Закономірності та екологічне значення гідрологічних та гідрохімічних характеристик басейну р. Сіверського Дінця

Размещено на http://www.allbest.ru/

КИЇВСЬКИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМ. ТАРАСА ШЕВЧЕНКА

11.00.07 - гідрологія суші, водні ресурси, гідрохімія

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата географічних наук

ЗАКОНОМІРНОСТІ ТА ЕКОЛОГІЧНЕ ЗНАЧЕННЯ ГІДРОЛОГІЧНИХ ТА ГІДРОХІМІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК БАСЕЙНУ Р.СІВЕРСЬКОГО ДІНЦЯ

СТЕПАНЯН СВІТЛАНА ВОЛОДИМИРІВНА

Київ - 1999

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Харківському державному університеті і Харківському державному педагогічному університеті ім. Г.С. Сковороди Міністерства освіти України

Офіційні опоненти:

1) доктор географічних наук, професор Мольчак Ярослав Олександрович, Волинський державний університет ім. Лесі Українки, зав. кафедрою фізичної географії

2) кандидат географічних наук, доцент Сніжко Сергій Іванович, Київський університет імені Тараса Шевченка, доцент кафедри гідрології і гідрохімії

Провідна установа: Український науково-дослідний інститут екологічних проблем Мінекобезпеки України, м. Харків

Захист відбудеться "25" лютого 1999 р. о 12 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.001.22 при географічному факультеті Київського університету ім.Тараса Шевченка за адресою: 252022, Київ-22, вул. Васильківська, 90

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці географічного факультету Київського університету ім. Тараса Шевченка за адресою: 252022, Київ-22, вул. Васильківська, 90

Автореферат розісланий 19 січня 1999 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради кандидат географічних наук, старший науковий співробітник М.І.Ромась

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Ріст населення та зростаюча господарча діяльність в басейнах річок України, інтенсифікація використання їх водних ресурсів, скид стічних вод викликають значні зміни природних умов розвитку річок, за яких порушується режим стоку, змінюється характер руслових процесів і життєдіяльності угрупувань водних організмів і т. і.

У цих умовах особливо актуальним є виявлення екологічного стану басейну річки і розробка засобів її оздоровлення. Для досягнення цього необхідна значна кількість матеріальних, трудових та інших затрат. Значну допомогу у вирішенні цього завдання може дати наявність багаторічних загальнодоступних, а також багаточисельних опублікованих даних з гідрологічного режиму річок. Саме вони відкривають можливість встановлення ролі гідрологічних характеристик і, в першу чергу, руслоформуючих витрат у процесі переносу полютантів, математично обґрунтованих закономірних звязків і на їх основі виявлення механізму отримання вірогідних прогнозів екологічного стану річкових вод при різних умовах забруднення.

Сьогодні створено теоретичні основи і визначено закономірності гідрологічних і гідрохімічних характеристик стосовно великих річок. Для басейнів малих річок це питання розроблено недостатньо. Стосовно використання традиційних гідрологічних характеристик для оцінки екологічного стану вод, то таких робіт практично нема. Необхідно підкреслити, що гідрохімічні характеристики, в основному, визнаються в якості екологічних, чого не скажеш про класичні гідрологічні параметри. При цьому значно менше фактичних даних і літератури з якісних показників, ніж з кількісних.

Звязок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота є складовою частиною наукової тематики кафедри геоекології та конструктивної географії Харківського державного університету, реєстраційний номер 18-17-97.

Мета і завдання дослідження.

Метою даної роботи є визначення сучасних гідрологічних і гідрохімічних характеристик та їх закономірностей в басейні р. Сів. Дінця; виявлення можливості їх використання для оцінки і прогнозування екологічного стану басейну.

Для досягнення поставленої мети було вирішено такі завдання:

виявлено природні передумови формування якісного і кількісного складу вод басейну, їх роль в оцінці екологічного стану басейну річки;

оцінено роль соціально-економічних передумов у формуванні екологічного стану басейну;

виявлено закономірності динаміки існуючих гідрологічних і гідрохімічних характеристик;

визначено екологічну значимість гідрологічних і гідрохімічних характеристик;

створено системну модель для оцінки і прогнозування розвитку екологічного стану бассейну.

Для виконання поставлених завдань, р. Сів. Донець обрана як модель річки України з середніми показниками, на прикладі якої опрацьовувалась методика моніторингу для досягнення екологічної безпеки водної системи басейну даної річки і басейнів річок-аналогів.

Оскільки в екологічному моніторингу найбільш прийнятним є басейновий принцип Концепція екологічного нормування, 1997, с.7., то розроблені дані можуть бути основою регіонального моніторингу України.

Положення, що виносяться на захист. Захищаються екологічна значимість і виявлені закономірності гідрологічних і гідрохімічних характеристик у формуванні сучасного стану басейну; система оцінки екологічного стану басейну на основі існуючих гідрологічних і гідрохімічних характеристик.

Вирішення поставлених завдань базувалося на використанні методів географо-гідрологічних узагальнень, балансових, статистичних методів, принципів вивчення руслових процесів, розроблених М.І. Маккавєєвим і Р.С.Чаловим, гідрохімічна оцінка базувалась на використанні методів, запропонованих Л.М. Горєвим, В.І. Пелешенком.

