конструктивных решений водозаборных сооружений и режимов их эксплуатации для защиты молоди рыб на конкретном водозаборе, а также согласование проектных и эксплуатационных параметров всех водозаборов водохозяйственной системы является актуальной. На решение данной проблемы ориентирована настоящая диссертационная работа, выполненная в рамках Федеральной целевой
научно-технической программы «Разработать...нгжыс, пысокшффртивныс
РОС,НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА СПетервиїг Г/Г
о» woY««t/6
технологии и конструктивные решения по сохранению рыбных запасов в источниках орошения» и планов НИР ФГОУ ВПО НГМА.
Целью диссертационной работы является разработка способов и технологий рыбоохранного регулирования водопотребления на водозаборных сооружениях речных водохозяйственных систем.
Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:
-
Исследовать динамику ската молоди рыб, выпущенной рыбоводными предприятиями, компенсирующими потери рыбных запасов от гидротехнического строительства и водопотребления в Азовском бассейне.
-
Разработать математическую модель прогнозирования динамики ската молоди рыб в речной водохозяйственной системе для обоснования створа водозаборного сооружения и режима его эксплуатации.
-
Разработать систему оценки ущерба рыбным запасам от попадания молоди рыб в водозаборное сооружение при различных параметрах и режимах его эксплуатации и эффективности работы рыбозащитных устройств.
-
Разработать компоновочно-конструктивное решение водозаборного сооружения, обеспечивающее предотвращение или снижение гибели молоди рыб при водоотборе.
-
Дать рекомендации по оптимизации режима эксплуатации мелиоративного водозабора на базе экологического принципа рыбозащиты.
Объект исследования - водозаборные сооружения речных водохозяйственных систем, имеющих важное рыбохозяйственное значение для естественного и искусственного воспроизводства рыб (повышения рыбопродуктивности речных экосистем).
Предмет исследования — экологические способы и технологии защиты молоди рыб при ее покатных миграциях, основанные на пространственном, сезонном и суточном регулировании водопотребления как на каждом водозаборном сооружении, так и в водохозяйственной системе в целом. Опытные данные, подтверждающие математические модели, атакже данные, положенные в их основу, собраны в условиях Нижнего Дона по шести видам рыб.
Работа выполнена в рамках пунктов 5 "разработка новых направлений повышения рыбопродуктивности ..., а также новых конструкций рыбозащитных сооружений, создание условий для повышения экологической устойчивости речных экосистем" и 6 "повышение эффективности и условии надежной эксплуатации водозаборных сооружений различного назначения" Паспорта специальности 05.23.07 «Гидротехническое строительство».
Автор защищает полученные лично следующие результаты:
-
Математическую модель камерного типа речной локальной водохозяйственной системы для рыбоохранных целей (ЛВХС РО).
-
Алгоритм стохастической имитационной модели сезонной и суточной динамики попадания молоди рыб в водозаборное сооружение.
-
Систему оценки ущерба рыбным запасам от попадания молоди в водозабор и эффекта от работы рыбозащитного устройства (РЗУ).
-
Дифференциацию нормируемой рыбозащитной эффективности РЗУ в зависимости от категории водного объекта и потенциального ската молоди в районе водозабора.
-
Зависимости для расчета коэффициентов рыбозащитной эффективности двухступенчатого и многоступенчатого РЗУ.
-
Компоновочно-конструктивное решение водозаборного сооружения, реализующее пространственно - экологический способ рыбозащиты.
-
Рекомендации по снижению ущерба рыбным запасам при эксплуатации мелиоративного водозабора за счет оптимизации планов водопотребления.
Научную новизну работы составляют:
-
Камерная модель речной локальной водохозяйственной системы для рыбоохранных целей, включающая типизацию камер, технологию и процедуры их моделирования.
-
Аналитические зависимости для расчета рыбозащитной эффективности двухступенчатого и многоступенчатого РЗУ и для оценки ущерба рыбным запасам от попадания молоди рыб в водозаборное сооружение.
-
Эмпирические зависимости динамики ската молоди осетра и имитационная модель попадания молоди рыб в водозабор.
-
Методика сравнения инвестиционных проектов рыбозащитных сооружений.
-
Способ защиты молоди рыб от попадания в водозабор путем расположения всасывающих оголовков в водоворотной зоне узла впадения притока в основную реку.
-
Технология оптимизации на базе имитационной модели текущих и оперативных планов водопотребления с позиций сохранности молоди рыб при водозаборе.
Практическую ценность работы составляют: - рекомендации и программные модули для реализации на ПЭВМ камерной модели ЛВХС РО;
программные средства, таблицы и графики для определения размеров зоны расположения всасывающих оголовков насосной станции;
зависимости, таблицы и графики для определения нормативной рыбо-защитной эффективности ступеней двухступенчатого РЗУ;
- рекомендации и программные средства оптимизации с позиции рыбо
охраны текущих и оперативных планов забора воды в оросительную систему.
Обоснованность и достоверность результатов. Адекватность разработанных моделей подтверждается корректным использованием статистических методов и приемов имитационного моделирования и оценивается их проверкой в расчетах на фактических данных водных объектов р. Дон. Достоверность результатов имитационного эксперимента обеспечивалась его многократным повторением при заданной точности и доверительной вероятности. Обоснованность результатов также подтверждается данными апробации и использованием в ФГУ «Управление «Ростовмелиоводхоз», в частности при эксплуатации водозабора из р. Дон Нижне-Манычской оросительной системы
Апробация работы. Результаты работы докладывались и получили положительную оценку на научной секции "Эксплуатация гидромелиоративных систем" отделения Земледелия, мелиорации и лесного хозяйства Россельхозака-демии (2000 г.), на секции "Геоэкология" Международной научно-практической конференции "Проблемы геологии, полезных ископаемых и рационального недропользования (2002 г.), на X Международной научно-технической конференции "Математические методы и информационные технологии в экономике, социологии и образовании" (2002 г.), на региональной научно-технической конференции "Гидротехника, гидравлика и геоэкология" (2002 г.) и на заседаниях Совета отраслевой лаборатории технического обоснования проектов рыбопропускных и рыбозащитных комплексов НГМА (1999 - 2003 гг.).
Публикации. По результатам выполненных в диссертационной работе исследований опубликовано 9 печатных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и приложений. Общий объем диссертации 163 страницы, включая 27 рисунков, 15 таблиц, 12 приложений и список использованной литературы из 150 наименований.
