Динаміка гідрологічного і гідрохімічного режимів на ділянці середнього та нижнього Дністра

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОДЕСЬКИЙ ГІДРОМЕТЕОРОЛОГІЧНИЙ ІНСТИТУТ

КОВАЛЕНКО ЛЮДМИЛА БОРИСІВНА

УДК 556.535

ДИНАМІКА ГІДРОЛОГІЧНОГО І ГІДРОХІМІЧНОГО РЕЖИМІВ НА ДІЛЯНЦІ СЕРЕДНЬОГО ТА НИЖНЬОГО ДНІСТРА

11.00.07 - гідрологія суші, водні ресурси, гідрохімія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата географічних наук

Одеса - 2000

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Одеському гідрометеорологічному інституті

Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: доктор географічних наук, професор Гопченко Євген Дмитрович, Одеський гідрометеорологічний інститут, проректор з наукової роботи.

Офіційні опоненти: доктор географічних наук, професор Єлісеєва Євгенія Володимирівна, Одеський державний університет ім. І.І. Мечнікова, професор кафедри фізичної географії та природокористування; кандидат географічних наук, Войцехович Олег Вадимович, Український науково-дослідний гідрометеорологічний інститут, заступник директора з науки

Провідна установа: Київський національний університет ім.Тараса Шевченка, кафедра гідрології та гідрохімії, Міністерство освіти і науки України, м.Київ

Захист відбудеться “28” _вересня_ 2000 р. о _14_ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 41.090.01 Одеського гідрометеорологічного інституту за адресою: 65016, м.Одеса-16, вул.Львівська 15, ОГМІ

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Одеського гідрометеорологічного інституту за адресою, м.Одеса-16, вул.Львівська 15, ОГМІ

Автореферат розісланий “26” _серпня_ 2000 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Лобода Н.С.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. В умовах зростаючого антропогенного навантаження в басейні р.Дністер однієї з пріоритетних задач є комплексне дослідження гідрологічного і гідрохімічного режимів ділянок нижнього і середнього Дністра. Таким чином, актуальність даної роботи визначається необхідністю виявлення спрямованості і розмірів впливу господарської діяльності на русловий процес і якість води нижнього і середнього Дністра. Найбільш повно це питання може бути вивчене на основі натурних досліджень.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження виконувалися в рамках міжнародної програми по завданню ДКНТ № ДР 02860041411 “Розробити теоретичне обгрунтування методів прогнозу руслового процесу у річках стосовно до різних регіонів країни та видів інженерних споруд” та № ДР 02910010959 “Розробити теоретичні основи і практичні рекомендації по управлінню русловими процесами, включаючи прогнозування руслових процесів в розвинених системах обвалування". В теперешній час робота проводиться по плану НДР кафедри гідрології суші ОГМІ “Стік наносів річок України".

Мета і задачі дослідження. Метою роботи було встановлення основних закономірностей і напряму впливу різних інженерних споруд та заходів в руслі річки на гідролого-морфометричні та гідрохімічні характеристики потоку. Згідно з метою дослідження поставлені такі конкретні задачі:

- розробити методику натурних досліджень полів швидкості і мутності;

встановити закономірності зміни кінематичної структури потоку на ділянках річок з русловиправними спорудами і русловими кар'єрами;

- виявити просторово-часові характеристики зміни змулених і донних наносів на ділянках річки з русловиправними спорудами і русловими кар'єрами;

отримати кількісні характеристики сорбційної здатності донних відкладень по відношенню до забруднюючих речовин різних класів;

встановити закономірності зміни гідрохімічного режиму в умовах господарської діяльності.

Об'єктом дослідження є гідрологічний і гідрохімічний режими на ділянках середнього і нижнього Дністра.

Предметом дослідження служать кінематична структура потоку, характеристики змулених і донних наносів, якісні показники води в природних і порушених господарською діяльністю умовах.

Методи дослідження - натурний експеримент, статистичний аналіз і просторово-часове узагальнення даних.

