Дипломная работа Режим соединений железа и марганца в водоемах Волжской системы водоснабжения города Москвы



страница1/4
Дата26.04.2016
Размер0.57 Mb.
ТипДиплом
  1   2   3   4
Московский Государственный Университет им. М. В. Ломоносова

Географический факультет

Кафедра гидрологии суши

Дипломная работа

Режим соединений железа и марганца в водоемах Волжской системы водоснабжения города Москвы
Выполнила: студентка 5 курса

Любимова М.В.

Научный руководитель:

Даценко Ю. С.

Рецензент: Заславская М. Б.

Москва – 2013

Содержание

Введение………………………………………………………................................................3

Глава I. Железо и марганец в природных водах

1.1. Значимость контроля за концентрациями железа и марганца в воде ……………….5

1.2. Формы нахождения железа и марганца в природных водах …………………………6

Глава II. Основные сведения о Волжском источнике водоснабжения города Москвы

2.1. Физико–географическая характеристика бассейна Волжского источника водоснабжения г. Москвы. Основные сведения о канале им. Москвы…………………13

2.2. Водный режим Иваньковского водохранилища, канала им. Москвы и водохранилищ водораздельного бьефа……………………………………………………………………..18

Глава III. Внутригодовой режим колебания железа и марганца в Волжском источнике водоснабжения г. Москвы

3.1. Система мониторинга качества воды Волжского источника водоснабжения……..21

3.2. Внутригодовые колебания железа и марганца……………………………………….23

3.3. Пространственные изменения железа и марганца в системе Волжского источника водоснабжения г. Москвы…………………………………………………………………..27

3.4.Многолетние изменения содержания железа и марганца в каждой точке наблюдений…………………………………………………………………………………30

3.5. Связь содержания железа и марганца со стоком воды в реках Волга и Тверца…...33

Глава IV. Балансы железа и марганца в Иваньковском и Учинском водохранилищах

4.1. Методика расчета баланса железа и марганца в водохранилищах…………………38

4.2. Анализ балансов железа и марганца в Иваньковском и Учинском водохранилищах…………………………………………………………………………….40

4.3. Влияние водообмена на изменение содержания железа и марганца в Иваньковском и Учинском водохранилищах………………………………………………………………..45

4.4. Балансовая оценка роли собственного водосбора в содержании марганца в водохранилищах водораздельного бьефа…………………………………………………49

Заключение………………………………………………………………………………….54

Список литературы…………………………………………………………………………56

Приложения…………………………………………………………………………………58



Введение
Железо и марганец - наиболее часто обнаруживаемые в природных водах большинства российских регионов загрязнители воды.

Избыток железа в организме увеличивает риск инфарктов, длительное употребление человеком железосодержащей воды вызывает заболевание печени, оказывает негативное влияние на репродуктивную функцию организма. Все это делает такую воду практически неприемлемой для питьевого применения. Марганец считается одним из наиболее часто встречающихся токсичных элементов в составе природной воды и при превышении ПДК может вызывать множество нежелательных последствий для здоровья. Избыток марганца вызывает окраску и вяжущий привкус, заболевание костной системы. Присутствие в воде железа и марганца может привести к развитию в трубопроводах железистых и марганцевых бактерий, что делает воду неприемлемой для технического применения.

Поэтому проблема превышения содержания этих элементов в питьевой воде актуальна в наши дни. Российские санитарные нормы (СаНПиН 2.1.4.1074) ограничивают уровень предельно-допустимого содержания в воде хозяйственно-питьевого назначения: до 0,3 мг/л для железа и 0,1 мг/л для марганца. Нормативы ЕС: для железа - 0,2 мг/л, для марганца - 0,05 мг/л.

Примерно 58% водообеспечения города Москвы приходится на волжскую воду, поступающую из Иваньковского водохранилища по сложной системе канала им. Москвы и входящих в его состав водохранилищ. Поэтому объектом исследования выбран Волжский источник водоснабжения г. Москвы, как источник питьевого, промышленного, коммунально-бытого водоснабжения для москвичей.

