Контроль уровня воды предотвратит цветение водохранилищ

Изменения ландшафта с 1987 по 2006 год в районе крупнейшего в мире водохранилища «Три ущелья» на реке Янцзы

Wikimedia Commons

Гидробиологи из Китая создали математическую модель, которая поможет эффективно предотвращать цветение водоемов. В ее основе — нелинейная зависимость между размножением фитопланктона и уровнем воды, полученная по данным наблюдений в заливе Сянси водохранилища «Три ущелья». Работа опубликована в Science of The Total Environment.

Из-за медленного течения в водохранилищах возникают условия, в которых охотно размножается фитопланктон — сообщество микроводорослей и цианобактерий. Избыточная масса фитопланктона приводит к цветению водоема: вода становится зеленой и приобретает неприятный запах, в ней копятся токсины, которые негативно влияют на качество воды. Эти изменения в результате оборачиваются экономическими потерями для водообеспечения, рыбоводства и туризма.

Гидробиологи считают, что количество фитопланктона во многом зависит от колебаний уровня воды. При повышении или понижении уровня изменяется объем воды, из-за чего микроводоросли и цианобактерии получают разное количество питательных веществ, а значит, растут с разной скоростью. Однако количественного анализа этой взаимосвязи до сих пор не проводили.

Ученые под руководством Е Линя (Ye Lin) из Института гидробиологии Китайской академии наук детально исследовали, как колебания уровня воды влияют на количество водорослей и цианобактерий. Они также определили временную задержку этого эффекта и построили количественную модель управления массой фитопланктона при помощи регулирования уровня воды.

Для построения модели ученые использовали данные многолетних наблюдений в заливе Сянси водохранилища «Три ущелья», самого крупного гидроэнергетического объекта в мире. В период с 2009 по 2017 год авторы ежедневно измеряли уровень воды в водоеме и отбирали пробы воды. Чтобы проследить суточную динамику биомассы, они измеряли содержание в воде хлорофилла.

Связав уровень воды с содержанием хлорофилла, ученые получили нелинейную зависимость, согласно которой суточное повышение уровня воды приводит к снижению биомассы водорослей. Они также выяснили, что этот эффект происходит с задержкой: через два дня после изменения уровня воды меняется и биомасса фитопланктона.

По этим данным гидробиологи построили эмпирическую динамическую модель, описывающую взаимосвязь уровня воды и содержания хлорофилла. Модель дала достаточно точный результат прогнозирования. В качестве подтверждения авторы приводят пример пробы от 19 июля 2016 года, когда наблюдаемая концентрация хлорофилла составляла 27,67 микрограмм на литр, а уровень воды за сутки повысился на 0,34 метра. Прогнозируемое с помощью модели содержание хлорофилла на 21 июля 2016 года составило 21,88 микрограмм на литр, что оказалось близко к наблюдаемому значению в тот день — 20,86 микрограмм на литр.

Численное моделирование показало, что регулирование уровня воды — простой и эффективный способ контроля цветения фитопланктона. В отличие от существующих качественных оценок, эта модель может иметь реальное практическое применение. В будущем авторы планируют улучшать модель, добавляя в нее другие важные параметры, влияющие на развитие водорослей, например питательные вещества и температуру.

Дамбы — значимые гидротехнические сооружения, поэтому процессы внутри водохранилищ часто становятся предметом изучения. Например, мы писали, как таяние ледников увеличивает объем минеральных взвесей, что сокращает срок службы водохранилищ высокогорной Азии.

Марина Ключникова

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.