Наукова новизна одержаних результатів полягає у тому, що вперше на підставі чисельних натурних досліджень отримано ряд важливих результатів щодо вирішення задачі комплексного дослідження гідрологічного і гідрохімічного режимів середнього та нижнього Дністра. При цьому:

обгрунтовано методику досліджень полів швидкості і мутності в широкому діапазоні частот;

уперше виявлені коливання швидкості і мутності з періодами від 20-30 с до 7-8 діб і встановлені їх причини;

встановлені закономірності і надано кількісну оцінку впливу русловиправних споруд і руслових кар'єрів на кінематичну структуру потоку;

виконано кількісну і якісну оцінку особливостей транспорту змулених і донних наносів на ділянках річки з русловиправними спорудами і русловими кар'єрами;

встановлено, що в меженний період кар'єрні виїмки є джерелами вторинного забруднення річки;

виявлені закономірності зміни гідрохімічного режиму на ділянках середнього й нижнього Дністра при наявності інженерних споруд;

виявлені закономірності винесення хімічних елементів з мулу в річкову воду на ділянці річки в районі Одеського водозабору.

Практичне значення одержаних результатів полягає у тому, що запропоновано методику дослідження полів швидкості та мутності і розроблено рекомендації щодо відбору проб змулених наносів у два строки (8 та 20 годин). На основі експериментальних досліджень встановлено, що видобуток піщано-гравійних сумішей (ПГС), а також будівництво русловиправних споруд спричиняють серйозні негативні наслідки, головними з яких є дефіцит наносів нижче кар'єрних розробок, порушення кінематичної структури потоку. Певним чином це позначається на якості води. Отримані результати можуть бути використані в науково-виробничих підрозділах Держводгоспу України, Мінекоресурсів України (департамент Гідрометслужби і моніторингу навколишнього середовища).

Особистий внесок здобувача. Автор брав участь у всіх експедиційних дослідженнях, матеріали яких використані в роботі, а саме: при плануванні і проведенні натурних експериментів, обробці і узагальненні наукових матеріалів. Результати цієї роботи опубліковано в співавторстві з науковим керівником, а також з колегами по кафедрі гідрології суші ОГМІ. Автору в цих роботах особисто належить огляд і аналіз матеріалів по стоку змулених і донних відкладень, обробка, розрахунок, розробка розрахункових залежностей щодо гранулометричного складу донних і змулених наносів, отримання і обробка даних по низькочастотних коливаннях полів швидкості і мутності, аналіз гідрохімічних матеріалів.

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідались на IV науковій конференції “Закономерности проявления эрозионных и русловых процессов в различных природных условиях” (МДУ ім.М.В.Ломоносова, 1987), на конференціях молодих вчених та спеціалістів (Державний гідрологічний інститут, Ленінград, 1985, 1988), на III науковій конференції “Динамика и термика рек, водохранилищ и окраинных морей” (Інститут водних проблем АН СРСР, 1989), науковій конференції по підсумках НДР ОГМІ (1995), на міжнародному науково-практичному семінарі “Эколого-экономические проблемы Днестра” (Одеса, 1997).

Публікації. Результати дисертаційних досліджень опубліковані у 3 статтях наукових видань, рекомендованих ВАК України, 2 доповідях, 7 тезах доповідей та 7 депонованих працях.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, семи розділів, висновків, списку використаних джерел, двох додатків. Загальний обсяг роботи міститься на 203 сторінках машинописного тексту, враховуючи 59 рисунків, 11 таблиць, 2 додатки на 9 сторінках, список використаних джерел, до якого входить 138 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовується актуальність, наукова новизна, практична значущість дисертаційної роботи, формулюється мета і задачі дослідження, викладаються основні положення і результати, що виносяться на захист.

У першому розділі дається гідрологічна характеристика середнього і нижнього Дністра, яка включає загальні відомості по досліджуваному району, гідрологічну вивченість. Детально розглянуто питання водного режиму, твердого стоку, руслових процесів, гідрохімічного режиму.

Досліджено циклічність в рядах річного стоку, максимального стоку весняної повені і дощових паводків, мінімального стоку і річного стоку наносів. Отримані рівняння регресії для стоку води і наносів по водпостах м. Залещики і м. Бендери. Проведений аналіз однорідності рядів гідрологічних величин.

У другому розділі наводиться огляд сучасної антропогенної діяльності в басейні р. Дністер і обгрунтовується напрям досліджень. Аналізуються причини, які зумовили погіршення екологічного стану Дністра після будівництва Дністровської ГЕС. Зроблено докладний огляд натурних досліджень, проведених на декількох перекатах нижнього Дністра. Встановлено, що активний забір грунту з руслових кар'єрів приводить до зниження (посадки) рівнів, і, як наслідок, до збільшення уклонів і швидкостей течії води. Зазначається, що в умовах зарегульованості середнього Дністра виправні та днопоглиблюючі роботи відновлюють природні функції перекатів і сприяють поліпшенню судноплавного шляху. Наводяться дані по вивченню хімічного складу і якості води середнього і нижнього Дністра.