Высокие концентрации железа и марганца в этом водоисточнике всегда создавали определенные трудности в водоподготовке на водопроводных станциях. Поэтому наблюдения за содержанием этих элементов в воде водных объектов Волжской системы водоснабжения проводятся постоянно и к настоящему времени уже накоплено большое количество данных наблюдений, которые до сих пор детально не обобщались.

В настоящей работе поставлена цель: установить закономерности трансформации и режима железа и марганца в Волжском водоисточнике г. Москвы, используя данные 48-летних (с 1957 по 2004 гг) наблюдений концентраций общего железа и марганца с 12 гидрологических постов, расположенных на водных объектах Волжской системы водоснабжения.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:


  • Установить закономерности внутригодовых и многолетних изменений соединений железа и марганца в источнике водоснабжения по данным среднемесячных наблюдений;

  • Установить закономерности трансформации концентраций железа и марганца в различных участках системы водоисточника;

  • Рассчитать балансы общего железа и марганца в Учинском и Иваньковском водохранилищах за каждый месяц с 1957 по 2004 гг, а также за каждый год по сезонам (апрель- май; июнь-октябрь; ноябрь-март);

  • Проанализировать зависимости трансформации железа и марганца в водохранилищах от их коэффициентов водообмена;

  • Выявить связи концентраций железа и марганца от расходов воды рек-притоков Иваньковского водохранилища.



Глава I. Железо и марганец в природных водах.

1.1. Значимость контроля за концентрациями железа и марганца в воде.

За содержанием в природных водах таких элементов, как железо и марганец, особенно в водах питьевого водоисточника, необходимо постоянно проводить контроль, поскольку их концентрации в природных водах, даже не испытывающих антропогенное воздействие нередко оказываются близкими к ПДК для источников водоснабжения.

Железо и марганец своим присутствием делают воду непригодной для питьевых, промышленных и хозяйственных целей, так как при концентрации железа выше 1 мг/л вода приобретает неприятный чернильный или железистый привкус [8]. Избыток железа в организме вызывает заболевание печени оказывает негативное влияние на репродуктивную функцию организма. Присутствие в воде железа и марганца может привести к развитию в трубопроводах железистых и марганцевых бактерий, которые используют в процессе своей жизнедеятельности энергию, выделяемую при окислении закисных соединений в окисные. Продукты жизнедеятельности бактерий могут вызвать уменьшение сечения, а иногда полностью закупорить водопроводные трубы [8].

Обычно содержание железа и марганца в природных водах не превышает нескольких десятков мг/л. На изучаемой территории (Волжский источник водоснабжения г. Москвы) концентрации железа колеблются в пределах 0,10 – 0,80 мг/л; марганца – 0 – 0,30 мг/л. При этом на территории России ПДК содержания в воде железа составляет -0,3 мг/л, марганца - 0,1. В других странах норматив для железа – 0,2 мг/л, для марганца – 0,05 мг/л.

Превышение ПДК железа и марганца для хозяйственно-питьевого использования наблюдается во многих водных объектах России и сопредельных стран, например содержание железа общего в Киевском и Каневском водохранилищах в Днепре превышает нормативы в 2 раза.

Значительные количества железа поступают в водоемы со сточными водами предприятий металлургической, металлообрабатывающей, текстильной, лакокрасочной промышленности и с сельскохозяйственными стоками. Большое количество его в воде наблюдается в тех регионах, где источником водоснабжения является артезианская скважина. В поверхностных водах средней полосы России содержится от 0,1 до 1 мг/дм3 железа, в подземных водах содержание железа часто превышает 15-20 мг/дм3. Железо в воде колодцев и скважин может находиться как в окисленной, так и в восстановленной форме, но при отстаивании воды всегда окисляется и может выпадать в осадок [19].



«По сообщению Приволжского управления гидрометеослужбы, в реке Безенчук в районе села Васильевка концентрация марганца превышена в 67 раз от предельно допустимой нормы. Такое загрязнение специалисты относят к экстремально высокому. В реке Чагра в районе села Новотулка предельно допустимая концентрация марганца превышена в 60 раз. Как уточнили в гидрометеослужбе, высокое загрязнение водоемов соединениями марганца обусловлено природными условиями территории Среднего Поволжья» [17].