Наукова новизна роботи полягає у комплексній оцінці дослідження реальних, обєктивних гідрологічних і гідрохімічних характеристик басейну р. Сів. Дінця за сучасними даними на основі системного підходу; у використанні одержаних даних для регіонального екологічного моніторингу України; у визначенні значимості гідрологічних і гідрохімічних характеристик для оцінки екологічних параметрів; у створенні системної моделі оцінки і прогнозування екологічного стану за отриманими кількісними і якісними характеристиками.

Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що дисертаційні розробки дозволили не тільки встановити характер і динаміку основних гідрологічних показників та характеристик важливої для української держави водної артерії, але і одержати надзвичайно важливий і значний банк даних для оцінки і прогнозування екологічного стану басейну. Практичні рекомендації можуть бути використані для досягнення екологічної безпеки водної системи басейну р. Сів. Дінця, а також для науково-обгрунтованого удосконалення системи засобів та досягнення еколого-гідрологічної рівноваги в басейні Сів.Дінця і басейнах-аналогах, завдяки знанням реальних сучасних гідрологічних і гідрохімічних характеристик; при проектуванні і будівництві різних гідротехнічних і народно-господарських обєктів з урахуванням їх подальшої екологічної безпеки; при подальших прогнозах розвитку системи басейну.

Особистий внесок здобувача. В основу роботи покладено дані, що одержані автором протягом 1990 - 1997 рр. Автор опрацювала велику кількість багаторічних гідрологічних спостережень. Усі закономірності виявлено безпосередньо дисертантом. Складено значну кількість карт, у тому числі проведено районування, зроблено класифікації є також авторськими. Обробка всієї інформації на ЕОМ виконана дисертантом. Аналіз і узагальнення необхідних фондових і літературних матеріалів, обробка даних інших дослідників належать авторові.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертації доповідались і обговорювались на 6 конференціях в Києві, Москві, Казані, Харкові. Результати дослідження реалізовано в науково-дослідній роботі ХДУ № 12-17-94 "Дослідження морфології, динаміки і умов формування русел річок басейну Сів.Дінця як невідємна складова оцінки і прогнозу закономірностей впливу забруднень на їх екологічний стан"; у навчальному процесі при викладанні у Харківському державному педагогічному університеті і Харківському держуніверситеті, в дипломних роботах студентів Харківського державного педагогічного університету.

Публікації. По темі дисертації опубліковано 9 друкованих праць у вигляді статей, матеріалів конференцій, тез доповідей, методичних розробок.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, 5 розділів, висновків, списку літератури.

Загальний обсяг роботи 130 стор., у т.ч. 106 стор. основного тексту, 18 ілюстрацій, 16 таблиць. Список літератури обсягом 8 стор. включає 89 найменувань вітчизняних та зарубіжних авторів.

Автор щиро вдячний за всебічну підтримку при виконанні дисертаційного дослідження проф.Чалову Р.С., проф. Шищенку П.Г., проф. Горєву Л.М., проф. Закревському Д. В., проф. Гриценку А.В., а також колегам ХДУ і ХДПУ за допомогу і консультації.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Перший розділ присвячено стану вивчення питання. В екологічних словниках М.Ф. Реймерса, К.М. Ситника та інших водний фактор враховується серед екологічних, але, в основному, беруться до уваги якісні параметри (гідрохімічні характеристики). Із гідрологічних характеристик згадуються лише стік і каламутність, зважаючи, що більша частина з них належить до лімітуючого, а інколи навіть до літального факторів.

Відзначено, що однією з найбільш важливих характеристик гідрологічного режиму є руслоформуючі витрати, які досі не розглядалися при оцінці екологічного стану. Враховуючи вплив усіх факторів на просторово-часову динаміку гідрологічних характеристик, що формують екологічний стан басейну р. Сів. Донець, вони поділені на 2 категорії: - природничі; - соціально-економічні.

Головною методичною основою проведення досліджень є метод географо-гідрологічних узагальнень.

У другому розділі розглядаються основні природні передумови формування якісного і кількісного складу річкових вод басейну Сів. Дінця. Завдяки своїм невеликим розмірам, малі річки басейну Сів. Дінця є найбільш чутливими елементами гідросітки, і на їх діяльність впливають такі фактори, які в більшості ігноруються при аналізі змін, що проходять на великих річках. Досить детально у розділі розглянуто вплив просторово-часових геолого-геоморфологічних, гідрологічних (в т.ч. гідравлічних і геометричних), кліматичних, грунтово-рослинних факторів.

Русло будь-якої річки з часом підлягає досить значним змінам, які проходять достатньо повільно і стають помітними лише через значний відрізок часу, тому екологи часто нехтують змінами форми, рельєфу, падіння і обрисами, тобто розглядають річку як статичну систему.

Відомо, що для більшості річок характерні безперервні зміни положення, форми русла і берегів внаслідок дії на них гідравлічних сил. В основному це результат щорічних коливань стоку, які зумовлені кліматичними причинами.