У третьому розділі детально розглядаються напрям і методика досліджень. Питання методології теоретичних, лабораторних і натурних досліджень впливу активних руслових споруд на елементи гідрологічного режиму представлені в роботах К.В.Грішаніна (1990), Б.Ф.Сніщенко (1976), А.В.Караушева (1977), В.В.Дегтярьова (1986), М.Б.Баришникова (1990). Оцінка результатів антропогенного впливу на природні води найбільш докладно дається в роботах А.М.Ніканорова (1986), О.О.Альокина (1964).

З урахуванням виконаного раніше і, виходячи з того, що вивчення режиму наносів і мінливості гідрохімічних характеристик в умовах антропогенної діяльності повинно носити комплексний характер, дослідження здійснювалися у трьох напрямах:

а) динаміка змулонесучого потоку;

б) руслові процеси;

в) гідрохімічний режим.

В роботі дається характеристика кожного з цих напрямів. Запропонована власна методика досліджень мінливості полів швидкості і мутності. Приводиться опис експериментальних ділянок: на середньому Дністрі - ділянка з русловиправними спорудами (505,2-495,5 км від гирла), на нижньому Дністрі - ділянка з русловими кар'єрами у с.Карагаш (181,0-171,0 км від гирла) і ділянка Одеського водозабору (15,0-23,0 км від гирла).

Четвертий розділ присвячений дослідженням тимчасової мінливості полів швидкості і мутності. На основі натурних вимірювань, проведених Одеським гідрометеорологічним інститутом за безпосередньою участю автора на р.Дністер, виявлені коливання швидкості і мутності в широкому діапазоні частот - від 20-30 с до 7-8 діб. Встановлено, що коливання швидкості і мутності з масштабами порядку 20-30 с пов'язані з проходженням збурень підвищеної енергії. Оцінка внутримісячної мінливості швидкості і мутності показала, що часовий хід мутності і швидкості відповідає зміні рівнів води з періодами 7-8 діб, що зумовлено графіком роботи Дубосарського водосховища (добового регулювання). Високо- і низькочастотні коливання швидкості і мутності мають близькі амплітуди, які становлять 20-30% від середніх величин. Інтенсивність коливань мутності збільшується із зростанням інтенсивності коливань швидкості. При цьому остання в 2-2,5 рази більша біля дна і в 4-5 раз - біля поверхні менше інтенсивності коливань мутності.

Отримані результати дозволяють дати попередні рекомендації по відбору проб змулених наносів на ділянці нижнього і середнього Дністра в два терміни, а саме: в 8 і 20 годин (в межах існуючих нормативів по точності обліку стоку наносів).

У п'ятому розділі розглянуті особливості кінематики потоку та транспорту наносів на ділянці річки з русловиправними спорудами. Встановлено, що русловиправні споруди викликають локальні зміни полів осереднених швидкостей на ділянці річки. По довжині річки спостерігається значне збільшення швидкостей у транзитній частині потоку і істотне їх зменшення - в межах водовертних зон. По глибині потоку спостерігається заглиблення максимуму швидкості на рівень 0,2 Н, зменшення вертикальних градієнтів швидкості в транзитній частині потоку і появі негативних градієнтів швидкості - у міжнапівзагатних просторах. Точність апроксимації вертикальних профілів швидкості логарифмічною і степеневою залежністю не висока.

Детально розглянуті питання транспорту змулених і донних наносів. Встановлено, що русловиправні споруди (напівзагати, струєнаправляючі дамби) помітно впливають на розподіл наносів на ділянці річки. При цьому відбувається інтенсивне занесення змуленими наносами просторів нижче за струєнаправляючими дамбами і міжнапівзагатами. Ці висновки стосуються лише меженного періоду, коли русловиправні споруди перебувають у незатопленому стані.

Русловиправні споруди мають суттєвий вплив на розподіл мутності по глибині. По епюрах мутності на досліджуваній ділянці виділено три характерних їх форми:

розподіл мутності по глибині потоку близький до теоретичного, тобто спостерігається плавне збільшення мутності від поверхні до дна (характерно для ківшевих просторів);

епюри характеризуються різким зростанням мутності від поверхні до точки 0,2-0,6Н, а потім спаданням до дна. (відмічається в зоні транзитного потоку міжнапівзагатних просторів);

епюри мутності, що мають чітко виражений двошаровий характер (у зоні стислого перетину в створі напівзагат).

