Санкт-Петербург 2013

Оценка возможных гидрологических экосистемных услуг в условиях дефицита информации (на примере коллективного

хозяйства Мексики)

Министерство образования и науки Российской Федерациифедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

«РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(РГГМУ)

Шелутко В.А., Перевощикова М.В., Лукьянова Н.И.

2

АКТУАЛЬНОСТЬПроблема 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.

количественная оценка гидрологических экосистемных услуг на территории коллективного хозяйства Сан-Мигель и Санто-Томас Ахуско в условиях дефицита информации

3

ЦЕЛЬ

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 гидрологических экоуслуг.

Задачи:

4

ПРЕДМЕТ

Под экосистемными услугами понимаются те блага, которые люди получают от экосистем для поддержания жизни.

1) Обеспечивающие.2) Регулирующие.3) Поддерживающие.4) Культурные

Категории экосистемных услуг:

Гидрологические экосистемные услуги – те обеспечивающие, регулирующие, поддерживающие и культурные экосистемные услуги, которые связаны с водой.

Категории ЭУ

ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ ЭКОСИСТЕМНЫЕ УСЛУГИ

1. Оценка водообеспеченности рассматриваемого района;

2. Оценка возможности восполнения дефицита воды;3. Анализ экологических последствий интенсификации

использования местных водных ресурсов;4. Анализ возможностей переброски водных ресурсов из

других районов для восполнения дефицита водопотребления;

5. Анализ экологических последствий изъятия воды в этих и других районах. 5

6

ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ

Рисунок 2 – Схема расположения коллективного хозяйства Сан-Мигель и Санто-Томас Ахуско (исп.

San Muguel y Santo Tomas Ajusco)

1) Площадь составляет 76.2 км2.

2) Относится к Зоне Сохранения (2000 г.)

Краткая характеристика объекта

7

ГИДРОГРАФИЧЕСКАЯ СЕТЬ

Рисунок 3 – Гидрографическая сеть Мексики

Рисунок 4 – Гидрографическая сеть района Тлалпан

ГАО-XIII.26 Гидрологическому региону.

Территория исследования относится к:

8

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

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.

2.2. Данные, полученные в результате проведения Данные, полученные в результате проведения полевых исследований полевых исследований

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 физико-химическими – температура воды, pH, электрическая проводимость, содержание солей NaCl, содержание растворенных веществ в воде.

1.1. Данные стационарных наблюдений, полученныеДанные стационарных наблюдений, полученные из структурных организацийиз структурных организаций

9

ПОЛЕВЫЕ РАБОТЫ

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 Ахуско.

Рисунок 5 – Расположение пунктов наблюдений, 2012 г.

Рисунок 6 – Проведение полевых работ, октябрь 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.

10

СТАЦИОНАРНЫЕ ПУНКТЫ

Рисунок 7 – Схема расположения метеорологических и гидрологических станций в

районе Тлалпан

Гидрологические:1. 26308.2. La Agraria.3. La Conchita.4. Santa Teresa.

Метеорологические:1. Calvario 61.2. Desviacion Alta al Pedregal.3. El Guarda.4. San Francisco Tlalnepantla5. Campamento los Berros

Гидрохимические:1. №52. №113. №16

11

АНАЛИЗ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

№ п/п

Номер станции

Название станции Муниципалитет Высота, мНачало и конец

наблюдений, месяц - год

Количество лет наблюдений

1 9004 Calvario 61 Tlalpan 272601 197005 2010

40.4

2 9020Desviacion Alta al Pedragal

Tlalpan 229601 195211 2010

58.9

3 9022 El Guarda Tlalpan 299001 196106 2009

48.5

4 9041San Francisco Tlalnepantla

Xochimilco 262001 196110 2010

49.8

5 15265Campamento los Berros

Villa de Allende 325401 198108 2010

29.7

Таблица 1 – Характеристика метеорологических станций, принятых для анализа

Рисунок 8 – Изменение среднегодового количества осадков по станции Calvario 61,

с 1970 по 2010 гг.

Рисунок 9 – Изменение среднемесячного количества осадков по станции Calvario 61,

с 1970 по 2010 гг.

12

АНАЛИЗ ИСХОДНЫХ ДАННЫХТаблица 2 – Краткая характеристика гидрологических станций

Рисунок 11 – Изменение среднемесячного расхода по станции

La Conchita, с 1976 по1988 гг.

Рисунок 10 – Изменение среднегодового расхода по станции

La Conchita, с 1976 по 1988 гг.

№ п/п Номер станции Название станцииСтатистический

период, годы

Пропуски в наблюдениях,

год

Полное отсутствие данных, год

1 26308 - 1962-1984 - -

2 26514 La Agraria 1986-2011 1991, 1993 1992, 1996, 1998, 2000

3 26438 La Conchita 1976-19881992, 1996, 1999-2002

1984

4 26440 Santa Teresa 1973-2010 - 1988, 2005

0

13

АНАЛИЗ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ

Рисунок 12 – Расположение станций гидрохимического мониторинга в

районе Тлалпан, 2004 г.

