Поиск оптимального расположения проектируемых выпусков городской канализации в Севастопольской бухте с помощью численного моделирования и геоинформационного анализа

Ю. Н. Рябцев1, Л. В. Вержевская1, Т. В. Рауэн2, М. В. Цыганова1*, В. В. Никишин1,3, А. В. Багаев1

1 Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

2 Институт биологии южных морей РАН, Севастополь, Россия

3 Севастопольский государственный университет, Севастополь, Россия

* e-mail: m.tsyganova@mhi-ras.ru

Аннотация

Многочисленные исследования показали, что современное гидрохимическое и гидробиологическое состояние вод Севастопольской бухты оказывает негативное влияние на биоразнообразие ее акватории и рекреационный потенциал региона. Увеличение численности населения, рост туристического потока, планы по активному освоению ресурсов прибрежной зоны моря актуализируют задачу по оценке уровня влияния расположения выпусков городской канализации на наиболее посещаемые участки берега и зоны марикультуры. Предложен численный метод расчета функции влияния городских стоков на качество воды Севастопольской бухты. Расчеты выполнены для городских пляжей, набережной Приморского бульвара, причалов и мидийной фермы для различных вариантов предполагаемого расположения выпусков. Проведено сопоставление данных из доступных источников о расположении и характере выпусков муниципальной канализационной системы. Для каждой карты поля функции влияния выполнен анализ связности между известными выпусками и участками, где появление загрязненной взвеси нежелательно. Анализ полученных результатов показал, что наиболее подвержен влиянию ливневой и сточной канализации пляж «Ушакова балка». Районы причалов на Северной стороне испытывают сильное влияние непосредственно прилежащих выпусков. Концентрация взвеси, выпускаемой из ливневой канализации в центре города, в значительной степени влияет на состояние воды у основных мест отдыха жителей города.

Ключевые слова

Черное море, Севастопольская бухта, загрязнение, прибрежная зона, муниципальные стоки, математическое моделирование, сопряженные уравнения.

Благодарности

Анализ доступных данных о расположении выпусков ливневых и сточных вод в Севастопольской бухте, расчет функции влияния и ГИС-анализ выполнены при финансовой поддержке РФФИ и г. Севастополь в рамках научного проекта № 20-45-920019, разработка численной модели для расчета распространения примеси выполнены в рамках государственного задания по теме № 0555-2021-0005.

Для цитирования

Поиск оптимального расположения проектируемых выпусков городской канализации в Севастопольской бухте с помощью численного моделирования и геоинформационного анализа / Ю. Н. Рябцев [и др.] // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2021. № 1. С. 111–128. EDN CSPHYO. doi:10.22449/2413-5577-2021-1-111-128

Ryabtsev, Yu.N., Verzhevskaia, L.V., Rauen, T.V., Tsyganova, M.V., Nikishin, V.V. and Bagaev, A.V., 2021. Search for an Optimal Configuration of Projected Municipal Sewerage Outfalls in the Sevastopol Bay using Computational Modelling and Geoinformation Analysis. Ecological Safety of Coastal and Shelf Zones of Sea, (1), pp. 111–128. doi:10.22449/2413-5577-2021-1-111-128 (in Russian).