Розрахунок розподілу концентрації зважених наносів по вертикалі по різних формулах дифузійної теорії показав, що найбільша точність апроксимації отримана при використанні формули Х.Рауза. Цей висновок відноситься до епюр мутності першого і другого типу.

В діапазоні мутності від 3,0 до 35,0 г/м³ встановлено наявність тісного зв'язку між середньою по вертикалі мутністю і її значенням в точці 0,6H - , вигляду

. (1)

При наявності на ділянці русловиправних споруд відбуваються зміни умов формування гідравлічних характеристик і полів мутності для транзитного потоку і ківшевих просторів. Аналітична апроксимація отриманих даних дозволила обгрунтувати залежності між середньою мутністю по перетину і коефіцієнтом шорсткості n:

- для транзитного потоку

; (2)

- для ківшевих просторів

(3)

Аналітичне вираження для розрахунку транспортуючої здатності потоку має вигляд:

, (4)

де - середня швидкість потоку;

Н - глибина потоку;

- гідравлічна крупність змулених наносів.

Будівництво русловиправних споруд викликало зростання швидкостей в транзитній частині потоку і, як наслідок, частковий розмив донних відкладень, внаслідок чого відносно дрібний матеріал був винесений і перевідкладений в нижній частині перекату. Також спостерігається заповнення міжнапівзагатних просторів наносами дрібних фракцій.

На досліджуваній ділянці мають місце як оборотні, так і безповоротні деформації річкового дна. Найбільш інтенсивне заглиблення русла (до 2,5 м) відмічається в створі нижньої напівзагати, яка по довжині і степені стиснення потоку перевершує інші.

У шостому розділі розглянуті динамічні і кінематичні умови транспорту наносів на ділянці річки з русловим кар'єром.

Виявлено, що особливість подовжнього розподілу швидкості над кар'єрною виїмкою полягає в зменшенні значень середньої швидкості від верхового укосу до центральної частини кар'єру і підвищенні - до низового. Після припинення здобичі піщано-гравійної суміші (ПГС) розподіл швидкостей над кар'єрною виїмкою стає більш рівномірним. Це пов'язано з вирівнюванням швидкостей в напрямі від верхньої брівки кар'єру до транзитної області за рахунок згладжування верхової брівки кар'єру. Відношення середніх швидкостей на характерних ділянках кар'єру в різні періоди їх розробки становлять 0,68-1,10.

Видобуток піску і гравію в прибережній частині русла приводить до утворення водовертних зон шириною 20-30 м і швидкостями течії, які дорівнюють 0,04-0,11 м/с. На границі водовертних зон та транзитного потоку формуються нестійкі утворення, порівнянні з глибиною потоку.

У зв'язку зі значною зміною морфології русла на ділянці вище кар'єру відмічено зміщення динамічної осі потоку від лівого берега до середини річки на 0,25-0,3 її ширини.

Після припинення здобичі ПГС з русла кар'єри по мірі їх заповнення наносами, враховуючи кінематичну структуру потоку, будуть працювати як плесові ділянки. Однак, водовертні і застійні зони, що утворюються, можуть негативно позначитися на морфології русла і зумовити повну перебудову руслового процесу.

По характеру розподілу мутності по глибині потоку виділено два його типи:

над кар'єрною виїмкою максимум мутності в більшості випадків зміщений на глибину 0,8 Н;

на дільниці вище і нижче руслового кар'єру, де режим близький до побутового, мутність зменшується від дна до поверхні.

Найкращий збіг розрахункових і виміряних эпюр мутності дає формула Х. Рауза.