Метод определения содержания железа в воде основан на колориметрическом определении содержания железа по интенсивности окраски в результате взаимодействия с сульфосалициловой кислотой. В щелочной среде сульфатсалициловая кислота с железом (Fe2+ и Fe3+) образует комплексное соединение желтого цвета. Окраска устойчива и позволяет определять железо фотометрически. Предел обнаружения методики составляет 0,1 мг/л. Определению мешают медь (>0,25 мг/л) и алюминий (>2 мг/л) [18].

1.2. Формы нахождения железа и марганца в природных водах.

Железо и марганец присутствуют в природных водах в формах, зависящих от величины рН, окисляемости и содержания кислорода.



Они поступают в реки со склоново-поверхностными водами, которые еще не проникли в почву, поэтому главным источником этих элементов в поверхностных речных водах следует признать разложение лиственного опада на территории водосбора реки. Очевидна тесная связь этих элементов с растворенным органическим веществом. Высокая корреляция между содержанием железа и растворенным органическим веществом для речных вод проявляется в водах с высоким содержанием гумусовых веществ.

Железо является наиболее распространенным элементом в земной коре, но из-за низкой миграционной способности концентрация железа в природных водах очень мала, и его принято относить к числу микроэлементов. «Валентность железа различная, в водах оно присутствует в виде оксидного Fe2+ и Fe3+ состояния. Двухвалентное железо мигрирует в кислых (pH<5,5), слабее - в нейтральных и слабощелочных водах. При наличии свободного кислорода оксид железа (Fe2+) неустойчив и легко переходит в оксид Fe3+, характеризующийся меньшей миграционной способностью» [12]. На скорость окисления Fe2+ в природных водах влияет наличие гуминовых и фульвокислот, а также величина pH [10].

Главными источниками соединений железа в природных водах являются процессы химического выветривания горных пород, сопровождающиеся их механическим разрушением и растворением. Железо реагирует с содержащимися в природных водах минеральными и органическими веществами, образуя сложный комплекс соединений, находящихся в воде в растворенном, коллоидном и взвешенном состоянии [20]. Железо является важным питательным элементом для водорослей, высших водных растений и других представителей гидробионтов. Недостаточное содержание его может быть одним из лимитирующих факторов развития фитопланктона.

Установлено, что в речных водах, дренирующих болотистые местности, колебания растворенного кислорода – одна из наиболее важных причин сезонной изменчивости содержания железа. «Максимальное количество растворенного железа, представленного в основном в степени окисления +2, обнаружено в зимнее время, когда особо остро ощущается дефицит кислорода [10].

Железо может встречаться в природных водах в следующих видах: истиннорастворённом состоянии (двухвалентное железо, прозрачная бесцветная вода), в нерастворённом виде (трёхвалентное железо, прозрачная вода с коричневато-бурым осадком или ярко выраженными хлопьями), в виде коллоидов (неорганических Fe(OH)3, Fe(OH)2, FeS – и органических), в виде комплексных соединений (главным образом, органических) и в виде тонкодисперсной взвеси (Fe(OH)3, Fe(OH)2, FeS, окрашенная желтовато-коричневая вода, осадок не выпадает даже при длительном отстаивании) [19].

«Преобладающее в подземных водах закисное железо переходит в раствор главным образом в виде гидрокарбоната железа, которое устойчиво только при содержании больших количеств CO2 и в отсутствии кислорода. При уменьшении CO2 и появлении растворенного кислорода, что, например, бывает при выходе подземных вод на поверхность, происходит гидролиз и железо переходит в малорастворимый гидрат закиси

Fe2++2HCO2-+2H2O←→Fe(OH)2+2H2CO3

Здесь образуется ряд промежуточных соединений, и в растворе одновременно присутствуют как недиссоциированные молекулы, так и ионы: Fe(HCO3)2, Fe(OH)2, Fe2+, Fe(OH)-. Гидрат закиси железа далее легко окисляется в гидрат окиси железа

4Fe(OH)2+O2+2H2O←→4Fe(OH)2.