Протягом значного часу річкова система пристосовується до природних коливань стоку, набуваючи обрисів, що забезпечують квазістаціонарний, але все таки динамічний стан. Порушення квазістаціонарного режиму викликає діяльність людини, і не тільки в якомусь конкретному місці, але інколи далеко за його межами. У роботі доведено, що всі фактори, які впливають на екологічний стан басейну, доцільно розділити на "зовнішні" та "внутрішні".

У процесі дослідження виявлено, що однією з найбільш важливих екологічних характеристик, що є крім того досить активною діючою силою, є величина, кількість і забезпеченість руслоформуючих витрат, завдяки яким в багаторічному плані проходять найбільші переміщення наносів і здійснюються суттєві руслові деформації. Доведено, що саме це є інтегральним показником комплексу фізико-географічних умов і, як наслідок, інтегральною характеристикою "зовнішнього" екологічного стану басейну річки.

Таким чином, для деяких гідрологічних показників і, перш за все, для руслоформуючих витрат встановлено додаткову - екологічну функцію, виявлено визначальну їх роль у формуванні екологічного стану річкової системи. басейн гідросітка екологічний річка

Розділ 3 присвячено розгляду впливу господарчої діяльності на формування екологічного стану річок басейну Сів. Дінця. Показано, що господарче використання річок супроводжується змінами напрямку та інтенсивності руслових процесів. Найбільш показовим у зміні напрямку руслових процесів є зміна форми епюри, а в інтенсивності - повторюваність і частота проходження руслоформуючих витрат. На малих річках основним впливом антропогенного характеру є замулення та деградація русел, що повязано з ерозією грунтів, погіршенням стану заплав під впливом сільсько-господарського та промислового виробництва.

У розділі 4 відзначається значення сучасних гідрологічних та гідрохімічних характеристик, виявлено їх важливість і визначено 13 головних закономірностей. Найбільш суттєві серед одержаних такі:

У басейні спостерігається закономірне зниження максимальних та підвищення мінімальних витрат у багаторічному аспекті.

Підвищення середньої температури води з 60-их років.

Виявлено 3 зони стоку наносів в басейні: <10 т/км²; 11-20 т/км²; 21-30 т/км².

Для більшості річок характерне збільшення вниз за течією обєму стоку наносів та змиву матеріалу з грунту.

Складено схему каламутності, де відзначено три зони: 100 - 250 г/м³, 250 - 500 г/м³, 500 - 1000 г/м³. Зона середньої каламутності практично повторює межі району розповсюдження карстових процесів.

Вирахувано показник ступеня m у формулі стоку наносів у басейні Сів. Дінця. За нашими даними він змінюється від 1,4 до 2,4.

У процесі дисертаційного дослідження складено схему характеру проходження руслоформуючих витрат, на якій виділено три райони: басейни р.р. Уди та Мжі; середня течія р. Сів. Дінця; остання частина басейну р. Сів. Дінця.

Встановлено, що в басейні Сів. Дінця переважають русла з сегментними і петлеподібними колінами (52% всіх русел річок басейну), зустрічаються врізані коліна (7% ), а також вимушені і адаптовані (13% ).

Радіус кривизни колін коливається від 10 до 900 м. Встановлено що для малих річок басейну р.Сів.Дінця звязок r = (Q_ф) лінійний і переходить у ступеневий.

Питома вага антропогенної складової у формуванні мінеральної частини речовин, що розчинені у річкових водах, складає 34,3%. За останні 10 років величина антропогенної складової знизилась майже на 23%.

Аналіз гідрологічних і гідрохімічних показників дозволив вперше виявити значну кількість закономірностей їх динаміки та показав, що серед гідрологічних характеристик, що визначають "зовнішній" стан водної системи є руслоформуючі витрати і виявлено переважаючий вплив антропогенної складової у формуванні "внутрішнього" екологічного стану басейну річки незалежно від коливань водності.

В результаті сукупного аналізу графіків водності і сонячної активності виявлено 11-річну і 33-річну циклічності. Простежується закономірність: середні значення витрат води на підйомі першого 11-річного циклу у 33-річному складає 68,2-68,4 м³/с; середнє значення витрат води на спаді кривої закономірно росте.

Середні значення каламутності у 33-річному циклі на підйомі кривої закономірно зменшуються від 39,9 до 13,4 мг/л, у той час, як середнє значення каламутності на спаді залишається практично постійним - 32-33 мг/л. В цілому, спостерігається спочатку підвищення середних циклічних значень каламутності до 1945 року (35,1 мг/л), потім їх зниження.

Стисло обгрунтуємо вище наведене. Зупинимось на вище викладених закономірностях та висновках більш детально.

В басейні Сів. Дінця спостерігається закономірне зниження максимальних витрат. За останні 40 років величина максимальних витрат падає в середньому приблизно на 16 м³/с в районі м. Змієва, м. Ізюмі зниження складає біля 6 м³/год. На р. Оскол максимальні витрати зменшуються майже у 5 разів, характерним є також значне збільшення кількості мінімальних витрат, що поясняється зростанням зарегульованості річок.