Подовжній розподіл мутності на досліджуваній ділянці оцінений за даними натурних вимірювань за різні роки. Режим мутності на ділянці визначається надходженням неруслових наносів і в межах кар'єру пов'язаний з швидкістю потоку. У свою чергу, швидкість потоку залежить від водності річки, розмірів кар'єрної виїмки. Так, довжина кар'єрної виїмки збільшилася з 500 м в 1984 р. до 1500 м - в 1989-1990 рр. Для перших двох років (1984-1985 рр.) підтверджується відмічена закономірність, що при збільшенні розмірів виїмки швидкості потоку в кар'єрі зменшуються, що в свою чергу і викликає більш інтенсивне осадження змулених наносів. Це справедливо при відсутності водовертних і застійних зон. У 1989-1990 рр. при максимальних розмірах кар'єру спостерігалося збільшення середньої по перетину швидкості потоку до 0,32 м/с, а відсоток осадження знизився до 26. Пов'язане це з тим, що в процесі розробки кар'єру, як відмічалося, формуються обширні водовертні і застійні зони, які найбільш інтенсивно заповнюються наносами, особливо в період повені. При цьому після припинення видобутку ПГС швидкості течії в межах цих

зон значно зменшуються, а в транзитній частині потоку - збільшуються до 0,30-0,35 м/с, тобто йде процес “відособлення" транзитного потоку, який переносить основну масу наносів, що і приводить до менш інтенсивного осадження останніх в межах кар'єрної виїмки.

Використовуючи дані натурних вимірювань, виконана оцінка зв'язку середньої по вертикалі мутності зі значеннями мутності по глибині потоку. Для руслового кар'єру в діапазоні мутності від 1,5 до 70 г/м³ встановлений досить тісний зв'язок між середньою по вертикалі мутністю і мутністю в точці 0,6Н який має вигляд

(5)

Встановлена зміна умов формування гідравлічних характеристик і поля мутності на різних стадіях розробки кар'єру і після її припинення. Отримана залежність між середньою мутністю і коефіцієнтом шорсткості вигляду

(6)

Для розрахунку транспортуючої здатності в русловому кар'єрі запропонована залежність

(7)

Досліджено просторово-часову динаміку гранулометричного складу донних наносів. Значення середніх діаметрів донних наносів по довжині досліджуваної ділянки повсюдно поменшали майже в два рази. Різке зменшення значень всіх параметрів донних наносів після припинення здобичі ПГС в кар'єрі зумовлено занесенням кар'єрних ям фракціями діаметром менше 0,1 мм. Вміст мулких фракцій в кар'єрі в 1989 р. досяг 65-80%. Потужність мулових відкладень в кар'єрних ямах зросла з 2,0-2,5 м (по даних 1986 р.) до 4,0 м (в 1989 р.).

На ділянці нижче кар'єрних ям відбувається поступове замулення вздовжберегових зон. У стрижневій частині потоку, де швидкості руху води значні і мулові фракції проносяться транзитом, переважає дрібний і середньозернистий пісок.

Оцінка трансформації подовжнього профілю дна річки проведена на основі детальних руслових зйомок в умовах заносимості кар'єру в 1989-1991 рр., а також по матеріалах руслових зйомок експедицій ОГМІ за 1983-1987 рр.гідрохімічний режим коливання

Повсюдно, за винятком стрижневої частини русла, кар'єр заповнювався наносами. Інтенсивніше усього заносяться застійні зони поблизу берегів, відмічається поступове заболочування вздовжберегової смуги. Нижче кар'єрної виїмки після припинення здобичі ПГС спостерігається значне поглиблення русла. У 1100 м від низового укосу кар'єру розмив русла з 1987 по 1989 рр. досяг 1,5 - 2,0 м.

З цього можна зробити висновок, що кар'єрні виїмки на ділянці є зонами акумуляції тягнених і змулених наносів. У зв'язку з локалізацією потоку, що спричиняє збільшення швидкостей в транзитній частині потоку, відбувається інтенсивний процес відкладення наносів у вздовжберегових зонах з подальшим їх заболочуванням.

У сьомому розділі розглянуті особливості гідрохімічного режиму середнього і нижнього Дністра в умовах господарської діяльності. Гідрохімічний режим на ділянці річки з русловиправними спорудами вивчався по даних 9 гідрохімічних розрізів. Проби відбиралися на ділянці вище напівзагат, в стрижневій і обмеженій напівзагатами частинах потоку, в межах ківшевих просторів, а також на ділянці нижче напівзагат.

Повсюдно спостерігається значний вміст розчиненого кисню (від 94 до 119%), водневий показник (рН) становив 7,70-8,23 одиниць рН, вміст двоокису вуглецю - не перевищував 15%. Підвищений вміст кисню в ківшевих просторах вказує на достатній водообмін в межах межківшевих зон.

В умовах хорошого водообміну русловиправні споруди (напівзагати) не мають негативного впливу на гідрохімічний режим.