Процесс окисления Fe(OH)2 во многих случаях протекает при участии микроорганизмов, называемых железобактериями, которые в процессе своей жизнедеятельности используют энергию, выделяемую при окислении закисного железа в окисное. Железобактерии часто развиваются в таких больших количествах, что забивает водопроводные трубы.

Образующийся при окислении Fe(OH)3 очень мало растворим (при pH=4 – около 0,05 мг/л, а при более высоких в тысячных и еще меньших долях мг/л), но может присутствовать в растворе в коллоидном состоянии, в котором, по-видимому, и является одной из основных форм существования железа в поверхностных водах. Устойчивость коллоидного железа значительно повышается защитным действием присутствующих в воде гумусовых веществ. Выпадение железа в осадок из этого комплекса происходит при участии бактерий, разрушающих органическое вещество» [1].

Основными формами миграции железа в поверхностных пресных водах являются взвешенные и коллоидные формы, достигающие 95 - 97% валового его содержания в речных водах и на 10 – 30% меньше в водах озер и водохранилищ [10].


Рис.1.2.1. Поля устойчивости окислов железа на pH-Eh-диаграмме [по Е.В. Пиннекеру, 1983].

«Несмотря на довольно высокое содержание растворенного железа в поверхностных пресных водах, основная часть его мигрирует в составе взвесей, причем больше всего взвешенная форма железа характерна для речных вод (до 98,5% валового его содержания). Установлено, что реки мира ежегодно выносят в среднем около 9,6*108 т железа [10].

В водах озер и водохранилищ концентрация железа обычно выше, чем в реках. Его концентрация подвержена сезонным колебаниям. Это обусловлено воздействием следующих факторов: pH, Eh воды, содержанием растворенного кислорода, двуокиси углерода, сероводорода, органических веществ, микрофлорой водоема, замедлением стока, интенсивностью грунтового питания. «Многолетние исследования днепровских водохранилищ показали, что максимальное количество растворенного железа образуется в них в зимне-весенний период» [10].

«Происхождение многих озерных руд объясняют отложениями железа, образовавшимися в результате жизнедеятельности железобактерий. Воды, содержащие железо в значительных количествах имеют кислую среду. Окисное железо встречается почти исключительно в поверхностных водах, его количество обычно выражается в сотых и десятых долях мг/л. Закисное железо встречается преимущественно в подземных водах, в несколько больших количествах, но редко превышает 1 мг/л» [1].

Среди тяжелых металлов марганец является одним из наиболее распространенных элементов в земной коре и занимает третье место после железа и титана. В природных водах он встречается реже, чем железо и содержится в меньших концентрациях. Источниками соединений марганца, также как и железа в природных водах являются процессы растворения горных пород. Марганец поступает в природные воды в результате выщелачивания железомарганцевых руд горизонта почвогрунтов.

Согласно нормативным документам [СаНПиН 2.1.4.559-96], предельно допустимая концентрация общего марганца в водах питьевого назначения составляет 0,1 мг/л. Эта величина значительно выше средних концентраций данного элемента в речных водах, но верхний предел наблюдаемых значений близко подходит к величине ПДК (табл. 1.2.1.). Поэтому локальное или кратковременное увеличение концентраций марганца в поверхностных водоемах и водотоках до уровня ПДК и выше не может считаться исключительным явлением.
Таблица 1.2.1. Содержание растворенного марганца в речных водах на территории России [В.С. Савенко, 2001]

Район

Концентрация марганца, мг/л

средняя

диапазон

Север Европейской части России и Сибирь

0.0099

0.003–0.067

Бассейн Черного и Азовского морей

0.0095

0.001–0.070

Бассейн Каспийского моря

0.0105

0.003–0.160

Следует отметить, что значительная часть марганца может мигрировать в поверхностных водах в форме тонкодисперсных взвешенных наносов, роль которых резко возрастает при увеличении мутности [3].

Распределение марганца в природных водах и его формы можно представить в виде следующей схемы (рис.1.2.2.)

Рис.1.2.2. Схема распределения марганца в воде [11]

В реках максимальные концентрации марганца наблюдаются в весенний период, когда наиболее существенно проявляется влияние процессов, происходящих на водосборе.