Мінімальні витрати р. Сів. Донець у м. Зміїв в цілому збільшились у 3 рази, з підвищенням величини до 1985 року, зниженням у 1985 році і подальшим збільшенням. Для м. Ізюма це збільшення склало 4,6 рази, з дуже різким падінням мінімальних значень у 1984 році (екстремально сухий рік) і максимумом у 1986 році. Винятком є менші річки, для басейнів яких характерна менш розвинена промисловість. Так, наприклад, для р. Оскол з 1956 по 1966 рік простежується закономірне зменшення мінімальних витрат майже у 2 рази, що зумовлюється природним, а не антропогенним характером.

Аналіз температурного режиму з окремих створів, за сезонами підтвердив закономірність загального зниження температури до 60-х років. Причиною такої динаміки температури можуть бути зміни біологічного режиму річкових вод внаслідок безперервного збільшення скиду стічних вод. Інша причина полягає в загальній багаторічній зміні температури повітря. Можливо, що обидві причини відбуваються одночасно і формують закономірність, яка так чітко простежується.

На схемі модуля стоку наносів, яка була складена для басейну р.Сів.Дінця за сучасними даними, виділено 3 зони: <10 т/км²; 11-20 т/км²; 21-30 т/км². Річний стік завислих наносів збільшується пропорційно підвищенню рідинного стоку. Для більшості річок характерне збільшення вниз за течією обєму стоку наносів.

Внаслідок проведених досліджень складено схему розподілу каламутності, де відзначено три зони: зона незначної каламутності (100 - 250 г/м³), зона середньої каламутності (250 - 500 г/м³), зона великої каламутності (500 - 1000 г/м³). Для кожної зони визначені найбільш характерні ознаки. Наприклад, зона середньої каламутності практично повторює межі району розповсюдження карстових процесів у породах верхньокрейдяного віку південно-західного схилу Воронезького масиву. Вперше вирахувано показник ступеня m у формулі стоку наносів у басейні Сів.Дінця. За нашими даними, він змінюється від 1,4 до 2,4 і залежить від геоморфологічних особливостей території.

У процесі дисертаційного дослідження складено схему характеру проходження руслоформуючих витрат, на якій виділено три райони. Більша частина басейну Сів. Дінця характеризується наявністю двох діапазонів руслоформуючих витрат. Проходженням тільки одного діапазону руслоформуючих витрат характеризується північно-західна частина басейну. У середній течії Сів. Дінця спостерігається три інтервали руслоформуючих витрат. Для більшої частини басейну Сів. Дінця та його приток характерним є особливий вид епюри руслоформуючих витрат з максимальним значенням добутку GQ^mPI при його мінімальному забезпеченні, що повязано з особливостями гідрологічного режиму.

На основі зроблених вимірів різних морфологічних та інших характеристик виділено три основні різновидності русел у басейні Сів. Дінця: мандруючі, розгалужені на рукави і нерозгалужені, відносно прямолінійні.

Встановлено, що в басейні Сів. Дінця переважають русла з сегментними і петлеподібними колінами (52% всіх русел річок басейну). Зустрічаються врізані коліна (7% всіх русел річок басейну), а також вимушені і адаптовані (13% всіх русел річок басейну). Прямолінійні неразгалужені русла складають 13% довжини усіх русел річок. Розміри вільних колін змінюються в басейні Сів. Дінця в широких межах. Радіус кривизни їх коливається від 10-15 м до 800-900 м. На відміну від залежності, отриманій М.І.Маккавєєвим для усіх річок без урахування їх розмірів r = (Q_ф), нами встановлено, що для малих річок басейну р.Сів.Дінця цей зв'язок лінійний: r = (Q_ф) і переходить в ступеневий, при значеннях руслоформуючих витрат, які перевищують 600-700 м³/с. Таким чином, значення руслоформуючих витрат може бути одним із критеріїв для поділу малих і середніх річок за русловими показниками.

Питома вага антропогенної складової у формуванні мінеральної частини речовин, що розчинені у річкових водах складає 34,3%. За рахунок господарчої діяльності формується 31,7% іонів хлору, 42,6% сульфатів і 22,3% іонів натрію і калію. За останні 10 років величина антропогенної складової знизилась майже на 23%, що можна пояснити загальною тенденцією до зниження водності та спадом виробництва. Дослідження показали, що найбільша частина компонентів, що характеризують сольовий склад вод (сульфати, хлориди, кальцій, магній) при змінах, що коливаються, мають загальну тенденцію до зниження у 80-90-их р.р.. Гідрокарбонати і феноли на фоні коливального характеру їх змін залишаються відносно стабільними. Не набагато підвищуються значення кисню і рН у водах басейну Сів. Дінця у 80-90-их рр.. Значення нафтопродуктів, нітритів, нітратів мають тенденцію до збільшення на кінець 80-х років. Однак, у 90-х р.р. їх вміст у воді відносно стабілізується і навіть спостерігається деяке зниження, яке повязано зі спадом виробництва. Вміст міді у водах річок басейну Сів. Дінця має чітку тенденцію до підвищення на протязі 80-90-их р.р. Коливання більшості гідрохімічних показників, за виключенням елементів сольового складу, не залежить від змін витрат води. Це дає змогу висунути на перший план антропогенну складову формування якісного складу вод басейну Сів. Дінця.