На дільниці річки, де ведеться здобич ПГС з русла, вплив руслового кар'єру виявляється по різному. Вище руслового кар'єру, де режим близький до непорушеного, спостерігається незначна зміна гідрохімічних параметрів по ширині і глибині потоку. Осереднені по перетину значення склали: кисню -55%, рН - 7,8, мінералізації - 0,45 г/л, сірководень в пробах не був виявлений.

В зоні кар'єру середня насиченість киснем в придонних областях виявилася рівною 18%, а осереднена по перетину - 49,2% (мінімальна на досліджуваній дільниці). При цьому в застійних зонах вміст кисню був на 10% менше, ніж на стрижні. Концентрація сірководню в придонних областях знаходилася в межах 0,3-1,37 мг/л, що пояснюється наявністю в цих місцях високодисперсної органічної фази.

На ділянці, що знаходиться нижче кар'єру мінімальний вміст кисню в придонній області становив 27%, а осереднений по перетину - 52,2%. Відмічено, що градієнт падіння концентрації кисню на даному перерізі виявився менш сприятливим, в порівнянні з ділянкою непорушеного режиму, що є наслідком утворення наносів і продуцювання сірководню (до 0,16 мг/л).

Вплив мулових відкладень на якість води нижнього Дністра розглянутий для району Одеського водозабору. Надано оцінку процесів обміну між донними відкладеннями і водою на цій ділянці. Враховуючи високу сорбційну місткість високодисперсних відкладень, об'єктами аналізу були проби мулу, відібрані в ямах і на прибережних ділянках.

У поровій воді донних відкладень визначався вміст кальцію, магнію, хлоридів, сульфатів, загальна жорсткість, в донних відкладеннях - валовий вміст нафтопродуктів, летючих з парою фенолів, важких металів, хлорорганичних пестицидів.

Мулові розчини містять значні кількості кальцію і хлоридів. Загальна жорсткість перевищує граничний норматив для води водойм (10 ммэ/л) в 1,2-2,8 рази. Сульфати практично не виявлені. Вміст важких металів: кадмію, свинця, міді, цинку (3, 20, 53 і 87-110 мг/кг, відповідно) в усіх пробах не перевищував ПДК, встановлених для грунтів, оскільки для донних відкладень вони ще не розроблені. Хлорорганичні пестициди виявлені у слідових кількостях і значно нижче за ПДК, встановлених на деякі з них для грунтів.

Для оцінки сорбційної здатності донних відкладень по відношенню до забруднюючих речовин різних класів були розраховані коефіцієнти накопичення kн, що являють собою відношення концентрацій окремих інгредієнтів в донних відкладеннях () і у воді (), тобто

. (8)

Зроблений висновок про те, що при зміні фаз гідрологічного режиму, фізико-хімічних умов, при гідротехнічних роботах з більшою або меншою імовірністю будуть розвиватися процеси десорбції, які приводять до вторинного забруднення водного середовища інгредієнтами і продуктами їх трансформації.

Були проведені спеціальні натурні дослідження для вивчення властивостей поверхні розділу донні відкладення - вода. Встановлено, що на поверхні розділу знаходиться тонкий (1-3 см) “зважений" шар мулу, під яким його густина зростає (“щільний" шар). Зважений шар є перехідним як по воднофізичним, так і за фізико-хімічними характеристиками.

Зіставлення типів річкової і порової води (за змістом головних іонів) показало, що при низькій водності спостерігається зміщення складу порової води до гідрокарбонатно-натрієвого типу, в той час як гідрокарбонатно-кальцієвий тип річкової води не змінювався.

Вивчався характер зміни водневого показника (рН) і окислювально-відновного потенціалу (Еh) поблизу поверхні розділу. При зменшенні цих показників збільшується частка розчинних форм, які є фізіологічно більш активними.

Таким чином, в шарі мулу товщиною біля 15 см від поверхні розділу спостерігається активна взаємодія хімічних сполук, що знаходяться в річковій і поровій воді і в скелеті грунту. В нижніх шарах мулу, внаслідок малої проникності, ймовірно, переважають повільно протікаючі, при дефіциті кисню, внутрігрунтові процеси. Форми з'єднань елементів, що утворюються в зоні активної взаімодії мають різну швидкість дифузії і адсорбційну здатність, впливаючи на спрямованість і інтенсивність масообміну між річковою водою і грунтом.

