Transcript Министерство образования и науки Российской Федерации федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение «РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» (РГГМУ) Шелутко В.А., Перевощикова М.В., Лукьянова Н.И. Оценка возможных гидрологических экосистемных услуг.

Министерство образования и науки Российской Федерации
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
«РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ»
(РГГМУ)
Шелутко В.А., Перевощикова М.В., Лукьянова Н.И.
Оценка возможных гидрологических
экосистемных услуг в условиях дефицита
информации (на примере коллективного
хозяйства Мексики)
Санкт-Петербург 2013
АКТУАЛЬНОСТЬ
Проблема взаимоотношения природы и человека, как в
долговременной перспективе, так и в краткосрочном прошлом, является
одной из научных проблем, выходящей на первый план для всего
человечества. Прошлые десятилетия наглядно показали, что интерес
мирового сообщества ученых по отношению к благам, предоставляемым
природой, стремительно растет.
В настоящее время в мире наблюдается активная разработка широкого
круга вопросов, связанных с экосистемными услугами, включая их
оценку, определение потенциальных продавцов, покупателей и
механизмов компенсации, а также формирование рынков этих услуг.
Наиболее
важным
представляется
количественная
оценка
экосистемных услуг, которая позволяет разрабатывать методы
экономического учета природных ресурсов-условий и экономической
деятельности в единой системе с целью поддержания концепции
устойчивого развития.
В России данное направление исследования еще не получило
должного развития.
2
ЦЕЛЬ
количественная оценка гидрологических экосистемных услуг
на территории коллективного хозяйства Сан-Мигель и
Санто-Томас Ахуско в условиях дефицита информации
Задачи:
1) Собрать и обобщить данные о гидрометеорологическом
режиме в рассматриваемом районе.
2) Собрать и обобщить данные о потребностях в
гидрологических экосистемных услугах.
3) Провести анализ изученности района для оказания
гидрологических экоуслуг.
4) Оценить возможности оказания гидрологических экоуслуг
на основе имеющихся данных стационарных и полевых
наблюдений.
5) Разработать рекомендации по уточнению объема
3
гидрологических экоуслуг.
ПРЕДМЕТ
Под экосистемными услугами понимаются те блага,
которые люди получают от экосистем для поддержания
жизни.
Категории
экосистемных услуг:
1. Обеспечивающие
2. Регулирующие
1) Обеспечивающие.
2) Регулирующие. Категории ЭУ
3) Поддерживающие.
4) Культурные
3. Культурные
4. Поддерживающие
Гидрологические экосистемные услуги – те обеспечивающие,
регулирующие, поддерживающие и культурные экосистемные
услуги, которые связаны с водой.
4
ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ
ЭКОСИСТЕМНЫЕ УСЛУГИ
1.
2.
3.
4.
5.
Оценка водообеспеченности рассматриваемого
района;
Оценка возможности восполнения дефицита воды;
Анализ экологических последствий интенсификации
использования местных водных ресурсов;
Анализ возможностей переброски водных ресурсов из
других районов для восполнения дефицита
водопотребления;
Анализ экологических последствий изъятия воды в
5
этих и других районах.
ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ
Краткая характеристика
объекта
1) Площадь составляет
76.2 км2.
2) Относится к Зоне
Сохранения (2000 г.)
Рисунок 2 – Схема расположения коллективного
хозяйства Сан-Мигель и Санто-Томас Ахуско (исп.
San Muguel y Santo Tomas Ajusco)
6
ГИДРОГРАФИЧЕСКАЯ СЕТЬ
Территория
исследования
относится к:
ГАО-XIII.
26 Гидрологическому
региону.
Рисунок 3 – Гидрографическая сеть Мексики
7
Рисунок 4 – Гидрографическая сеть района
Тлалпан
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
1.
2.