Аналіз гідрологічних і гідрохімічних показників дозволив вперше виявити значну кількість закономірностей та показав, що серед гідрологічних характеристик, що визначають "зовнішній" стан водної системи, є руслоформуючі витрати і виявлено переважний вплив антропогенної складової у формуванні "внутрішнього" екологічного стану басейну річки незалежно від коливань водності.

Пятий розділ присвячено питанням прогнозування екологічного стану басейну Сів. Дінця, розглянуто існуючі теоретичні розробки з даного питання. Встановлено, що для такої кількісної характеристики, якою є природний стік, не існує розроблених граничних значень забору води у визначеному створі річки. Оптимальними параметрами стоку ми пропонуємо вважати той інтервал витрат води, нижня межа якого відповідає рівням води у річці, який забезпечує існування водної флори і фауни, а верхня межа повинна відповідати рівням, за яких не відбувається затоплення сільгоспугідь, житлових будівель і т.і. При цьому верхня межа, в основному, не перевищується за рахунок зарегульованості більшості річок. Оптимальні характеристики якісного складу вод були визначені за методикою державчленів РЕВ. Це було зроблено для можливості співстановлення з попередніми дослідженнями. Для визначення оптимальних значень підсумкового іонного стоку річкових вод басейну Сів. Дінця використані статистично оцінені середньорічні концентрації головних іонів за період з 1937 до 1953 рр. Оптимальні показники каламутності підраховувалися за залежностями витрат води і витрат наносів за той же період, за якими потім була вперше складена схема оптимальних показників каламутності басейну Сів. Дінця.

Для оцінки і прогнозування екологічного стану басейну річки розроблено системну модель (мал.1). Сутність її полягає в оцінці не тільки якісного та кількісного складу вод, що повязано з їх господарчим використанням, але й в екологічній оцінці стійкості власне русла і заплави, тобто зовнішнього стану водного обєкту, як ланцюга екосистеми за допомогою гідрологічних і гідрохімічних характеристик. Для території басейну Сів. Дінця проведено районування за фактором стійкості заплави згідно з методикою Л.В. Злотіної, В.В. Іванова (мал. 2).

Одним із важливих показників екологічного стану басейну р.Сів. Дінця є яружна ерозія. Зроблено оцінку ступеня стійкості до яроутворення як показника екологічної напруги за фактором яружної ерозії у басейні і складено відповідну схему. Вона одержана розрахунковим шляхом і є прогнозовою. Встановлено, що для малих річок велике значення мають зміни характеру землекористування на їх водозборах. Саме вони визначають режим стоку води і наносів, що саме призводить до замулення і навіть пересихання малих річок. За методикою К.М. Берковича, А.Ю. Сидорчука складено схему стійкості русел річок басейну Сів. Дінця (мал.3).

Виявлено, що стан водної системи однакових фаз різних циклів сонячної активності буде мати визначні тенденції до змін, а саме, якщо стан у фазі зменшення сонячної активності в одному циклі і тенденції до змін гідрологічної характеристики у цій же фазі у різних циклах, маємо можливість визначити стан водної системи на цій же фазі у майбутньому циклі сонячної активності. Доказано, що природна складова залежить від водності і може бути спрогнозована згідно ходу сонячної активності. Стосовно антропогенної складової, то для її оцінки і прогнозу використано методи, запропоновані Л.М. Горєвим, С.І. Дорогунцовим, М.А. Хвесиком.

Використавши методику Л.М. Горєва, В.І. Пелешенка, розраховано прогноз іонного стоку до 2008 року і антропогенна складова іонного стоку на майбутнє десятиріччя (табл. 1,2.).

Таблиця 1.

Прогноз середніх багаторічних характеристик іонного стоку до 2008 р. (тис.т/рік)

Ca2+	Mg2+	Na++K+	HCO3-	SO42-	Cl-	і
1075	298,7	1154,7	2589,8	2325,2	1472,8	8916,2

Таблиця 2.

Прогноз антропогенної складової на найближче десятиріччя (тис.т/рік)

	Ca2+	Mg2+	Na++K+	HCO3-	SO42-	Cl-	і
Максимальна величина	0	71	589	0	1112	910	2682
Мінімальна величина	0	39	525	0	978	864	2406

Враховуючи, що вклад антропогенної складової за період з 1983 р. до 1996 р. зменшився, є надія на подальше зниження антропогенного іонного стоку. Початок нового циклу сонячної активності (з 1998 року) має викликати збільшення водності, що ще в більшій мірі знизить внесок антропогенної складової.

Внаслідок сумісного аналізу графіків водності і сонячної активності виявлено 11-річну і 33-річну циклічності. Простежуеться чітка закономірность: середнє значення витрат води на підйомі кривої першого 11-річного циклу у 33-річному дорівнює 68,2 - 68,4 м³/с; середнє значення витрат води при спаді кривої закономірно підвищується.