Год5 станция 11 станция

БПК5 ХПК РВ БПК5 ХПК РТВ

2004 хор хор отл отл

2010 хор хор хор отл отл хор

16 станция

БПК5 ХПК РВзагр оч загр

загр оч загр 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;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.

Таблица 3 – Характеристика качества воды в районе Тлалпан

14

АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ПО ГИДРОЛОГИЧЕСКИМ

ЭКОУСЛУГАМВ 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.

г)дНеобходимо проверить, является ли естественным сток рек-аналогов.

15

АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОЙ ВОДООБЕСПЕЧЕННОСТИ

)/()(1

hjhiji

N

ihj nxxr

1. Восстановление пропусков в исходных рядах наблюдений расчет коэффициента линейной парной корреляции по формуле 1, позволяющего оценить тесноту связи между данными наблюдений.

где rhj - коэффициент линейной парной корреляции между h и j переменными; m – число переменных Xj;

δxji , δxji - центрированные значения h и j переменных; j =1, 2,…,m; h = 1,2,…,m.

(1)

№ п/п Река-станция

Период наблюдений

Дата пропуска Станция - аналогR, коэффициент

корреляцииНачало Конец1 р. Магдалена - 26308 1962 1984 - - -

2р. Магдалена – 26514 La Agraria 1986 2011

1992, 1996, 1998, 2000 26440 Santa Teresa -0.32

3р. Эслава – 26438 La Conchita 1976 1988 1984 26440 Santa Teresa 0.03

4

р. Буенавентура - 26440 Santa Teresa 1973 2010 1998, 2005 26514 La Agraria -0.39

Таблица 4 – Результаты расчетов коэффициента линейной парной корреляции для исходных гидрологических данных

16

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.

U j

j

iiy

1=

где U j - нарастающая сумма значений от начала наблюдений за каждый год;

yi – значения исходного ряда.

26308Графики интегральных кривых значений среднегодового расхода воды по

станциям

La Agraria Santa Teresa

(2)

17

Выборка N (число лет)mx, математическое ожидание

σx, среднее квадратическое отклонение

I часть ряда 9 0.14 0.05

1.96 2.06II часть ряда 17 0.09 0.05

Весь ряд 26 0.11 0.05

t t

Таблица 5 - Результаты проверки однородности средних годовых значений расходов воды по критерию Стьюдента для ряда по станции Santa Teresa (2α=10%)

РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОВЕРКИ ЗНАЧЕНИЙ НА ОДНОРОДНОСТЬ

Таблица 6 – Результаты проверки однородности средних годовых значений расходов воды по критерию Фишера для ряда по станции Santa Teresa (2α=10%)

Выборка N (число лет)σ2, квадрат среднего

квадратического отклонения

I часть ряда 9 0.00373

1.015 5.774II часть ряда 17 0.00379

Весь ряд 26 0.00393

F F

В качестве ряда-аналога для количественной оценки гидрологических экоуслуг рекомендуется использовать ряд по станции Santa Teresa

18

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОДООБЕСПЕЧЕННОСТИ ТЕРРИТОРИИ СМСТА

31536000L

SMiWi =

Mi – принятые значения модуля стока рассматриваемой территории, м3/(с×км2);S – площадь рассматриваемой территории, км2;L – численность населения, чел;31536000 – число секунд в году.

Рисунок 13 – Изменение показателя водообеспеченности на территории Сан-Мигель и Санто-Томас Ахуско в период с 1984 по 2011 гг.

(4)

где Wi – водообеспеченность территории в i-ый год, м3/(год×чел);

19

ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ ОКАЗАНИЯ ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ ЭКОУСЛУГ ЗА СЧЕТ

МЕСТНЫХ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ

Рисунок 14 – Кривые значений объемов воды

Дефицит водных ресурсов за последние10 лет (в период с 2001 по 2011 гг.) в среднем составляет 22.602 тыс. м3.

1) Средний существующий годовой объем воды составляет 0.501 тыс. м3 2) Средний необходимый годовой объем воды, исходя из водообеспеченности 1000 м3/(год×чел), составляет 23.101 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 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.

20

P,% 0,01 1 5 10 25 50 75 90 95 99,9

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 0.75 0.560.56

00.08

xp

3.28

9

2.40

1

2.02

0

1.83

0

1.52

3

1.21

2

0.92

5

0.69

1

0.69

5

0.09

5

Таблица 8 – Координаты кривой обеспеченности для среднемесячного расхода р. Буенавентура – ст. Santa Teresa, с 2000 по 2010 гг.

РАСЧЕТ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СТОКА

4) В сумме с имеющимися запасами объем воды составит 25.379 тыс. м3 или в расчете на одного человека 0.47 тыс. м3.

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.

Промежуточные выводы.

21

ВЫВОДЫ1) 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 следующие мероприятия.

22

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 (февраль) и (декабрь).