Використовуючи рівняння молекулярної дифузії проведений розрахунок дифузії іонів з мулових відкладень. Розраховані швидкості дифузії солей з мулу по сезонах. Виявлено, що найбільш інтенсивно відбувається процес винесення хімічних елементів з мулу в річкову воду в періоди літо-осінь.

ВИСНОВКИ

У дисертації наведене узагальнення і здійснено нове вирішення наукової задачі, що полягає в дослідженні впливу господарської діяльності на гідрологічний та гідрохімічний режими середньої і нижньої течії Дністра.

Головні наукові і практичні результати роботи:

1. Стік річки Дністер (нижче м.Залещики) є в основному транзитним, амплітуди коливань максимальних витрат дощових паводків досягають в окремі роки 2200 м³/с, в той час як для максимальних витрат весняної повені вони не перевищують 550-600 м³/с. Амплітуда коливань значень модуля стоку наносів у м.Залещики досягає 200 т/км², а у м.Бендери - вона не перевищує 35,0 т/км². Тим самим підтверджений факт, що Дубосарське водосховище перехоплює основну частину стоку наносів (на рівні 1990 р.).

2. Оцінка вихідної інформації (рядів річного стоку води і наносів, максимальних витрат весняної повені і дощових паводків, мінімального стоку) показала, що господарська діяльність у верхів'ях Дністра (руслові кар'єри, обвалування русла, інтенсивне орання земель і т.д.) має значний вплив на стік наносів у м.Залещики, нижче Дубосарського водосховища відбувається різке зниження максимальних витрат стоку наносів.

3. Виявлені коливання швидкості і мутності з періодами від 20-30 с до 7-8 діб. Інтенсивність коливань мутності збільшується із зростанням інтенсивності коливань швидкості потоку. Розроблена методика натурних досліджень мінливості полів швидкості і мутності. У межах існуючих нормативів по точності обліку стоку наносів запропоновані рекомендації по відбору проб змулених наносів в два терміни (в 8 і 20 годин).

4. Русловиправні споруди викликають локальні зміни поля осереднених швидкостей на ділянці річки. Відмічається значне збільшення швидкостей в транзитній частині потоку і суттеве їх зменшення - в межах водовертних зон. При цьому спостерігається порушення логарифмічного закону розподілу швидкостей на вертикалях, заглиблення гідравлічного центра, вирівнювання швидкостей по глибині.

5. У меженний період напівзагати, струєнаправляючі дамби впливають на розподіл витрат води і наносів на ділянці річки. Відбувається інтенсивне занесення змуленими наносами просторів нижче за струєнаправляючих дамб і міжнапівзагатами.

6. Русловиправні споруди спричиняють перерозподіл концентрації змулених наносів по глибині. Встановлено, що серед існуючих методів найбільш відповідним для оцінки вертикальних розподілів мутності в ківшевих просторах є формула Х.Рауза.

7. Будівництво русловиправних споруд спричиняє збільшення швидкостей в транзитній частині потоку і, як наслідок, частковий розмив донних відкладень, внаслідок чого відносно дрібний матеріал виноситься і відбувається його перевідкладення в нижній частині перекату. Міжнапівзагатні простори заповнюються наносами дрібних фракцій.

8. Впливу русловиправних споруд на гідрохімічний режим не виявлено.

9. Після припинення здобичі ПГС з русла річки відмічається розширення застійних і водовертних зон, що спричиняє потім повну перебудову руслового процесу.

10. Поступово при заповненні кар'єрів наносами останні працюють як плесові ділянки.

11. Встановлені залежності середньої мутності на вертикалі від основних гідравліко-морфологічних характеристик потоку.

12. Запропонована залежність між середньою мутністю і коефіцієнтом шорсткості.

13. Встановлено, що кар'єрні виїмки є зонами акумуляції тягнених і змулених наносів. Після припинення здобичі ПГС з русла річки відбувається поступове замулення вздовжберегових зон на ділянках нижче кар'єрних ям, що надалі приводить до їх заболочування.

14. Відмічені довготривалі зміни гідрохімічного режиму в районі кар'єрних виїмок, внаслідок порушення гідролого-гідродинамічних характеристик потоку (швидкості потоку, гранулометричного складу грунтів) і фізико-хімічних особливостей донних відкладень, які утворюються. Зниження швидкості течії в кар'єрних ямах сприяє накопиченню забруднюючих речовин в донних відкладеннях.