Как известно, марганец относится к группе физиологически активных элементов с наивысшими коэффициентами биологического накопления, сравнимыми, например, с азотом и фосфором и превышающими коэффициенты накопления калия и серы.

Значительное количество элемента поступает в процессе разложения остатков водных животных и растительных организмов.

Марганец активизирует ряд ферментов, участвует в процессах дыхания, фотосинтеза. Ионы Mn2+ в истинно растворенном состоянии находятся в очень небольших концентрациях. Большая часть марганца, также как и железа, в природных водах содержится в виде коллоидов и суспензий. В подземных водах преобладают соединения марганца в виде гидрокарбонатов, сульфатов и хлоридов, в поверхностных — в виде органических комплексных соединений (например, гуминовокислых) или в виде высокодисперсной взвеси [16].

Как и для железа, соотношение растворенной и взвешенной форм марганца показывает доминирующие положение последней. Она может составлять до 98% валового содержания марганца. Содержание марганца в растворенной форме определяется количеством взвешенных веществ. Эта связь особенно четко прослеживается в тех реках, в которых количество взвешенных веществ резко возрастает в период половодья [10].

«В условиях водоемов замедленного стока роль взвешенной формы в миграции марганца, как и железа, резко снижается. Благодаря осаждению взвешенных веществ, марганец способен накапливаться в донных отложениях в довольно больших количествах» [10].

«Марганец в озерных водах присутствует при низких окислительно-восстановительных потенциалах и малых значениях pH в виде хорошо растворимых двухвалентных ионов и в виде окиси марганца, которые обычно способствуют двухвалентному железу» [14].

«Конечным продуктом окисления марганца должен быть MnO2. Можно предположить, что в озёрах с жёсткой водой, особенно в период осенней циркуляции, некоторое количество трёхвалентного марганца, также как и его двуокиси, может временно появляться в виде суспензии. Гопкинсом [Hopkins, 1930] было установлено, что хлорелла потребляет марганец. Впоследствии Пирсон [Pirson, 1937], а также Эмерсон и Льюис нашли, что недостаток марганца существенно уменьшает скорость фотосинтеза при слабом свете и менее заметно – при ярком освещении. Добавление марганца быстро увеличивает скорость фотосинтеза культуры, испытывающей его недостаток» [14].

В поверхностных водах в среднем содержится от 0 до 0,05 мг/л марганца, в подземных водах концентрация марганца колеблется в пределах 0,5 — 3 мг/л. Марганецсодержащие воды отличаются вяжущим привкусом, окраской.

«Ввиду различной потребности организмов в марганце и значительных сезонных колебаний его содержания в разных водах вполне вероятно, что различия в содержании марганца играют определенную роль и в определении качественного состава фитопланктона» [14].

На сегодняшний, из-за проблемы превышения в питьевой воде содержания железа и марганца используются методы удаления элементов из воды.

Для снижения содержания железа в воде в настоящее время используются различные фильтры для очистки воды и технологии обезжелезивания. Основной задачей этих методов является перевод растворенного, либо коллоидного железа в нерастворимый осадок, который данные фильтры удаляют. Перевод железа в нерастворимый осадок происходит при помощи различных окислителей и реагентов. В качестве окислителей могут выступать кислород воздуха, хлор, перманганат калия, озон, перекись водорода. При проходе через такие фильтры воды поверхностных вод, либо вод Крайнего Севера, обусловленных высоким содержанием органических веществ, дополнительно с окислителем используют коагулянты и флокулянты. Данные реагенты обеспечиваю укрупнение взвеси. После перевода железа в нерастворимый осадок, его чаще всего удаляют фильтры воды с различными фильтрующими загрузками [16].

Методы удаления марганца (деманганации) делят на окислительные, сорбционные, ионообменные и биохимические. При окислительных методах деманганации используют хлор и его производные, озон, перманганат калия, технический кислород. В подземных водах марганец находится в виде хорошо растворимых солей в двухвалентном состоянии. Для удаления марганца из воды его необходимо перевести в нерастворимое состояние окислением Mn2+ в Mn3+ и Mn4+.. Для эффективного окисления марганца необходимо, чтобы величина рН очищаемой воды была на уровне 8,0-8,5. В качестве окислителя применяют перманганат калия, хлор или его производные (гипохлорит натрия), озон, кислород воздуха. В настоящее время марганец из воды удаляют аэрацией с последующим отстаиванием (или без) и фильтрованием на осветлительных фильтрах с различными фильтрующими загрузками [16].