Каламутність, слідом за водністю, носить циклічний характер і відповідно суттєво залежить від коливань сонячної активності. Середні значення каламутності у 33-річному циклі при зростанні кривої закономірно зменшується від 39,9 до 13,4 мг/л, в той час, як середнє значення каламутності на спаді кривої залишається практично постійним - 32-33 мг/л. В цілому спостерігається спочатку підвищення середніх циклічних значень каламутності до 1945 року (35,1 мг/л), а потім зниження.

ВИСНоВКИ

1. В басейні Сів. Дінця спостерігається тенденція до зниження максимальних витрат води; характерним для річок є також значне збільшення мінімальних витрат.

2. Підтверджено чітко визначену тенденцію до загального зниження середньої температури до 60-х рр.

3. Побудовано схему модуля стоку наносів та виділено 3 зони: <10 т/км²; 11-20 т/км²; 21-30 т/км². Для більшості річок характерне збільшення вниз за течією обєму стоку наносів. Деякі відхилення від цієї тенденції поясняються існуванням карсту.

4. Аналіз схем "Інтенсивність змиву" і "Стоку наносів" показав, що модуль стоку наносів змінюється не пропорційно інтенсивності змиву матеріалу з грунтів. Однак, на обох схемах простежується загальна тенденція до зменшення показників у середній і нижній течіях Сів. Дінця. Для більшості приток характерне зростання цих же показників вниз за течією. Інтенсивність змиву зменшується вниз за течією Сів. Дінця від 10 до 2-3 т/га за рік.

5. Побудована схема каламутності і проведене районування дозволили виділити три зони: малої каламутності (100 - 250 г/м³), середньої каламутності (250 - 500 г/м³), високої каламутності (500 - 1000 г/м³).

6. Розрахований показник ступеня m у формулі стоку наносів, за нашими даними, змінюється у межах басейну від 1,4 до 2,4.

7. Згідно проведеного районування басейну за характером проходження руслоформуючих витрат виділено три зони: зона з двома інтервалами руслоформуючих витрат (більша частина бассейну); зона з одним інтервалом руслоформуючих витрат ( північно-західна частина басейну); зона з трьома інтервалами руслоформуючих витрат (середня течія).

8. В результаті проведених вимірювань морфологічних характеристик русел та дослідження розповсюдження видів деформацій русел виділено три їх різновидності в басейні: мандруючі, розгалужені на рукави і нерозгалужені, відносно прямолінійні.

Встановлено, що в басейні Сів. Дінця переважають русла з сегментними та петлеподібними колінами (52% усіх русел річок басейну). Врізані коліна складають 7% усіх русел, а вимушені і адаптовані 13% .

9. Встановлено, що для малих річок, звязок радіуса кривини колін і руслоформуючих витрат лінійний: r = (Q_ф) і переходить у ступеневий при значеннях руслоформуючих витрат, що перевищують 600-700 м³/с.

10. Питома вага антропогенної складової у формуванні мінеральної частини речовин, розчинених у річкових водах, складає 34,3%. За останні 10 років величина антропогенної складової знизилась приблизно на 23%. Проведені дослідження показали, що більша частина компонентів, що характеризують сольовий склад вод (сульфати, хлориди, кальцій, магній), мають загальну тенденцію до зниження їх концентрації у 80-90-их р.р. Гідрокарбонати і феноли на фоні коливального характеру їх зміни, залишаються відносно стабільними. Несуттєво підвищуються значення кисню і рН. Значення концентрації нафтопродуктів, нітритів, нітратів мають тенденцію до зростання. Однак, у 90-их р.р. їх вміст у воді відносно стабілізується і навіть спостерігається незначне зниження, яке повязане зі спадом виробництва. Вміст міді у водах басейну Сів. Дінця має чітку тенденцію до підвищення на протязі 80-90-их р.р.

Коливання більшості гідрохімічних показників, за виключенням елементів сольового складу, не залежать від змін витрат води. Це дає основу висунути на перший план антропогенну складову формування якісного складу вод басейну Сів. Дінця.

11. Аналіз гідрологічних і гідрохімічних показників пересвідчує, що серед гідрологічних характеристик, які визначають "зовнішній" стан водної системи, є руслоформуючі витрати і виявив переважний вплив антропогенної складової у формуванні "внутрішнього" екологічного стану басейну річок незалежно від коливань водності.

12. Для природного стоку не існує розроблених граничних значень заборів води у визначеному створі річки. Оптимальними критеріями стоку запропоновано вважати той інтервал витрат води, який забезпечує існування водної флори і фауни (нижня межа), а верхня межа, та, за якої не здійснюється затоплення сільгоспугідь, будівель і т.ін.

13. Для оцінки каламутності, як показника якості води, було складено схему оптимальних показників, які змінюються за зміною водності.

14. Розроблено і запропоновано системну модель для оцінки і прогнозування екологічного стану басейну річки. Сутність її полягає в екологічній оцінці стійкості власне русла і заплави, тобто "зовнішнього" стану водного обєкту як ланцюга екосистеми.

15. Для території басейну Сів. Дінця проведено районування за фактором стійкості заплави. Стійкість заплави визначається умовами проходження руслоформуючих витрат.

