Водогосподарський баланс як засіб оптимізації проблем водоспоживання і водовідведення у річкових басейнах

Размещено на http://www.allbest.ru

Чернівецький національний університет

імені Юрія Федьковича

11.00.11 - Конструктивна географія та раціональне використання природних ресурсів

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата географічних наук

Водогосподарський баланс як засіб оптимізації проблем водоспоживання і водовідведення у річкових басейнах

Цепенда Михайло Володимирович

Чернівці - 2002

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Чернівецькому національному університеті імені Юрія Федьковича Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник - доктор географічних наук, професор Кирилюк Мирослав Іванович, Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича, завідувач кафедри гідроекології, водопостачання та водовідведення

Офіційні опоненти : доктор географічних наук, професор Ковальчук Іван Платонович - завідувач кафедри конструктивної географії і картографії Львівського національного університету імені Івана Франка кандидат географічних наук, доцент Корбутяк Михайло Васильович, Український університет водного господарства та природокористування, професор

Провідна установа - Одеський національний університет імені І.І.Мечникова, Міністерство освіти і науки України, м. Одеса

Захист відбудеться 6 листопада 2002 року о 11 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К. 76.051.04 у Чернівецькому національному університеті імені Юрія Федьковича: 58012, м. Чернівці, вул. Коцюбинського, 2, к. IV, ауд. 24.

З дисертацією можна ознайомитися у науковій бібліотеці Чернівецького національного університету імені Юрія Федьковича (58012, м. Чернівці, вул. Лесі Українки, 23).

Автореферат розісланий 19 вересня 2002 року

Вчений секретар

спеціалізованої вченої радиРибак І.П.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. В умовах різко зростаючого антропогенного впливу на природне середовище басейн річки є найбільш обґрунтованою просторовою одиницею, в межах якої здійснюється оцінка водноресурсного потенціалу, визначаються середні або екстремальні значення різноманітних гідрологічних характеристик, їх розподіл у просторі і часі на певну перспективу. У багатьох річкових басейнах сьогодні спостерігається дефіцит водних ресурсів внаслідок підвищеного попиту на них, що змушує шукати оптимальні шляхи відтворення і розподілу водних ресурсів між споживачами. Актуальність оптимізації водокористування у річкових басейнах зумовлена поширенням багатьох водоємких виробництв, екстенсивним розвитком водного господарства та якісним виснаженням водних ресурсів.

Основна частка стоку ріки Дністер формується його карпатськими та подільськими притоками, тому дані про величини середнього і мінімального стоку, об'єми відборів поверхневих і підземних вод, обсяги відведення стічних і забруднених вод, санітарні й екологічні об'єми води та вільні залишки водних ресурсів згаданих рік становлять великий інтерес. Сьогодні вони необхідні для розв'язання ряду завдань, пов'язаних із структурою і динамікою водогосподарських комплексів у межах гірсько-передгірних і рівнинних басейнів, оцінкою кількісного і якісного виснаження їх поверхневих і підземних вод, аналізом ефективності оптимізаційних заходів, вибором раціональних і економічних варіантів водокористування тощо.

У зв'язку із вищевикладеним на особливу увагу заслуговують питання уточнення розрахункових значень середнього і мінімального стоку досліджуваних річок із врахуванням даних спостережень до 2000 року включно; аналіз динаміки відборів поверхневого і підземного стоку, скидів зворотних, в т.ч. і забруднених, вод за період 1986-2000 років на всіх водозборах; обґрунтування і розмежування понять екологічної та санітарної витрат води, визначення їх значень для кожної річки та порівняльний аналіз із природним стоком; встановлення надлишків або дефіцитів води з метою виявлення річок із напруженою екологічною ситуацією у різних за водністю роках; вивчення взаємозв'язків між екологічною ситуацією та водокористуванням у басейнах річок з метою вироблення рекомендацій для її стабілізації

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження за темою дисертації проводились згідно наукової тематики кафедр географічного факультету Чернівецького національного університету ім. Юрія Федьковича. Результати досліджень стали складовою частиною звітів з науково-дослідних тем кафедри географії і картографії України №50-82 "Географічні особливості використання і відтворення природних ресурсів району Прикарпаття" (номер державної реєстрації 019U028037), кафедри економічної географії та екологічного менеджменту "Розробка наукових основ менеджменту природоохоронної діяльності" (номер державної реєстрації 0199U001888). Частина роботи увійшла як окрема складова до державної науково-дослідної теми №49.81 "Ландшафтно-екологічні основи вирішення проблеми раціонального природокористування і охорони навколишнього середовища" (номер державної реєстрації 0193U027238) та до науково-дослідної роботи №48-02 "Оцінка середньорічного і мінімального стоку рік басейнів Дністра і Прута з метою уточнення санітарних витрат води" (перебуває на державній реєстрації), яка виконана і передана на замовлення Чернівецької облдержадміністрації.

Мета і завдання дослідження Метою дисертаційної роботи є кількісне визначення вільних водних ресурсів гірсько-передгірних і рівнинних допливів Дністра, еколого-географічна оцінка останніх з позицій забезпечення їх санітарного та екологічного стоку, розробка основних шляхів екологічної оптимізації водокористування і водовідведення у їх басейнах. У зв'язку з цим необхідно розв'язати наступні завдання:

-уточнити значення норми стоку досліджуваних річок за весь період спостережень до 2000 року включно із врахуванням її циклічних коливань та порівняти їх із попередніми оцінками;

-визначити об'єми середнього стоку різної забезпеченості (Р = 50-95%) у 56 гідрометричних створах і в гирлах 21 річки;

-визначити мінімальний середньомісячний і середньодобовий стік за рік і теплий сезон у тих же створах за той же період;

-оцінити частоту повторюваності мінімальних витрат води по місяцях впродовж року і вегетаційного періоду у випадках;

-проаналізувати еколого-географічні проблеми водоспоживання і водовідведення у досліджуваних басейнах;

-проаналізувати вплив водогосподарських комплексів на кількісний і якісний стан поверхневих і підземних водних ресурсів;

-дати оцінку санітарного та екологічного стоку і встановити надлишки або дефіцити водних ресурсів, що виникають при задоволенні вимог екологічного благополуччя річок у різні за водністю роки та в лімітному місяці;

-обґрунтувати основні шляхи усунення диспропорцій.

Об'єктом досліджень у роботі виступає водно-ресурсний потенціал карпатських і подільських допливів Дністра до гирла Калюса включно в умовах різної водності та антропогенного впливу.

Предметом досліджень є процеси і чинники природного та антропогенного характеру, що впливають на формування середнього і мінімального стоку цих рік, на якість водних ресурсів та визначають їх санітарний стан і умови подальшого використання.

Методологія та методи досліджень. Методологічною основою дослідження виступають діалектико-матеріалістичний та системний підходи до аналізу водних ресурсів річкових водозборів, концептуальні підходи вітчизняних і зарубіжних вчених, що вивчали дане питання, положення Водного Кодексу і Концепції стабільного розвитку водного господарства України, її Конституція, державні акти Верховної Ради і Уряду в галузі раціонального водокористування.

У роботі використані порівняльно-географічний, балансовий, статистичний, картографічний, математичне моделювання, комп'ютерне моделювання, районування, архівний, літературний, аналогії та інші методи географічних досліджень.

За теоретико-методичну основу дослідження прийнято наукові розробки російських вчених В.Г.Андреянова, А.Н.Владімірова, К.П.Воскресенського, І.П.Дружиніна, С.Л.Вендрова, В.П.Захарова, Г.В.Воропаєва, П.С.Кузіна М.Л.Львовича, М.Ф.Менкеля, С.Н.Кріцкого, Н.А.Картвелішвілі, Н.І.Коронкевича, В.І.Рутковського, В.Т.Турчиновича, Ш.Ч.Чокіна, І.А.Шикломанова та вітчизняних П.Ф.Вишневського, Л.М.Горєва, М.І.Кирилюка, І.П.Ковальчука С.С.Левківського, К.О.Лисенко, Я.О.Мольчака, М.М.Паламарчука, В.І.Пелешенка, С.М.Перехреста, О.З.Ревери, Л.Г.Руденка, М.Н.Сусідко, Я.А.Фоменка, В.К.Хільчевського, Г.І.Швеця, А.І.Шерешевського, А.В.Яцика та інших провідних науковців. Дисертація виконана на основі аналізу первинних статистичних і відомчих матеріалів Гідрометкому України, Держкомводгоспу, Дністровського басейнового управління та інших організацій, фондових матеріалів географічного факультету ЧНУ тощо.

Наукова новизна одержаних результатів.

-уперше визначені екологічні об'єми води досліджуваних річок із врахуванням 20-кратного розведення забруднених вод та встановлений розподіл по території вільних надлишків води або ж їх дефіцитів у різні за водністю роки;

-використання більш тривалого періоду спостережень станом на 2000 рік дозволило уточнити значення середнього і мінімального стоку у 56 гідрометричних створах порівняно із попередніми оцінками та оновити імовірнісні характеристики середнього і мінімального стоку;

-отримані кількісні оцінки зміни стоку на досліджуваній території під впливом деяких чинників господарської діяльності та природних чинників;

-виконаний аналіз динаміки коливань відборів поверхневого, підземного і сумарного стоку та водовідведення по кожному водозбору зокрема і загалом у межах гірсько-передгірної і рівнинної території за період 1986-2000 років;

-обґрунтована потреба збільшення величин санітарних витрат води в умовах зростаючого антропогенного впливу та виконаний їх порівняльний аналіз із результуючими частинами водогосподарських балансів кожної річки.

Практичне значення одержаних результатів. Отримані в дисертації уточнені величини середнього і мінімального стоку, забезпечені їх значення у роках різної водності, об'єми екологічних дефіцитів води можуть бути використані структурами Мінекології і природних ресурсів, організаціями системи водного господарства, комунального господарства, у науковій роботі в якості довідкових матеріалів по водних ресурсах досліджуваного регіону, у навчальній роботі із студентами, які вивчають водні ресурси гірських і рівнинних приток Дністра. Сьогодні матеріали дисертаційного дослідження використовуються у навчальному процесі на географічному факультеті ЧНУ, при написанні курсових і дипломних робіт тощо.

Особистий внесок здобувача полягає у зборі первинних матеріалів, їх систематизації, опрацюванні та аналізі; складанні таблиць, діаграм, рисунків, карт для вивчення розподілу водноресурсного потенціалу по території, його забруднення та екологічної оцінки за допомогою методу водогосподарського балансу. Питання санітарного стану досліджуваних річок, якісної та гідрохімічної оцінки їх водних ресурсів розглянуті у роботах (2, 7, 13, 14). Проблеми кількісної оцінки водноресурсного потенціалу та його охорони в умовах стабільного розвитку території розглянуті у працях (1, 3, 6, 15). Методичні засади використання різних видів водогосподарських балансів для оцінки екологічної ситуації та антропогенних впливів у річкових басейнах розглянуті у (4).

Апробація результатів дослідження. Основні теоретичні, методологічні, методичні та практичні результати дисертаційної роботи доповідались і обговорювались на VІ республіканській науковій конференції (Чернівці, 1987), Міжнародній науковій конференції "Навколишнє середовище і здоров'я" (Чернівці, 1993), Науковій конференції до 120-річчя заснування ЧДУ (Чернівці, 1995), науково-методологічній конференції "Українське Полісся: вчора, сьогодні, завтра" (Луцьк, 1998), Всеукраїнській науковій конференції "Ландшафт як інтегруюча концепція ХХІ століття" (Київ, 1999), науковій конференції в честь 50-річчя кафедри гідрології і гідрохімії (Київ, 1999), ІІ Всеукраїнській науково-методичній конференції з ПРП (Чернівці, 2000), VІІІ з'їзді Українського географічного товариства (Луцьк, 2000), на наукових семінарах кафедр географії і картографії України та економічної географії і екологічного менеджменту (1995-2001).

Публікації. За темою дисертаційної роботи опубліковано 15 наукових праць, з яких 9 статей, в т.ч. 4 - у виданнях, які рекомендовані ВАК України.

Об'єм і структура дисертації. Робота складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаної літератури та додатків. Дисертація викладена на 268 сторінках, з яких 144 - основний текст, і містить 41 рисунок, 48 таблиць, 36 додатків. Список використаних джерел нараховує 172 найменування.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

1. Стан проблеми, методологія і методика складання та розрахунку водогосподарського балансу. Перехід нашої держави до засад ринкової економіки зумовлює зміни у системі управління водними ресурсами, дотримання режиму їх економії і раціонального використання, запобігання забрудненню та забезпечення всебічної їх охорони, що можливе при переведенні цієї системи, як це передбачено Водним кодексом України, на басейновий принцип управління. Водогосподарське будівництво потребує значних затрат фінансів і часу, економія яких можлива при завчасному прогнозуванні змін, що можуть відбутись у водному режимі рік на перспективу найближчих 10-20 років. Досягнення зазначених вимог можливе в рамках дослідження водогосподарських балансів (ВГБ), які є складовою частиною теорії водного балансу. Методичні основи складання і розрахунку ВГБ річкових басейнів розробляли І.Кузнєцов (1961), С.Кріцкий і М.Менкель (1964), В.Захаров і Ч.Чокін (1964), А.Грін і Н.Коронкевич (1968), І.Мечітов і М.Гершкович (1970), М.Львович (1974), Н.Зарубаєв (1976), С.Вендров (1979), Г.Воропаєв (1987) та ряд інших. Методологічною основою ВГБ виступають принципи порівнювання, системності, аналогії і географічної інтерполяції. Залежно від проблеми, що розв'язується і проміжку часу, за який складається ВГБ, розрізняють такі їх типи: звітні, оперативні, планові, перспективні, попередні і підсумкові. ВГБ складають із урахуванням розрахункової забезпеченості, яка залежно від необхідної надійності постачання водоспоживачів приймається у межах 75-99%. Для розрахунків ВГБ досліджуваних річок використане рівняння, що було запропоноване В.Захаровим і Ш.Чокіним (1964) і доповнене М.Кирилюком (2001). З метою розв'язання поставлених завдань воно було модернізоване нами із виділенням екологічного об'єму Wек. та санітарного об'єму Wсан.:

. (1)

Головними прибутковими елементами є річковий стік у басейні Wбс та скидні води Wвдв. Головними витратними елементами є відбір води з поверхневих джерел Wр та підземних горизонтів Wпг, якщо останні гідравлічно зв'язані із річковими водами. До них належать також потреби води на поповнення корисного об'єму водосховищ Wвсх, для санітарного об'єму Wсан. Перекидання води в інші басейни чи навпаки, оцінюється як . Член оцінений шляхом приведення середньорічного побутового стоку до природного за багаторічний період й увійшов складовою частиною у значення Wбс. Результуюча частина W0 ВГБ представляє надлишок води або ж, навпаки, її нестачу для резервування екологічного об'єму. Останній визначений за формулою

Wек = 20Wзабр (2)

де Wзабр - об'єм забруднених скидних вод; 20 - кратність їх розведення, кількість разів.

Розрахунки виконані для 8 гірсько-передгірних і 13 рівнинних допливів Дністра до річки Калюс включно, площі водозборів яких відповідно займають 35 і 65% досліджуваної території.

2. Водні ресурси досліджуваних річкових водозборів. На досліджуваній території різні автори на різних річках визначали норму стоку станом на 1962, 1975, 1980, 1992 і 1995 роки, однак жодне дослідження не охопило повністю 56 розрахункових створів. В якості опорних вибрані створи Заліщики і Галич на Дністрі та Чортків на Сереті, де найдовші ряди спостережень, і в яких норма стоку визначена з урахуванням циклічних коливань водності за допомогою хронологічних графіків та різницевих інтегральних кривих стоку (рис. 1 і 2). Останній метод допоміг обґрунтувати визначення норми стоку в опорних створах та встановити репрезентативний період (1955-1999), що був використаний для її визначення в 20 розрахункових створах інших рік, в яких значення її відносної середньоквадратичної похибки dQ більше 5%. Аналіз інтегральних кривих у 56 створах показав, що встановлення єдиного репрезентативного періоду для гірських і рівнинних річок є проблематичним внаслідок впливу зарегульованості, карсту, іншої господарської діяльності на водозборах, на що звертають увагу також П.Вишневський та А.Шерешевський (1997). Найбільші, найменші і середні багаторічні модулі у горах підпорядковані закону вертикальної зональності і відповідно змінюються від 58-57, 16-10 і 34 л/с з 1 км2 у верхів'ях річок до 16, 3,0 і 7,3 л/с з 1 км2 у басейні Ворони. Рівнинні притоки за розподілом середніх модулів утворюють західну і східну області - річки, що стікають з Гологорів до Стрипи включно та річки між Серетом і Калюсом. У першій модулі у верхів'ях рік менші, ніж у нижній течії (за винятком Гнилої Липи); у другій картина зворотна, що зумовлене дренуванням потужних водоносних горизонтів різними ділянками долин рік. Розрахунки показали зростання величин норм стоку у 2000 році проти 1962, в якому стік був визначений у 47 із теперішніх 56 створів. На рівнині він не змінився лише у двох створах, на інших зріс на 5,1-50%, а на Нічлаві - на 73,8%. У верхів'ях гірських річок стік практично не змінився на 37,5% постів (у басейні Стрия та двох його приток навіть зменшився на 5,3-6,8%), на решті постів зростання сягнуло 20,1-44,6%. Збільшення норми стоку на території до кінця століття зумовлене подовженням стокових рядів та більш обґрунтованим вибором аналогів; циклічними коливаннями водності, що збігається із дослідженнями П.Вишневського та А.Шерешевського (1997), а також, як вказує В.Котляков із співавторами (1995), внаслідок багаторічного ущільнення ґрунтів важкою технікою, їх деградації, зниження рівня агротехніки у землеробських районах Руської рівнини в останні роки.

Середній стік різної забезпеченості отриманий шляхом побудови емпіричних кривих забезпеченості в кожному створі та підбором до них теоретичних кривих з метою екстраполяції стокових даних за межі емпіричного ряду. Найкращого співпадіння емпіричних і теоретичних кривих на переважній більшості постів досягнуто при застосуванні біноміальної кривої із використанням графоаналітичного способу Г.А.Алексєєва (1976).

При розрахунках ВГБ річкових басейнів важливу роль відіграє мінімальний стік. У роботі визначені середньомісячні і середньодобові витрати води за теплий і холодний періоди та за рік. За розрахункові прийняті величини мінімального середньомісячного стоку за теплий (вегетаційний) період, за розподілом яких в горах виділяються три області - річки, що стікають з Бескидів; верхів'я Лімниці, Свічі і Бистриці; нижні частини їх басейнів та передгірні річки. У першій їх значення змінюються від 9,96-8,40 у верхів'ях до 3,59-4,56 л/с з 1 км2 у низов'ях рік Найбільші модулі у верхів'ях Лімниці і Свічі (17,8-13,6) та обох Бистриць (12,5-10,0 л/с з 1 км2 ) До їх гирл значення модулів спадають до 7,33-4,40, а в передгір'ях сягають 3,19-2,16 л/с з 1 км2. На рівнині розподіл модулів пов'язаний із різним заляганням основних водонасичених порід - між Гнилою Липою і Стрипою включно модулі зростають від витоків до гирла, далі на схід і південний схід їх значення поступово зменшуються - 3,95 (Коропець), 3,22 (Чортків), 2,87 (Завалля) л/с з 1 км2 . У басейнах Жванчика і Смотрича відбувається подальше їх зменшення як у східному напрямку, так і від витоків до гирла - відповідно 1,69-2,03 і 1,59-1,63 л/с з 1 км2. У верхній і середній течії Ушиці модулі зростають до 2,5, у нижній спадають до 1,55 сягнувши 1,87 л/с з 1 км2 на річці Калюс.

Для оцінки найбільш несприятливого у забезпеченні водними ресурсами місяця року (сезону), а також сезону по кожному посту вибрані щорічні найменші значення стоку і визначена частка їх присутності у відсотках від усього періоду. Встановлено, що в горах і на рівнині впродовж року лімітним місяцем виступає січень; на рівнині до нього приєднуються грудень, листопад, серпень і липень. Лімітним місяцем теплого періоду у горах і на рівнині є жовтень; на рівнині друге місце за повторюваністю займає серпень.

Мінімальний стік різної забезпеченості визначений за тією ж методикою, що й середній стік, із використанням емпіричних і теоретичних кривих забезпеченості. Оскільки для потреб ВГБ потрібні значення мінімального стоку 95% забезпеченості, досліджені зв'язки його модулів М95% з площею водозбору (F), його середньою висотою (Нср.), абсолютними відмітками врізу русел річок (Нвр.) та обґрунтовані можливості їх використання для визначення мінімального середньомісячного стоку вегетаційного періоду 95% забезпеченості у гирлах річок.

3. Водоспоживання і водовідведення у досліджуваних басейнах. Відбір сумарного стоку на досліджуваній території коливався у межах 750-700 млн. м3, сягнувши максимуму у 1989-90 роках. Найбільші темпи його падіння спостерігались у 1997 (11,4%) і 1993 (9%) роках, а також у 1998 і 1999 роках - 6,8 і 7,0%. Найбільші відбори сумарного стоку (83,5-88,9%) зосереджені в трьох гірських басейнах (Стрия, Лімниці і Бистриці) та чотирьох рівнинних (Серету, Гнилої Липи, Збруча і Смотрича) - 77-85,1%. Порівняно із 1990, у 2000 році його відбори в регіонах зменшились на 195 і 234 млн. м3 або в 1,5 та 2,4 раза. Найбільше поверхневого стоку відбирається у гірських басейнах Бистриці, Лімниці і Стрия та Гнилої Липи на рівнині, однак з 1998 року в останньому регіоні його відбір значно скоротився, зокрема, на річках Серет і Збруч у 2,6 і 4,1 рази. У басейні Стрия відбирається 65-70% підземних вод гірського регіону, а разом із Бистрицею Тисменицькою - понад 80%; у басейні Серету - більше половини вод рівнинного регіону. У басейнах Стрия і Бистриці пріоритетну роль у відборі сумарного стоку відіграє житлово-комунальне господарство, у басейні Лімниці - промисловість. У першому басейні пріоритетна галузь базується, в основному, на використанні підземних вод; у двох наступних - поверхневих. На Гнилій Липі у відборі сумарних водних ресурсів домінує промисловість; на Збручі і Смотричі - сільське господарство; на Сереті - житлово-комунальне господарство (з 1995 року) на базі виключно підземних вод. У гірському регіоні абсолютним лідером у відборі сумарного стоку є житлово-комунальна сфера, в якій його коливання за звітний період були найменшими - 2-20%, в той час як у промисловості його об'єми зменшились у 2,5 рази, у сільському господарстві - у 5,3 рази, в інших галузях - у 2,1 рази. На рівнині відбувся перехід від переважаючого відбору сумарного стоку для сільського господарства (75-71%) у 1986-1996 роках до відбору змішаного типу в кінці століття, коли жодна з галузей не змогла перейти поріг 50%. За споживанням свіжої води провідне місце у регіонах займають річки із найбільшими відборами сумарного стоку. До 1995 року розрив у споживанні води між регіонами був у межах 7,3-22,2% на користь першого, але до кінця століття він зріс в 1,8-1,9 рази. Внаслідок економічних причин використання свіжої води в районі скоротилось у 2,2 раза. Максимальні величини безповоротних втрат води характерні для річок із найбільшим її споживанням. У 1995 році безповоротне водоспоживання в обох регіонах було майже співмірним, але з 1998 року його об'єми на рівнині зменшились у 2,1-2,7 разів. Загалом по району його об'єми скоротились із найбільших у 1990 до найменших у 2000 році (227,4 і 148 млн. м3) або у 1,5 раза. Оборотне і повторне використання води на рівнині у різні роки вище гірського у 2-3,8 рази. У басейні Гнилої Липи його обсяги весь час перевищували 60% від показника на всій території, що пов'язано із роботою Бурштинської ДРЕС. Басейн Лімниці із підприємствами Калуського промислового вузла, в т.ч. й концерном "Оріаною", є лідером у гірському регіоні, в якому, загалом, воно скоротилось у 2,4 раза (1045 і 442 млн. м3). У межах всієї досліджуваної території його обсяги зменшились у 3,5 раза (3137 і 890 млн. м3). За об'ємами водовідведення у своїх регіонах домінують річки із найбільшими відборами сумарного стоку. У першому об'єм скидних вод у кінці століття, порівняно із 1990 роком, зріс на 12,2-7,5%; у другому, навпаки, зменшився у 2,2-2,4 рази, а загалом по території скоротився на 14,5-10,3%. Сьогодні майже повністю забрудненими є всі скидні води, що поступають у Бистрицю; понад 80% - у Стрвяж, понад 75% - у Ворону; на рівнині цілком або майже повністю забруднені скидні води потрапляють у Жванчик, Мукшу, Калюс і Ушицю, більше половини - у Стрипу, близько третини - у Золоту Липу, Коропець і Нічлаву. Понад 90% забруднених вод регіону скидається на очисні споруди Стрия і Бистриці Тисменицької; у рівнинному регіоні протягом 1995-1998 років у Серет, Збруч і Смотрич загалом скидалось 72-74% його забруднених вод. У 1999 році до них приєдналась Гнила Липа, яка стала найбільшим їх приймачем в регіоні (38,9%), а частка чотирьох названих рік зросла до 78%. Ефективно діючі очисні споруди є тільки на Бистриці Тисменицькій і Стрию, де забруднені води очищаються на 99 і 90%; на Лімниці і Свічі їх потужності використовуються наполовину і менше, а на Стрв'яжі, Вороні, Лукві і Бистриці вони не діють. Серед рівнинних річок найвища їх ефективність на Сереті (понад 60%), Збручі і Смотричі (36-47 і 34-36%), Золотій Липі і Стрипі (14-14,9%), на інших ріках менша 10%, а на Жванчику, Мукші і Калюсі - нульова. Потужності очисних споруд на рівнинних водозборах в кінці століття у 4 рази менші ніж на гірських (94,5 і 402 млн. м3). У межах кожного регіону, як і всієї території загалом, 80% їх у кінці століття зосереджені у житлово-комунальній сфері.

4. Водогосподарські баланси річкових водозборів та їх аналіз.

Прибуткова частина ВГБ визначена у двох варіантах (використані найбільші і найменші об'єми скидних вод за звітний період), розбіжність між якими на різних річках сягає 13% у горах і 22% на рівнині; її стік у першому регіоні більший, ніж в другому у 2,1-1,8 разів в розрахункових та 2,3-1,5 разів у реальних роках, а найбільші об'єми в гостропосушливому році мають Стрий (1126 млн. м3) та Серет (393 млн. м3). Норма стоку у гирлах річок визначена через відношення площ вивченої і невивченої частин водозбору із поправкою на їх різницю. Частка скидних вод, другого елемента прибуткової частини ВГБ, найбільша на Бистриці Тисменицькій, Стрию, Бистриці, Вороні та Гнилій Липі, Сереті, Смотричі і Свіржі.

Видаткова частина ВГБ представлена найбільшими і найменшими відборами поверхневого та підземного стоку за звітний період, потребами води для поповнення ставків і водосховищ та санітарними об'єми води. В якості останніх прийняті багаторічні мінімальні середньомісячні об'єми 95% забезпеченості за вегетаційний період, які у гирлах рік визначені за зв'язками М95% = f(F); f(Нвр.); f(Нср.) та за гідрологічною аналогією. Рівнинні річки загалом, порівняно із гірськими, внаслідок більшої частки підземного живлення, мають більші запаси (в 1,4 раза) мінімального розрахункового стоку, в той час як аналогічні значення середнього стоку на них менші в 1,8 раза. Водні ресурси видаткової частини ВГБ рівнинних рік в обох варіантах розрахунку у різних за водністю роках більші, ніж на гірських, в 1,06-1,18 разів, що вказує на практично однакові обсяги їх видатків. У 2000 році, порівняно із 1990, загалом у горах вони зменшилися на 13,7%, на рівнині - на 18,4%, хоча на окремих гірських ріках скорочення сягнуло 26%, а на рівнинних - понад 30%.

Результуюча частина ВГБ гірських басейнів у першому варіанті розрахунку дещо менша, ніж в другому; на рівнині різниця між ними більш помітна. Її об'єми в горах більші ніж на рівнині в різні за водністю роки у 4-6,9, а в лімітному місяці-у 24,3 рази. В першому регіоні вона набуває від'ємних значень тільки у лімітному місяці на Лімниці, Бистриці і Вороні; у другому - в гостропосушливому році на Нічлаві й Ушиці та реальному 1990 - на Гнилій Липі, Жванчику і Ушиці, загалом не погіршуючи санітарних умов. У лімітному місяці останні порушені на шести річках регіону, на чотирьох з яких дефіцит води перевищує 30%, а на Гнилій Липі - 67,3% від обсягів їх прибуткових частин. Екологічні об'єми визначені із розрахунку 20-кратного розведення забруднених вод свіжою водою, потреби в якій покриваються за рахунок результуючої частини ВГБ. При відновленні скидів забруднених вод на рівні максимальних (перший варіант) виникнуть екологічні дефіцити на Бистриці, Лімниці, Вороні, Бистриці Тисменицькій та більшості рівнинних рік. Загалом, їх величини в першому регіоні, порівняно із рівнинним, більші в розрахункових роках у 6,2-4,0, реальному 1990 - 20,6, лімітному місяці - у 4,6 разів внаслідок більших скидів забруднених вод. У другому варіанті розрахунку їх значення набагато менші - у 96-24 разів і виникають тільки на деяких рівнинних ріках у посушливих роках.

Надлишки води зі всієї території можуть перекрити суму екологічних дефіцитів на ній лише у маловодному році, в інших роках це неможливо; у лімітному місяці - тільки на гірських ріках, на рівнині ж, де дефіцит перевищує надлишок у 2,6 разів, ця умова не виконується. Виправити становище можна залученням додаткових водних ресурсів з-за меж території, істотним зменшенням скидів забруднених вод та збільшенням об'ємів їх очистки на очисних спорудах.

ВИСНОВКИ

1. Теоретичною базою для розрахунку ВГБ річкових водозборів слугував басейновий підхід та принцип підтримуваного розвитку територій, що є важливим для вирішення конструктивно-географічних проблем Карпато-Подільського регіону.

2. Дослідження показало зростання норм побутового і природного стоку, а також його величин у роки різної водності на більшості гірських та майже на всіх рівнинних річках протягом 1965-1981 та 1996 -2000 років. Його причинами є природні (циклічні коливання водності), антропогенні (вплив агротехнічних заходів й інших видів господарської діяльності на процеси стоку) та методичні (подовження стокових рядів і більш обґрунтований вибір річок-аналогів) чинники. На основі уточнених значень середнього і мінімального стоку запропоноване районування досліджуваної території.

3. Визначені динаміка та основні тенденції змін основних елементів прибуткової, видаткової і результуючої частин ВГБ за розрахунковий період. Встановлено, що сьогодні понад 80% сумарного стоку своїх регіонів відбирається у басейнах Стрия, Лімниці, Бистриці та Серету, Гнилої Липи, Збруча і Смотрича. Для цих басейнів характерні і найбільші обсяги використання свіжої води, величин безповоротних втрат та водовідведення. Лише за об'ємами оборотного водокористування далеко попереду басейн Гнилої Липи, в якому воно складає 90% від показника свого регіону або 60% від усієї території.

4. Екологічний стік визначений із розрахунку 20-кратного розведення забруднених вод свіжою водою, потреби в якій покриваються за рахунок результуючої частини ВГБ. Зазначена кратність прийнята згідно рекомендацій М.Коронкевича (1990) для неочищених господарсько-побутових вод, оскільки у межах досліджуваної території близько 80% всіх забруднених вод потрапляють у річки в результаті роботи житлово-комунальної сфери. Розрахунки виявили можливість утворення екологічних дефіцитів води на річках території при відновленні скидів забруднених вод на рівні максимальних.

5. Проведене дослідження дозволило обґрунтувати систему водоохоронних заходів у басейнах карпатських і подільських допливів Дністра з метою оптимізації проблем водокористування. Головними структурними її елементами повинні стати:

·покращення ефективності роботи існуючих очисних споруд на більшості досліджуваних річок шляхом усунення перешкод технологічного та економічного характеру;

·будівництво нових (басейни Свіржа, Жванчика, Ушиці) або реконструкція старих очисних споруд (басейни Бистриці, Ворони, Гнилої Липи, Мукші, Калюса), де існує загроза погіршення екологічних умов у посушливих роках;

·реалізація системи грунто- і водоохоронних заходів у басейнах з інтенсивним землеробським (річки Смотрич, Серет, Ушиця, Золота Липа, Стрипа, Збруч), гірничо-промисловим (Бистриця, Лімниця, Ворона, Гнила Липа, Коропець, Стрипа, Нічлава, Смотрич, Калюс), житлово-комунальним (Стрий, Серет, Ушиця, Збруч, Золота Липа, Жванчик) та іншими навантаженнями через дотримання науково-обгрунтованих норм добрив і пестицидів; впровадження замкнутих систем водопостачання, водопроводів із роздільною подачею питної і технічної води, нормованого водокористування; проведення оптимізаційно-господарських робіт у річищах річок тощо;

·економічна оцінка ліквідації наслідків можливого виникнення екологічних дефіцитів води зацікавленими органами і структурами у межах досліджуваної території.

ОСНОВНІ ПУБЛІКАЦІЇ ПО ТЕМІ ДИСЕРТАЦІЇ

1.Цепенда М.В. До питання уточнення норми стоку рік Українських Карпат та прилягаючих територій // Науковий вісник ЧДУ. Вип. 3. Географія. - Чернівці.: ЧДУ, 1996. - С. 72- 92.

2.Цепенда М.В. Деякі методичні аспекти екологічної оцінки річкових водних ресурсів // Гідрологія, гідрохімія і гідроекологія. Науковий збірник. Т.1. - К.: Ніка-Центр, 2000. - С.149-154.

3.Цепенда М.В. Концепція стабільного розвитку як методологічна основа визначення водоресурсного потенціалу гірських водозборів // Україна та глобальні процеси: географічний вимір: Збірник наукових праць у 3 томах. - Київ-Луцьк.: Вежа, 2000. Т.2. - С. 320-322.

4.Цепенда М.В. Водогосподарський баланс як інструмент оптимізації водогосподарської ситуації у річковому басейні. // Науковий вісник ЧНУ: Збірник наукових праць. Вип. 120: Географія. - Чернівці.: ЧНУ, 2001. - с. 48-56.

5.Цепенда М.В. Проблемы рационального использования и охраны малых рек Черновицкой области // Пути повышения продуктивности, эффективности использования и охраны природных ресурсов Украинских Карпат и Прикарпатья. Сборник научных трудов. - К.: УМК ВО при Минвузе УССР. 1989. - С. 29-37.

6.Цепенда М.В. До проблеми взаємодії басейнових геосистем та їх впливу на формування водних ресурсів // Ландшафт як інтегруюча концепція XXI ст.: Збірник наукових праць - Київ. 1999. - С. 96-98.

7.Цепенда М.В. Регіональні особливості гідролого-екологічної оцінки водних ресурсів // Українське Полісся: вчора, сьогодні, завтра. Збірник наукових праць. - Луцьк.: Надстир'я, 1998. - С. 185-187.

8.Цепенда М.В. Перспективы охраны и использования водных ресурсов Черновицкой области // Направления становления и развития социалистического хозяйственного механизма в условиях экономической самостоятельности региона. Тезисы доклад. и выступ. Ч. 2. - Черновцы. 1990 г. - С. 220-225.

9.Цепенда М.В. Дослідження циклічних коливань максимального стоку рік Українських Карпат // Проблеми раціонального використання, охорони та відтворення природно-ресурсного потенціалу Української РСР. Тези доповідей I республіканської конференції. - Чернівці.: ЧДУ, 1991. - С. 114.

10.Цепенда М.В. До питання розробки методики оцінки водоресурсного потенціалу при плануванні меліоративних заходів в АПК Чернівецької області // Тематичний збірник наукових. праць “Еколого-географічні проблеми дослідження ПРП регіону”. - Київ.: НМКВО, 1992. - С. 71-79.

11.Цепенда М.В. Мінералізація рік Чернівецької області і її режим // Навколишнє середовище і здоров'я. Тези доп. міжн. наук. конф. 23-24.11.1993. - Чернівці.: 1993 - С. 248.

12.Жупанський Я.І., Цепенда М.В. Використання малих річок Українських Карпат -один з альтернативних напрямків розвитку енергетики України. // Проблеми і шляхи енергозабезпечення України. Збірник статей. Частина 5. -Івано-Франківськ.: 1995.- С.25-29.

13.Кирилюк М.І., Тимчук Т.Я., Цепенда М.В. Антропогенний вплив на гідрохімічний режим і санітарний стан рік Північно-Східного схилу Українських Карпат // Матер. наук. конф. викл. спів. і студ. присв. 120-річчю заснування ЧДУ. 4-6.5.1995. Т.3. Природничі науки. - Чернівці.: Рута, 1995 - С. 98.

14.Цепенда М.В. Деякі проблеми якісної оцінки водних ресурсів // Міжн. наук. конф. "Еколого-географічні дослідження в сучасній географічній науці". Тернопіль. 6-7.10.1999. Матер. конф. - Тернопіль.: вид. ТДПУ, 1999. - C. 67-69.

15.Цепенда М.В. Водоресурсний потенціал малих водозборів та його раціональне використання і охорона // Проблеми рац. використ., охор. і відтворення ПРП України: тези доп. 2-ї Всеукраїнської наук.-метод. конф. - Чернівці.: Рута, 2000 - С. 78-80.

АНОТАЦІЯ

Цепенда М.В. Водогосподарський баланс як засіб оптимізації проблем водоспоживання і водовідведення у річкових басейнах. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата географічних наук за спеціальністю 11.00.11 - конструктивна географія та раціональне використання природних ресурсів. - Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича, географічний факультет, Чернівці, 2002.

Обґрунтовано використання басейнового підходу та принципу підтримуваного розвитку для розв'язання конструктивно-географічних проблем Карпато-Подільського регіону. Виявлене зростання норм побутового і природного стоку на більшості річок території внаслідок впливу циклічних коливань водності, агротехнічних та інших видів господарської діяльності, подовження стокових рядів та уточнення методики розрахунку. Запропоноване районування досліджуваної території на основі уточнених значень середньорічного і мінімального стоку. Визначені динаміка та основні тенденції зміни головних елементів прибуткової, видаткової і результуючої частин річкових водогосподарських балансів за розрахунковий період. Визначений екологічний стік та встановлені ймовірні екологічні дефіцити води. Обґрунтовано систему водоохоронних заходів у досліджуваних басейнах з метою оптимізації проблем водокористування та досягнення екологічного благополуччя.

Ключові слова: басейновий підхід, водогосподарський баланс, середньорічний і мінімальний стік, екологічний та санітарний стік, забруднення водних ресурсів, екологічний дефіцит, водокористування, водовідведення, система водоохоронних заходів.

стік річка водовідведення

АННОТАЦИЯ

Цепенда М. В. Водохозяйственный баланс как средство оптимизации проблем водопотребления и водоотведения в речных бассейнах. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук по специальности 11.00.11 - конструктивная география и рациональное использование природных ресурсов. - Черновицкий национальный университет имени Юрия Федьковича, географический факультет, Черновцы, 2002.

Обоснована возможность использования бассейнового подхода и принципа поддерживаемого развития для решения конструктивно-географических проблем Карпато-Подольського региона. Использован метод водохозяйственного баланса (ВХБ) для оценки возможностей речных экосистем противостоять процессам загрязнения. Определены количественные значения приходных и расходных элементов 21 речного ВХБ в расчетных годах обеспеченностью 75, 90 и 95 %, в реальных маловодном 1990 и многоводном 2000 годах, а также в лимитном месяце вегетационного периода. Установлено возрастание нормы бытового и естественного стока в 2000 году по сравнению с предыдущими оценками вследствие влияния циклических колебаний водности, удлинения стоковых рядов, агротехнических и иных видов хозяйственной деятельности, а также уточнения расчетной методики. Определены минимальный среднемесячный и среднесуточный сток за год, холодный и теплый периоды в 56 гидростворах; в качестве расчетного принят минимальный среднемесячный сток тёплого (вегетационного) периода 95 % обеспеченности, который является базой для определения санитарного стока. Определены месяцы с наибольшей частотой появления минимальных расходов воды на протяжении года и вегетационного периода - соответственно, это январь и октябрь. Установлены зависимости расчетного модуля минимального стока от площади водосбора, его средней высоты и глубины вреза речных русел. Проанализирована динамика и основные тенденции изменения объемов отбора водных ресурсов разного происхождения в территориальном и временном разрезе, величины безвозвратного и оборотного использования водных ресурсов в разных отраслях народного хозяйства; объемы сбросных, в т.ч. и загрязненных, вод; оценены мощности очистительных сооружений и определена эффективность их работы на протяжении отчетного периода.

В горно-предгорном регионе абсолютное лидерство в отборе суммарного стока все время принадлежало жилищно-коммунальной сфере, объемы воды для которой к концу столетия уменьшились на 20%. На равнине преобладающий тип отбора суммарного стока для нужд сельского хозяйства (75-71%) до 1996 года сменил к концу столетия отбор смешанного типа, при котором ни одна из отраслей не смогла преодолеть порог 50%. Лидерами по потреблению свежей воды являются реки из наибольшими отборами суммарного стока. Безвозвратное водопотребление (с потерями) в 1995 году в обоих регионах было почти одинаковым (94 и 90 млн. м3), но к концу столетия на равнине оно уменьшилось в 2,1-2,7 раза вследствие реформационных процессов в сельском хозяйстве, а в целом по территории - в 1,5 раза. Оборотное водопользование в бассейне Гнилой Липы на протяжении исследуемого периода превышало 60 % от показателя всей территории, что связано с работой Бурштинской ДРЕС. Объем сбросных вод в горном регионе к концу столетия возрос на 12,2 %, на равнине сократился в 2,2-2,4 раза. Очистительные сооружения Стрыя и Тысменицы в конце столетия принимали свыше 90 % загрязнённых вод своего региона; на равнине в 2000 году 39 % последних приходилось на бассейн Гнилой Липы. Практически все загрязненные воды не очищаются вследствие низкой эффективности работы очистительных сооружений, за исключением Быстрицы Тисменицкой и Стрыя. Определен экологический сток из расчета 20-кратного разбавления загрязнённых вод свежей чистой водой. Установлена возможность образования экологических дефицитов воды на карпатских и подольских притоках Днестра при возобновлении сбросов загрязнённых вод на уровне максимальных. Обоснована система водоохранных мероприятий в бассейнах названных рек с целью оптимизации проблем водопользования и достижения экологического благополучия.

Ключевые слова: бассейновый подход, водохозяйственный баланс, среднегодовой и минимальный сток, экологический и санитарный сток, загрязнение водных ресурсов, экологический дефицит, водопользование, водоотведение, система водоохранных мероприятий.

SUMMARY

Tsependa M.V. Water-economy balance as the means for water-consuming and water drainage problems optimization in river basins.- Manuscript.

Candidate thesis in specialty 11.00.11 - constructive geography and rational utilization of natural resources. - Chernivtsi National University named after Yuri Fedkovych, Faculty of Geography, Chernivtsi, 2002.

A basin-based approach and the principle of sustained development for the solution of the constructive-geographical problems of the Carpathian-Podillya region are substantiated. Common and natural flow norms increase is disclosed within the territory rivers majority, as a consequence of river water cyclic fluctuations, agro-technical and other agricultural types of activities, as well as the prolongation of flow rows and the methods adjustment. The studied territory regionation is suggested based on the adjusted values of average annual and minimal flows. The dynamics and the major trends of changes in receipt, expense and final segments of river water-economy balances are defined for the accounting period. The ecological flow is defined, as well as the probable water ecological deficiencies. A water-protective measures system implementation in studied basins is substantiated, this aiming at optimization of water consumption problems and the progress in ecological welfare.

Key words: basin-based approach, water-economy balance, average annual аnd minimal flows, ecological and sanitary flows, water resources pollution, ecological deficiency, water utilization, water drainage, water-protective measures system.

Размещено на Allbest.ru