Данные стационарных наблюдений, полученные
из структурных организаций
Данные, полученные в результате проведения
полевых исследований
1.1
Ежедневные
данные
гидрологических
наблюдений,
полученные
от
Национального
Комитета по воде по четырем
станциям мониторинга за период
времени с 1962 по 2010 гг.
1.2
Ежедневные
метеорологические
данные
по
температуре воздуха и осадкам,
полученные
от
Национальной
Метеорологической службы по 5-ти
станциям мониторинга за период с
1952 по 2010 гг.
2. Данные полевых исследований,
проведенных в период с мая 2012 г. по
март 2013 г. в рамках проекта
CONACYT, которые представлены
метеорологическими показателями,
как солнечная радиация, влажность
воздуха, температура воздуха, осадки, и
т.д.; гидрологическими – расход воды
по 36 пунктам наблюдений; и физикохимическими – температура воды, pH,
8
электрическая
проводимость,
содержание солей NaCl, содержание
растворенных веществ в воде.
ПОЛЕВЫЕ РАБОТЫ
Рисунок 5 – Расположение пунктов
наблюдений, 2012 г.
Полевые работы включали.
1) Установление метеорологической
станции.
2) Поиск и регистрацию водных объектов.
3) Проведение гидрологических работ
(измерение показателей качества и
количества воды).
4) Сбор метеорологических данных со
станции наблюдения.
Конечной целью данных работ
являлось определение и отбор
пунктов для постоянного наблюдения
за качеством и количеством воды и
метеорологических
характеристик
для дальнейшего расчета и контроля
гидрологических экосистемных услуг
на
территории
коллективного
хозяйства Сан-Мигель и Санто-Томас 9
Ахуско.
Рисунок 6 – Проведение полевых работ, октябрь 2012 г.
СТАЦИОНАРНЫЕ ПУНКТЫ
Метеорологические:
1. Calvario 61.
2. Desviacion Alta al
Pedregal.
3. El Guarda.
4. San Francisco
Tlalnepantla
5. Campamento los Berros
Гидрологические:
1. 26308.
2. La Agraria.
3. La Conchita.
4. Santa Teresa.
Рисунок 7 – Схема расположения
метеорологических и гидрологических станций в
районе Тлалпан
Гидрохимические:
1. №5
2. №11
3. №16
10
АНАЛИЗ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ
Таблица 1 – Характеристика метеорологических станций, принятых для анализа
№
п/п
Номер
станции
1
9004
Calvario 61
Tlalpan
2726
2
9020
Desviacion Alta al
Pedragal
Tlalpan
2296
3
9022
El Guarda
Tlalpan
2990
4
9041
Xochimilco
2620
5
15265
Villa de Allende
3254
Название станции
San Francisco
Tlalnepantla
Campamento los
Berros
Муниципалитет
Среднегодовое количество осадков, мм
Начало и конец
наблюдений, месяц год
01 1970
05 2010
01 1952
11 2010
01 1961
06 2009
01 1961
10 2010
01 1981
08 2010
Высота, м
Количество лет
наблюдений
40.4
58.9
48.5
49.8
29.7
Среднемесячное количество осадков за все годы, мм
200
120
100
150
80
100
60
40
50
20
0
1968
1978
1988
1998
2008
Год
Рисунок 8 – Изменение среднегодового
количества осадков по станции Calvario 61,
с 1970 по 2010 гг.
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 Месяц
13
11
Рисунок 9 – Изменение среднемесячного
количества осадков по станции Calvario 61,
с 1970 по 2010 гг.
АНАЛИЗ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ
Таблица 2 – Краткая характеристика гидрологических станций
Название станции
Статистический
период, годы
Пропуски в
наблюдениях,
год
Полное отсутствие
данных, год
№ п/п
Номер станции
1
26308
-
1962-1984
-
2
26514
La Agraria
1986-2011
1991, 1993
1992, 1996, 1998, 2000
3
26438
La Conchita
1976-1988
1992, 1996,
1999-2002
1984
4
26440
Santa Teresa
1973-2010
-
1988, 2005
-
Среднемесячный расход за все годы, м3/с
Среднегодовой расход, м3/с
0.20
0.8
0.7
0.15
0.6
0.5
0.10
0.4
0.3
0.05
0.2
0.1
0
0.0
1975
Год
1980
1985
Рисунок 10 – Изменение
среднегодового расхода по станции
La Conchita, с 1976 по 1988 гг.