Глава II. Основные сведения о Волжском источнике водоснабжения города Москвы.

2.1. Физико-географическая характеристика бассейна Волжского источника водоснабжения г. Москвы. Основные сведения о канале им. Москвы.

Как известно, относительно бедный водными ресурсами Московский регион снабжается водой из двух водных систем – Москворецкой, использующей водные ресурсы верхней Москвы за счет многолетнего регулирования стока в ее бассейне, и Волжской, использующей сток верхней волги за счет его переброски по каналу им. Москвы в бассейн р. Москвы. Обе эти системы состоят из сложного комплекса различных водных объектов и гидротехнических сооружений, охватывают огромные территории с различными ландшафтными условиями (рис.2.1.1.).



Рис.2.1.1. Схема источников водоснабжения г. Москвы

Волжский источник водоснабжения города Москвы был создан в 1937 году, когда в результате грандиозного гидротехнического преобразования была осуществлена подача волжской воды на Восточную водопроводную станцию города. Сложная система этого источника включает в себя участок слияния р. Волги и р. Тверцы, Иваньковское водохранилище, канал имени Москвы и водохранилища водораздельного бьефа: Икшинское, Пестовское, Учинское, Пяловское, Клязьминское и Химкинское (рис. 2.1.2. и 2.1.3.).



Рис. 2.1.2. . Волжский источник водоснабжения на участке р. Волга (г. Тверь) – Иваньковское водохранилище.

Физико-географические условия бассейна Верхней Волги и условия формирования стока в этом районе не только обеспечивают гарантированное водоснабжение города водой, но и оказывают существенное влияние на формирование качества воды, подаваемой на водопроводные станции.

Рельеф бассейна Волжского источника водоснабжения г. Москвы равнинно-холмистый, имеет ярко выраженный уклон на восток, юго-восток, соответствующий кровли коренных пород. Преобладающая высота поверхности 200 – 250 м. В среднем густота речной сети бассейна Волжского источника составляет 0,2 км/км2. Основная роль в питании рек принадлежит снежному покрову [15].

Бассейн Волжского источника водоснабжения лежит в пределах зоны умеренного климата в зоне смешанных и широколиственных лесов, на севере произрастают темнохвойные леса, на юге они постепенно сменяются смешанными и широколиственными лесами. В пределах бассейна распространены дерново-подзолистые почвы. Слабая проницаемость подстилающих их грунтов (преимущественно глинистых) и избыточная увлажненность территории способствует заболоченности бассейна. Годовая сумма осадков в среднем составляет 550 мм – 700 мм в год.

Канал имени Москвы является основной водной магистралью, соединяющей р. Москва с р. Волгой. Он берет начало из Иваньковского водохранилища на р. Волге у г. Дубны, а оканчивается в черте г. Москвы (рис. 2.1.3.).



Рис.2.1.3. Волжский источник водоснабжения на участке г. Дубна – г. Москва

Канал имени Москвы — крупный комплекс гидротехнических сооружений, решающий задачи водоснабжения, обводнения, воднотранспортной связи г. Москвы, выработки электроэнергии и электроснабжения промышленных и сельскохозяйственных предприятий, расположенных в зоне канала. Строительство канала началось в июле 1932 года и длилось 4 года и 8 месяцев [21].

Трасса канала направлена от Иваньковского водохранилища на юг с небольшим отклонением на юго-восток к Дмитрову. На этом участке в 4 км от р. Волги канал пересекает р. Сестру, которая пропускается в трубу под каналом.

Южнее Дмитрова канал идет по долинам рек Яхрома и Икша почти меридианально. Здесь канал делает резкий поворот на юго-восток, придерживаясь долины р. Черной, по которой и следует до впадения ее в р. Вязь, близ села Пестово.