DOI

10.22449/2413-5577-2021-1-111-128

Список литературы

  1. Гидролого-гидрохимический режим Севастопольской бухты в условиях антропогенного воздействия (по наблюдениям 1998–1999 гг.) / Е. И. Овсяный [и др.] // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2000. С. 79–103.
  2. О перспективах и возможностях оценки самоочистительной способности акватории Севастопольской бухты / Е. Е. Совга [и др.] // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2014. Вып. 28. С. 153–164.
  3. Основные источники загрязнения морской среды Севастопольского региона / Е. И. Овсяный [и др.] // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2001. Вып. 2. С. 138–152.
  4. Совга Е. Е., Мезенцева И. В., Слепчук К. А. Сравнение ассимиляционной емкости и индекса трофности различных частей акватории Севастопольской бухты // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. 2020. № 3. C. 63–76. doi:10.22449/2413-5577-2020-3-63-76
  5. Гидрометеорология и гидрохимия морей. Т. IV : Черное море. Вып. 3 : Современное состояние загрязнения вод Черного моря / Под ред. А. И. Симонова, А. И. Рябинина. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 1996. 230 с.
  6. Гидролого-гидрохимический режим Севастопольской бухты и его изменения под воздействием климатических и антропогенных факторов / В. А. Иванов [и др.]. Севастополь : МГИ НАНУ, 2006. 90 с. URL: http://mhi-ras.ru/assets/files/gidrologo-gidrohimicheskij_rezhim_sevastopolskoj_buhty_2006.pdf (дата обращения: 28.01.2021).
  7. Основные источники загрязнения морской среды Севастопольского региона / Е. И. Овсяный [и др.] // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2001. Вып. 2. С. 138–152.
  8. Источники загрязнения прибрежных вод Севастопольского района / В. М. Грузинов [и др.] // Океанология. 2019. Т. 59, № 4. С. 579–590. doi:10.31857/S0030-1574594579-590
  9. Современное состояние и тенденции изменения экосистемы Севастопольской бухты / Е. В. Павлова [и др.] // Акватория и берега Севастополя: экосистемные процессы и услуги обществу. Севастополь : Аквавита, 1999. С. 70–94. URL: https://repository.marine-research.org/handle/299011/5248 (дата обращения: 28.01.2021).
  10. Миронов О. Г., Кирюхина Л. Н., Алемов С. В. Санитарно-биологические аспекты экологии севастопольских бухт в ХХ веке. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2003. 185 с. URL: https://repository.marine-research.org/handle/299011/1466 (дата обращения: 28.01.2021).
  11. Сезонные особенности гидролого-гидрохимической структуры вод Севастопольской бухты, микропланктон и распределение его биохимических компонент (Черное море, наблюдения 2004 – 2005 гг.) / А. С. Лопухин [и др.] // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. Севастополь : ЭКОСИ-Гидрофизика, 2007. Вып. 15. С. 74–109.
  12. A new method for analyzing microplastic particle size distribution in marine environmental samples / V. S. Mukhanov [et al.] // Ecologica Montenegrina. 2019. Vol. 23. P. 77–86. https://doi.org/10.37828/em.2019.23.10
  13. Вержевская Л. В., Миньковская Р. Я. Структура и динамика антропогенной нагрузки на прибрежную зону Севастопольского региона // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2020. № 2. С. 92–106. doi:10.22449/2413-5577-2020-2-92-106
  14. Индексы и показатели экологического статуса Севастопольской бухты / О. Г. Моисеенко [и др.] // Вестник Московского университета. Серия 5. География. 2015. № 4. С. 42–49.
  15. Миронов О. Г. Состав органической компоненты ливневых стоков в районе г. Севастополя // Оценка расположенных на суше источников загрязнения морей, омывающих страны СНГ. Материалы международной конференции ACOPS. Севастополь, 6–10 апреля 1992 г. Севастополь, 1992. Т. 1. С. 48–49.
  16. Хоролич Н. Г. Расчет водообмена мелководного залива (бухты) с морем // Труды ГОИН. М. : Гидрометеоиздат. 1986. № 168. С. 113–118.
  17. Шапиро Н. Б., Ющенко С. А. Моделирование ветровых течений в Севастопольских бухтах // Морской гидрофизический журнал. 1999. № 1. С. 42–56.
  18. Михайлова Э. Н., Шапиро Н. Б. Моделирование циркуляции и пространственной структуры термохалинных полей в Севастопольской бухте с учетом реальных внешних данных (зима 1997 г.) // Морской гидрофизический журнал. 2005. № 2. С. 60–76.
  19. Белокопытов В. Н., Кубряков А. И., Пряхина С. Ф. Моделирование распространения загрязняющей примеси в Севастопольской бухте // Морской гидрофизический журнал. 2019. Т. 35, № 1. С. 5–15. doi:10.22449/0233-7584-2019-1-5-15
  20. Беляева О. И. О загрязнении ливневых стоков, поступающих в прибрежную зону Черного моря (обзор) // Ученые записки Таврического национального университета им. В. И. Вернадского. Cер. «География». 2012. Т. 25(64), № 2. С. 20–27.
  21. Гидрохимическая характеристика отдельных бухт Севастопольского взморья / Е. А. Куфтаркова [и др.] // Труды ЮгНИРО. Керчь : ЮгНИРО, 2008. Т. 46. С. 110–117.
  22. Марчук Г. И. Математическое моделирование в проблеме окружающей среды. М. : Наука, 1982. 320 с.
  23. Шапиро Н. Б. Моделирование течений на севастопольском взморье // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа. 2006. Вып. 14. С. 119–134.
  24. Рябцев Ю. Н., Цыганова М. В. Моделирование на основе сопряженных уравнений переноса загрязнений для задач комплексного экологического мониторинга // Морской гидрофизический журнал. 2020. Т. 36, № 2. С. 214–225. doi:10.22449/0233-7584-2020-2-214-225
  25. Михайлова Э. Н., Шапиро Н. Б., Ющенко С. А. Моделирование распространения пассивной примеси в севастопольских бухтах // Морской гидрофизический журнал. 1999. № 3. С. 29–42.
  26. Исследования гидрофизических процессов при мониторинге антропогенных воздействий на прибрежные акватории (на примере бухты Мамала, о. Оаху, Гавайи) / В. Г. Бондур [и др.] // Океанология. 2007. Т. 47, № 6. С. 827–846.
  27. Поверхностные проявления внутренних волн, излучаемых заглубленной плавучей струей. Часть 1. Механизм генерации внутренних волн / В. Г. Бондур [и др.] // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2009. Т. 45, № 6. С. 833–845.

Текст статьи

Русскоязычная версия (PDF)

Англоязычная версия (PDF)