1990
0
0.00
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 Месяц
13 14
Рисунок 11 – Изменение
среднемесячного расхода по станции
La Conchita, с 1976 по1988 гг.
12
АНАЛИЗ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ
Таблица 3 – Характеристика качества воды в районе Тлалпан
5 станция
Год
БПК5 ХПК
2004
хор
хор
2010
хор
хор
11 станция
РВ
хор
БПК5 ХПК
отл
отл
отл
отл
Рисунок 12 – Расположение станций
гидрохимического мониторинга в
районе Тлалпан, 2004 г.
16 станция
РТВ
хор
БПК5
ХПК
загр
оч загр
загр
оч загр
РВ
прием
Классификация категории качества воды по показателю ХПК:
Отл – меньше или равно 10 мг/л;
Хор – больше 10 мг/л, но меньше или равно 20 мг/л;
Прием– больше 20 мг/л, но меньше или равно 40 мг/л;
Загр– больше 40 мг/л, но меньше или равно 200 мг/л;
Оч. загр - больше 200 мг/л.
Классификация категории качества воды по показателю БПК5:
Отл– меньше или равно 3 мг/л;
Хор– больше 3 мг/л, но меньше или равно 6 мг/л;
Прием – больше 6 мг/л, но меньше или равно 30 мг/л;
Загр – больше 30 мг/л, но меньше или равно 120 мг/л;
Оч загр – больше 120 мг/л.
Классификация категорий качества воды по РВ:
Отл – меньше или равно 25 мг/л;
13
Хор – больше 25 мг/л, но меньше или равно 75 мг/л;
Прием – больше 75 мг/л, но меньше или равно 150 мг/л;
Загр – больше 150 мг/л, но меньше или равно 400 мг/л;
Очень загр - больше 400 мг/л.
АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ РЕШЕНИЯ
ЗАДАЧ ПО ГИДРОЛОГИЧЕСКИМ
ЭКОУСЛУГАМ
В результате проведения полевых исследований, было отмечено, что на
территории коллективного хозяйства не проводится локальный контроль
гидрологических параметров, что является причиной отсутствия локальных данных
наблюдений. Согласно официальным данным Conagua на территории исследования
также отсутствуют пункты государственного мониторинга.
.
необходимость привлечения
рядов-аналогов для оценки
возможных гидрологических
экоуслуг
Проверка рядов на соответствие положениям
метода гидрологической аналогии.
а)дРасстояние от пунктов гос. мониторинга Conagua
до пунктов коллективного хозяйства составляет менее
20дкм, что является приемлемым.
б)дОднотипность почв и гидрогеологических
условий, близкая степень залесенности.
в)дПлощадь исследуемых водосборов колеблется от
5 до 10 км2, а площадь водосборов рек-аналогов – от 30
до 35.5 км2, что является допустимым. Высоты
отличаются в среднем на 400 м.
14
г)дНеобходимо
проверить,
является
ли
естественным сток рек-аналогов.
АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОЙ
ВОДООБЕСПЕЧЕННОСТИ
1. Восстановление пропусков в исходных рядах наблюдений  расчет коэффициента
линейной парной корреляции по формуле 1, позволяющего оценить тесноту связи между
N
данными наблюдений.
r
hj
 (
i 1
x x
ji
hi
) /(n j

h
)
(1)
где rhj - коэффициент линейной парной корреляции между h и j переменными;
m – число переменных Xj;
δxji , δx
- центрированные значения h и j переменных;
j =1, 2,…,m; h = 1,2,…,m.
ji
Таблица 4 – Результаты расчетов коэффициента линейной парной корреляции
для исходных гидрологических данных
Период наблюдений
№ п/п
Река-станция
Начало
Конец
Дата пропуска
Станция - аналог
R, коэффициент
корреляции
1
р. Магдалена - 26308
1962
1984
-
-
-
2
р. Магдалена – 26514
La Agraria
3
4
р. Эслава – 26438
La Conchita
р. Буенавентура 26440
Santa Teresa
1992, 1996, 1998,
2000
26440 Santa Teresa
1986
2011
1976
1988
1984
1973
2010
1998, 2005
-0.32
26440 Santa Teresa
0.03
26514 La Agraria
-0.39
15
АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОЙ
ВОДООБЕСПЕЧЕННОСТИ
2. Оценка влияния хозяйственной деятельности на средний годовой расход 
построение интегральных кривых по формуле 2 и проверка однородности значений
выборок по критерию Стьюдента и Фишера.
j
U j =  yi
(2)
i 1
где U j - нарастающая сумма значений от начала наблюдений за каждый год;
yi – значения исходного ряда.
∑Qi, м3/с
∑Qi, м3/с
30
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
1980
25
20
15
10
5
Год
0
1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990
26308
∑Qi, м3/с
25
20
15
10
5
1990
2000
La Agraria
2010
Год
2020
0
1960
1980
2000
Год
2020
Santa Teresa
Графики интегральных кривых значений среднегодового расхода воды по
станциям
16
РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОВЕРКИ ЗНАЧЕНИЙ
НА ОДНОРОДНОСТЬ
Таблица 5 - Результаты проверки однородности средних годовых значений расходов
воды по критерию Стьюдента для ряда по станции Santa Teresa (2α=10%)
Выборка
N (число лет)
mx,
математическое
ожидание
σx, среднее
квадратическое
отклонение
I часть ряда
9
0.14
0.05
II часть ряда
17
0.09
0.05
Весь ряд
26
0.11
0.05
t
t
1.96
2.06
Таблица 6 – Результаты проверки однородности средних годовых значений расходов
воды по критерию Фишера для ряда по станции Santa Teresa (2α=10%)
N (число лет)
σ2, квадрат среднего квадратического
отклонения
I часть ряда
9
0.00373
II часть ряда
17
0.00379
Весь ряд
26
0.00393
Выборка
F
F
1.015
5.774
В качестве ряда-аналога для количественной оценки
гидрологических экоуслуг рекомендуется использовать ряд по
станции Santa Teresa
17
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОДООБЕСПЕЧЕННОСТИ
ТЕРРИТОРИИ СМСТА
Mi  S
 31536000
Wi =
L
(4)
где Wi – водообеспеченность территории в i-ый год, м3/(год×чел);
Mi – принятые значения модуля стока рассматриваемой территории, м3/(с×км2);
S – площадь рассматриваемой территории, км2;
L – численность населения, чел;
31536000 – число секунд в году.
Водообеспеченность, м3/(год×чел)
1200
минимальное значение
1000
800
600
400
200
0
1985
1990
1995
2000
2005
2010
Год
Рисунок 13 – Изменение показателя водообеспеченности на территории
Сан-Мигель и Санто-Томас Ахуско в период с 1984 по 2011 гг.
18
ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ ОКАЗАНИЯ
ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ ЭКОУСЛУГ ЗА СЧЕТ
МЕСТНЫХ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ
1) Средний существующий годовой
объем воды составляет 0.501 тыс. м3
Объем воды, тыс. м3
30000
2) Средний необходимый годовой
объем воды, исходя из
водообеспеченности
1000 м3/(год×чел), составляет
23.101 тыс. м3
25000
20000
15000
10000
5000
0
1985
1990
1995
2000
2005
2010 Год
Необходимый годовой объем воды
Существующий годовой объем воды
Рисунок 14 – Кривые значений объемов воды
Дефицит водных ресурсов за последние
10 лет (в период с 2001 по 2011 гг.) в
среднем составляет 22.602 тыс. м3.