Отсюда канал направляется к югу, прорезая водораздел между реками Вязь и Уча, и, повернув на юго-запад, входит в долину р. Клязьмы, по которой и следует до 106-го км. На выходе из долины р. Клязьмы канал снова принимает южное направление и пересекает Клязьминско-Химкинский водораздел южнее ст. Хлебниково.

Ширина канала по верху — 85 м, по дну — 45 м, глубина — 5,5 м. Профиль трапециевидный.

Берега канала укреплены камнем, железобетонными плитами и вертикальным железобетонным шпунтом. С точки зрения формирования качества воды чрезвычайно важно, что согласно проекта воды канала на всем его протяжении до водохранилищ водораздельного бьефа (за исключением Яхромского участка) не имеют контакта с местным стоком, т.е. никакая речка или ручей не впадает в канал.

Водораздельный бьеф включает в себя Икшинское, Пестовское, Учинское, Клязьминское и Химкинское водохранилища, через которые проходит 25 км трассы канала [9]. Его протяженность составляет 50,1 км. Высота водораздельного бьефа над уровнем моря 162 м. Забор воды в московский водопровод осуществляется из двух водохранилищ: Учинского (Акуловского) и Клязьминского.

Питание канала происходит в основном за счет перекачки воды из Иваньковского водохранилища и лишь 10 % за счет стока с бассейна водосбора. В навигационный период по всей трассе канала поддерживаются проектные уровни воды с незначительными колебаниями из-за неравномерного водопотребления и неравномерной работы насосных станций.

Иваньковское водохранилище – самое крупное в системе канала им. Москвы, осуществляющее сезонное регулирование. Оно образованно подпором р. Волги плотиной ГЭС у деревни Иваньково Тверской области. Заполнение водохранилища началось 23 марта 1937 года и длилось 4 года 8 месяцев. Иваньковское водохранилище является источником питания канала им. Москвы. Около 30% стока воды из него поступает в канал, а 70% - в Угличское водохранилище. Полезный объём водохранилища составляет – 0,81 км3, площадь водного зеркала – 327 км2, длина канала – 120 км, наибольшая ширина – 8 км, средняя глубина – 3,4 м [2].

Водохранилище разделяется на три плеса: Волжский - от Твери до города Конаково, Шошинский - образованный разливом подпруженной р. Шоши (правого притока р. Волги), от города Тургиново до устья этой реки, Иваньковский - от города Конаково до Иваньковской плотины. На водохранилище насчитывается много остовов.Длина береговой линии водохранилища составляет 520 км. Берега нижней части Иваньковского водохранилища низкие, изрезанные заливами, покрытые лесом и кустарником. На верхнем участке берега преимущественно высокие, коренные.

Площадь водосбора Иваньковского водохранилища составляет 41000 км2, из которой озерами занято 2,2%, болотами – 2,8% и лесом – 39%. На водосборе почвы подзолистые и болотные, растительность представлена смешанным и хвойным лесом, луговыми и болотными травами, сфагновыми мхами.

Средняя дата очищения водохранилища ото льда 25 апреля, ранняя - 11 апреля, а поздняя - 6 мая. Средняя дата начала ледостава 18 ноября, ранняя - 1 ноября, поздняя - 17 декабря. Водохранилище наполняется главным образом в весенний период (апрель - май) при прохождении половодья [2].

Икшинское водохранилище образовано плотиной на р. Икша, его длина - 5,6 км, полезный объем 8 млн м ³, площадь зеркала – 4,9 км2. С севера ограничивается шлюзом № 6 канала имени Москвы, с юга через канал соединяется с Пестовским водохранилищем. Берега водоема хвойными и лиственными лесами. Водохранилище замерзает в середине ноября, вскрывается в середине апреля.

Пестовское водохранилище – водохранилище сезонного регулирования. образовано плотиной на р. Вязь; полезный объем 20,2 млн м³, площадь акватории 11,6 км², длина - 7 км, ширина – до 2 км. Оно сообщается с Икшинским, Пяловским и Учинским водохранилищами. Замерзает в середине ноября, вскрывается в середине апреля. На Пестовском водохранилище много заливов, берега залесены. Уровень воды во все времена года изменяется незначительно.