16. Зроблено оцінка ступеня стійкості території басейну до яружної ерозії і складено розрахунковим шляхом схему екологічної напруги за параметрами густини та щільності яружної сітки.

17. Складено схему стійкості русел річок басейну Сів.Дінця до замулення. Виявлено, що головним критерієм при цьому є транспортуюча здатність.

18. В результаті сукупного аналізу графіків водності і сонячної активності виявлено 11-річну і 33-річну циклічності. Простежується закономірність: середні значення витрат води на зростанні кривої першого 11-річного циклу у 33-річному складає 68,2-68,4 м³/с; середнє значення витрат води на спаді кривої закономірно росте.

Середні значення каламутності у 33-річному циклі на підйомі кривої закономірно зменшується від 39,9 до 13,4 мг/л, у той час, як середнє значення каламутності на спаді залишається практично постійним - 32-33 мг/л. В цілому спостерігається спочатку підвищення середніх циклічних значень каламутності до 1945 року (35,1 мг/л), потім їх зниження.

19.Здійснено прогноз природної складової водності на базі циклів сонячної активності. Антропогенна складова спрогнозована за методикою Л.М. Горєва, С.І. Дорогунцова, М.А. Хвесика.

Розраховано прогноз іонного стоку до 2008 року і антропогенна складової іонного стоку на майбутнє десятиріччя. Необхідно мати на увазі, що дія факторів, які формують антропогенний іонний стік, не є закономірною і залежать від розвитку економіки, змін природних умов, використання водних ресурсів.

Список друкованих праць за темою дисертації

Некос С.В. (Степанян). Сток наносов и русловые процессы на реках бассейна Дона // Геоморфология. - 1997. - №2. - С. 61-70. (співавтор Чалов Р.С.)

Степанян С.В. Екологічне значення гідрологічних та гідрохімічних характеристик басейну р. Сіверський Донець і їх вивчення.// Вісник Харківського університету: Геологія - Географія - Екологія. - 1998. - №402. - С. 197-198.

Некос С.В. (Степанян). Закономерности развития эрозионных процессов на северо-востоке Украины // Экзогенные процессы и окружающая среда. - М.: Наука, 1990. - С.102. (співавтор Дамасевич А.Н.)

Некос В.Ю., Некос С.В., Степанян С.А., Шульженко Л.С. Особливості природного середовища та географічний нарис Слобожанщини/ / Історія Слобідської України. Навч. посібник з народознавства та краєзнавства/ За редакцією В.І. Торкатюка, О.Л. Сидоренка. - Х.: Основа, 1998. - С. 8 - 37.

Некос С.В. (Степанян). Закономерности развития эрозионных процессов на северо-востоке Украины. В кн."Экзогенные процессы и окружающая среда" М. Наука, 1990, ст. 156-162. (співавтор Дамасевич А.Н.)

Некос С.В. (Степанян). Роль эрозионной сети в формировании экологической обстановки территории. В сб. "Эрозиоведение, теория, эксперимент". Тез. докл. Всес. научн. конф. Москва, 26-28 дек. 1991. - М.: МГУ, 1991 г. - с. 48. (співавтор Дамасевич А.Н.)

Некос С.В. (Степанян). Проблемы изучения состояния и разработки путей оздоровления качества вод малых рек бассейна р. Сев.Донец. В зб. "Регiональнi проблеми природокористування та екологii в Україні" Тез. доп. Мiжрегiональної науково-практичної конференцii, Харкiв, березень 1994. - Харкiвський держ. унiверситет, 1994 г. с. 97

Степанян С.В. Вплив геоморфологiчних факторiв i процесiв на формування екологiчного стану басейну р.Сiверський Донець/ / "Сучасний стан та перспективи розвитку геоморфологii, неотектонiки, геологii та палеогеографii антропогену Украiни" Тез. доп. наук. конф. - К.: ВПЦ "Київський унiверситет", 1996 р. с. 107.

Степанян С.В. Методичні рекомендації до практичних рабіт з курсу "Загальна гідрологія". - Харків, 1998. - 49 с.

АНОТАЦІЯ

басейн гідросітка екологічний річка

Степанян С.В. Закономірності та екологічне значення гідрологічних та гідрохімічних характеристик басейну р. Сіверського Дінця.- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата географічних наук за спеціальністю 11.00.07 - гідрологія суші, водні ресурси, гідрохімія.- Київськийуніверситет ім. Т.Г. Шевченка, 1998.

Дисертацію присвячено виявленню закономірностей гідрологічних та гідрохімічних характеристик басейну р. Сів. Донець, їх ролі у формуванні сучасного стану басейну,системі оцінки цього стану на основі сучасних гідрологічних і гідрохімічних характеристик.

Ключові слова: гідрологічні характеристики, гідрохімічні характеристики, руслоформуючі витрати, стік, каламутність, екологічні функції, екологічний стан.

Аннотация

Степанян С.В. Закономерности и экологическая значимость гидрологических и гидрохимических характеристик бассейна р. Северского Донца.- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук по специальности 11.00.07 - гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия.- Киевский университет им. Т.Г. Шевченко, 1998.

Диссертация посвящена актуальной проблеме восстановления экологического равновесия рек. Неоценимую помощь в этом могут оказать многолетние данные по гидрологическому режиму.

В процессе диссертационного исследования определены природные и социально-экономические условия формирования качественного и количественного состава вод бассейна, выявлена их роль в оценке экологического состояния бассейна реки. Отмечена целесообразность подразделения экологического состояния всех характеристик, для удобства оценки, на "внешние" и "внутренние". Доказано, что основной "внешней" экологической характеристикой является руслоформирующий расход, а основная роль в формировании "внутреннего" состояния водной системы принадлежит антропогенной составляющей.

В работе представлены современные значения гидрологических и гидрохимических характеристик бассейна Сев. Донца: установлены закономерности изменения максимальных и минимальных расходов, температуры воды; изменения стока в соответствии с изменением интенсивности смыва почв с поверхности водосбора и степенью заовраженности территории бассейна. Составлены схемы стока наносов и мутности бассейна р. Сев. Донец. Для уточнения характера связи по графикам расходов воды и наносов были рассчитаны показатели степени m в формуле стока наносов. На территории бассейна выделено 3 района со средними для них значениями коэффициента m : 1,44; 1,85; 2,35. По характеру прохождения руслоформирующих расходов бассейн подразделен на три зоны, соответствующие различному количеству диапазонов руслоформирующих расхо-дов до выхода на пойму и после. Большая часть бассейна Сев. Донца характеризуется наличием двух диапазонов руслоформирующих расходов. В северо-западной части бассейна проходит один руслоформирующий расход различной обеспеченности с преобладанием работы межени над работой половодья. В среднем течении Сев. Донца наблюдается три интервала руслоформирующих расходов, один из которых соответствует выходу на пойму, средний проходит немного ниже бровки поймы, а нижний соответствует высоте поверхности песков, слагающих побочни перекатов. Для большей части бассейна Сев. Донца и его притоков характерен особый вид эпюры руслоформирующих расходов с максимальным значением произведения GQ^mPI при его минимальной обеспеченности, связанной с особенностями гидрологического режима. Установлено, что для малых рек наибольшая связь руслоформирующего расхода и радиуса кривизны излучины наблюдается с верхним интервалом руслоформирующих расходов. Радиус кривизны излучины изменяется от 10 до 900 м. Для малых рек связь r = f ( Q_ф ) является степенной. В бассейне Сев. Донца преобладают русла с сегментными и петлеобразными меандрами (52% всех русел рек бассейна). Доля антропогенной составляющей в формировании качественного состава вод составляет 34,3%.

Для оценки мутности, как показателя качества воды, была разработана схема оптимальных показателей.

Представленная системная модель предложена в качестве основы для прогнозирования развития бассейна. Отличием ее от существующих является использование в экологической оценке состояния реки характеристик устойчивости русла и поймы. Схемы по этим параметрам представлены в диссертации. Устойчивость русла и поймы в значительной степени зависит от интенсивности овражной эрозии. В работе представлена также схема экологической напряженности по фактору овражной эрозии и дан прогноз развития бассейна на основе устойчивости территории к овражной эрозии.

В результате совместного анализа графиков водности и солнечной активности выявлены следующие закономерности: среднее значение расхода воды на подъеме первого 11-летнего цикла в 33-летнем равна 68,2 - 68,4 м³/с; среднее значение расхода воды на спаде закономерно возрастает. Отношения объемов воды в бассейне р. Сев. Донец на подъеме и на спаде кривой солнечной активности первых одиннадцатилетних в 33-летних циклах и средние в 33-летних циклах соответствуют 0,4. Мутность, вслед за водностью, носит циклический характер и соответственно зависит от колебаний солнечной активности. Средние значения мутности в 33-летнем цикле на подъеме закономерно уменьшаются от 39,9 до 13,4 мг/л, в то время как среднее значение мутности на спаде остается практически постоянным 32-33 мг/л. В целом наблюдается повышение средних цикличных значений мутности до 1945 года (35,11 мг/л), затем идет понижение.

В заключение в работе дан прогноз средних многолетних характеристик ионного стока и антропогенной их составляющей на ближайшее десятилетие.

Ключевые слова: гидрологические характеристики, гидрохимические характеристики, руслоформирующие расходы, сток, мутность, экологические функции, экологическое состояние.

ANNOTATION

Stepanan S.V. Dynamics regularities and ecological significance of hydrological and hydrochemical characteristics in the Siversky Donets basin.

Thesis for candidate's degree (Geography) on the speciality 11.00.07 - Hydrology of land,water resources, hydrochemistry. Geographical faculty of the Kyev National University by name of Taras Shevchenko, Kyev,1998.

This thesis is devoted to the found of dynamics regularities of hydrological and hydrochemical characteristics in the Siversky Donets basin, to its role in the creating of the present basin condition, to the estimate system of the basin condition on the grounds of the present hydrological and hydrochemical characteristics.

Key words: hydrological characteristics, hydrochemical characteristics, channel discharge, discharge, ecological function, ecological condition of water body, flow, silt load.

Размещено на Allbest.ru

...