Относительно потенциальных запасов территории необходимо отметить, что
территория коллективного хозяйства обладает в среднем 8-ью родниками с общим
расходом воды 0.085 м3/с и объемом – 2.681 тыс. м3. Исходя из вышесказанного, объем
19
существующих на территории коллективного хозяйства Сан-Мигель и Санто-Томас
Ахуско обеспечивающих гидрологических экосистемных услуг примерно в 10 раз
меньше, чем необходимый, без учета реального изъятия воды.
РАСЧЕТ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СТОКА
Таблица 8 – Координаты кривой обеспеченности для среднемесячного расхода
р. Буенавентура – ст. Santa Teresa, с 2000 по 2010 гг.
P,%
0,01
1
5
10
25
50
75
tp
4.22
2.48
1.70
1.30
0.65
-0.03 -0.69 -1.26 -1.57 -2.78
kp
2.65
1.93
1.63
1.47
1.23
0.98
xp
3.289 2.401 2.020 1.830 1.523 1.212 0.925 0.691 0.695 0.095
0.75
90
0.56
95
0.560
99,9
0.08
Промежуточные выводы.
1) Среднемесячный расход воды при 95 % обеспеченности составляет 0.695 м3/c,
что соответствует годовому объему, равному 21.918 тыс. м3, и 75 %
экологическому годовому объему воды, равному 16.438 тыс. м3.
2) Был рассчитан среднегодовой расход воды, который равен 1.241 м3/c, что
соответствует годовому объему, равному 39.136 тыс. м3.
3) Из первых двух положений следует, что реальное количество воды, допустимое
к изъятию из речной системы р. Буенавентура без нарушения ее экологического
режима, будет составлять разность между естественным и экологическим
объемами воды, то есть 22.698 тыс. м3.
20
3
4) В сумме с имеющимися запасами объем воды составит 25.379 тыс. м или в
расчете на одного человека 0.47 тыс. м3.
ВЫВОДЫ
1) Водообеспеченность в рассматриваемом районе ниже
установленного минимального уровня, равного 1000 м3/(год×чел).
2) Для обеспечения развития данного района гидрологическими
экосистемными услугами необходимы дополнительные источники
воды.
3) Для уменьшения дефицита водообеспечения необходимо
перебросить часть речного стока из реки р. Буенавентура.
4) Оценка экологического стока р. Буенавентура показала, что без
особого ущерба для экосистем и окружающей среды для переброски
может быть использовано 22.698 тыс. м3 воды, что позволит
уменьшить дефицит водообеспечения на 88 %.
5) Объем родниковых вод на территории СМСТА составляет 2.681
тыс. м3.
6) Остальной недостаток воды, вероятно, может быть восполнен за
счет подземных вод, но для этого необходимы дополнительные
объемные полевые исследования, которые включают в себя
21
следующие мероприятия.
РЕКОМЕНДАЦИИ
а) дУстановить станции государственного контроля на
участках рек Агуа Гранде (исп. Agua Grande) и Буенавентура (исп.
San Buenaventura) в рамках стационарной сети пунктов наблюдений
за естественным составом и загрязнением поверхностных вод.
б) дУстановить станции локального контроля в 14 пунктах
наблюдений, в районах замыкающих створов рек в рамках
специализированной сети наблюдений.
в) дВ пунктах наблюдений установить один створ.
г) дПункты должны относиться к 4 категории.
д)дДля наблюдений использовать третью сокращенную
программу.
е) дНаблюдения должны проводиться с периодичностью 5 раз в
год в основные периоды водного режима: во время сезона дождей –
на подъеме (апрель), пике (август), спаде (ноябрь); во время засухи
22
(февраль) и (декабрь).