Пяловское водохранилище образовано плотиной на р. Уче. Длина водохранилища от деревни Аксаково до Пяловской плотины 7 км, длина по каналу - 3,6 км. Максимальная ширина достигает 0,7 км, площадь зеркала – 6,27 км2. Замерзает в середине ноября, вскрывается в середине апреля.

Северный берег Пяловского водоема низкий, пологий, большей частью лесистый, вдоль плотины - заболоченный, поросший камышом.

Учинское (Акуловское) водохранилище расположено между Пестовской, Пяловской и Акуловской плотинами, является отстойным водоемом и используется только для целей водоснабжения. Оно является самым обширным в системе канала. Его полезный объём составляет около 140 млн. м3. Учинское водохранилище — строгая водоохранная зона. В отличие от остальных водохранилищ в системе Канала имени Москвы, на его берегах нет турбаз и домов отдыха, не осуществляется судоходство. Территория, которая примыкает к береговой линии Учинского водохранилища, является водоохраной зоной, т.е. на ней установлен специальный режим осуществления хозяйственной деятельности в целях предотвращения загрязнения, засорения, заиления и истощения его вод, а также сохранения среды обитания водных биологических ресурсов и других объектов животного и растительного мира. Из Учинского водохранилища вода поступает на Северную (от водозабора «Уча») и Восточную (водозабор «ЛГЭС») водопроводные станции г. Москвы.

Клязьминское водохранилище – это второе водохранилище системы водораздельного бьефа, которое используется для целей промышленного и питьевого водоснабжения. Его длина составляет 16 км, ширина - 1 км. Через весь водоем проходит русло р. Клязьмы. По берегам сосновые и смешанные леса, кустарники. Средняя глубина водохранилища 6 м, наибольшая - 18 м.



2.2. Водный режим Иваньковского водохранилища, канала им. Москвы и водохранилищ водораздельного бьефа.

Для анализа водного режима канала им. Москвы необходимо рассмотреть водный режим Иваньковского водохранилища и водохранилищ водораздельного бьефа. Питание Иваньковского водохранилища происходит за счет реки Волги; небольшая часть воды поступает с боковыми притоками. В водохранилища водораздельного бьефа вода поступает из канала им. Москвы и с небольшими притоками.

На рис.2.2.1. показан внутригодовой ход расходов воды в притоках водохранилища. Самым многоводным месяцем является апрель, где значения расходов воды достигают 1500 м3/с, в остальные месяцы расходы составляют от 100 до 400 м3/с.
Рис.2.2.1. Внутригодовые колебания расходов воды в притоках Иваньковского водохранилища в среднем за период с 1957 по 2004 гг.

Учинское водохранилище – одно из водохранилищ водораздельного бьефа, на примере которого можно проследить за внутригодовыми изменениями водного режима в канале.

Водный режим этого водохранилища полностью определяется перекачкой воды из водохранилищ водораздельного бьефа (Пестовского), поэтому приток в водохранилище зарегулирован и расходы воды в него определяются потребностями водоснабжения. Исключение составляет небольшая предполоводная сработка водохранилища на 1.5 – 2 метра уровня. Собственная площадь водосбора очень мала – 40 км2, и водохранилище не имеет заметных речных притоков.

Диапазон изменения расходов колеблется в пределах от 30 до 40 м3/с. Наибольший приток воды наблюдается в мае.


Рис.2.2.2. Внутригодовые колебания расходов воды в Учинском водохранилище в среднем за период с 1960 по 2004 гг.

Для выявления периодов повышенной и пониженной водности в канале им. Москвы на основе данных среднемесячных расходов притока воды в Иваньковском водохранилище была построена разностно-интегральная кривая (рис. 2.2.3.). Исходя из рисунка, можно выделить годы в зависимости от водности. Начало периода: 1956 - 1958 гг.- годы повышенной водности. Далее, с 1959 по 1975 гг. – маловодный период, с 1976 по 1991 гг. – многоводный период, с 1992 по 2004 гг. – средний по водности период.


Рис.2.2.3. Разностно-интегральная кривая расхода притока в Иваньковское водохранилище



Поделитесь с Вашими друзьями:
  1   2   3   4


База данных защищена авторским правом ©ekollog.ru 2017
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал