Цель работы – оценка изменчивости характеристик окислительно-восстановительных условий в водной толще и поверхностном слое отложений при изменяющейся антропогенной нагрузке с использованием данных натурных наблюдений и результатов численного моделирования на примере Севастопольской бухты. Выполнен комплексный анализ химических характеристик водной толщи и поровых вод, а также геохимических характеристик донных отложений. Подтверждено, что происходит установленное ранее нарушение естественного гидрохимического режима, связанное с цветением фитопланктона в летнее время и расположением в акватории бухты большого количества ливневых и коммунальных стоков. Несмотря на насыщение придонного слоя вод кислородом (94–113 % нас.), в верхнем слое донных отложений зафиксированы субкислородные условия. Это объясняется преобладанием мелкозернистой фракции и высоким содержанием органического углерода. Математические расчеты выполнялись с помощью одномерной бентосно-пелагической модели Bottom RedOx Model (BROM). С использованием данных натурных наблюдений проведена валидация результатов численного моделирования. Полученные результаты показали, что модель воспроизводит естественный сезонный ход гидрохимических параметров, связанный с цветением фитопланктона, появлением высоких концентраций органического вещества и его окислением растворенным кислородом. Для оценки последствий поступления различного количества органического вещества в акваторию бухты были проведены два численных эксперимента с уменьшением и увеличением его концентрации. Установлено, что увеличение нагрузки на акваторию бухты приводит к снижению концентрации кислорода (до 12 мкМ) и развитию анаэробных условий в придонном слое вод. Сокращение поступления органического вещества способствует формированию аэробных условий в водной толще и придонном слое вод.
The paper assesses the variability of the characteristics of redox conditions in the water column and surface sediment layer under changing anthropogenic load using data from field observations and numerical modeling on the example of Sevastopol Bay. A comprehensive analysis of the chemical characteristics of the water column and pore waters, as well as geochemical characteristics of bottom sediments, was performed. It was confirmed that the previously established disturbance of the natural hydrochemical regime occurs, associated with phytoplankton blooms in summer and the location of a large number of storm and municipal drains in the bay. Despite the saturation of the bottom water layer with oxygen (94–113% of saturation), suboxic conditions were recorded in the upper layer of bottom sediments. This is explained by the predominance of fine-grained fraction and high organic carbon content. Mathematical calculations were performed using the one-dimensional benthic-pelagic model Bottom RedOx Model (BROM). Using field observation data, the validation of numerical simulation results was carried out. The obtained results showed that the model reproduces the natural seasonal course of hydrochemical parameters associated with phytoplankton blooms, the appearance of high concentrations of organic matter and its oxidation by dissolved oxygen. To assess the consequences of different amounts of organic matter entering the bay, two numerical experiments were performed with a decrease and an increase in its concentration. It was found that an increase in the load on the bay leads to a decrease in oxygen concentration (down to 12 µM) and the development of anaerobic conditions in the bottom water layer. A reduction in the supply of organic matter contributes to the formation of aerobic conditions in the water column and bottom water layer.
Текст статьи не включен.