15. Для оцінки сорбційної здатності донних відкладень по відношенню до забруднюючих речовин різних класів розраховані коефіцієнти накопичення окремих інгредієнтів. Найбільш високі коефіцієнти встановлені для кадмію (до 5800 мг/кг) і свинцю (до 1500 мг/кг). Для нафтопродуктів сорбційна здатність донних відкладень досягає 3500 мг/кг.

16. При зміні фаз гідрологічного режиму, фізико-хімічних умов, провадженні гідротехнічних робіт можливий розвиток процесів десорбції, що приводить до вторинного забруднення водного середовища інгредієнтами і продуктами їх трансформації. Найбільш інтенсивний процес винесення хімічних елементів з мулу в річкову воду відбувається в період літо-осінь.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗДОБУВАЧА ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Гринвальд Д.И., Дормостученко Г.М., Никора В.И., Коваленко Л.Б. О взаимодействии пульсаций скорости и мутности в русловых потоках с грядовым дном . Метеорология и гидрология, № 3, 1985 г. - С.105-110.

Никора В.И., Борик С.А., Коваленко Л.Б., Дрожжин В.С., Шакирзанова Ж.Р. Некоторые результаты экспериментальных исследований влияния русловых карьеров на гидравлический режим потока и деформации русла // Метеорология, климатология и гидрология. Вып.23, 1987. - С.35-41.

Борик С.А., Коваленко Л.Б. Особенности транспорта донных и взвешенных наносов на участках реки с русловым карьером // Метеорология, климатология и гидрология. Вып. 28, 1992 г. - С.31-37.

Коваленко Л.Б. Некоторые особенности гидрохимического режима р.Днестр на участках с активными инженерными сооружениями // Метеорология, климатология и гидрология. Вып.41, 2000. - С.3-8.

Никора В.И., Коваленко Л.Б., Ехнич М.П. О низкочастотных колебаниях пульсаций мутности и скорости в речном потоке // Вопросы гидрологии суши. Доклады конференции молодых ученых и специалистов. - Л.:Гидрометеоиздат, 1991. - С.180-185.

Коваленко Л.Б. Транспортирующая способность потока и распределение мутности по глубине на примере р.Турунчук //Деп. в ИЦ ВНИИГМИ-МЦД 10.06.1983 г., №208 гм - Д83. - 10 с. - Аннот. в РЖ ВИНИТИ, 1983. - №11. - С.41.

Борик С.А., Дрожжин В.С., Коваленко Л.Б., Колесник А.Д. Влияние русловыправительных сооружений на транспорт наносов и деформации русла на участке среднего Днестра по данным натурных исследований //Деп. в ИЦ ВНИИГМИ-МЦД 14.06.1989 г., № 920 гм - 89. - 16 с. - Аннот. в РЖ ВИНИТИ, 1989. - №10. - С.41.

Ехнич М.П, Коваленко Л.Б., Красильникова Т.Н. К вопросу оценки характеристик транспорта взвешенных наносов в русловом карьере // Деп. в ГНТБ Украины 14.10.1993 г., № 1972-Ук93.- 10 с. - Аннот. в библиогр. указ. ВИНИТИ, 1993. - №12(266).

Борик С.А., Ехнич М.П., Коваленко Л.Б. Особенности транспорта наносов в условиях антропогенного воздействия на речной поток // Тезисы докладов IV межд. конф. “Динамика и термика рек, водохранилищ и окраинных морей”, т.1. - М., 1994. - С.200- 201.

Гопченко Є.Д., Борик С.А., Бояринцев Є.Л., Гушля О.В., Коваленко Л.Б., Шевченко В.Ф. Динаміка змінювання структури сольового складу води в нижній течії Дністра // Тезисы докладов межд. научн.-практ. семин. “Эколого-экономические проблемы Днестра”. - Одесса., 1997. - С.35-36.

Борик С.А., Ехнич М.П., Коваленко Л.Б. Некоторые особенности формирования руслового аллювия речных карьеров (на примере р.Днестр) // Тезисы докладов IV межд.конф. “Новые идеи в науках о Земле”, т.3 - М., 1999. - С.43.

АНОТАЦІЇ

Коваленко Л.Б. Динаміка гідрологічного та гідрохімічного режимів на ділянці середнього та нижнього Дністра. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата географічних наук. - Спеціальність 11.00.07 - гідрологія суші, водні ресурси, гідрохімія. - Одеський гідрометеорологічний інститут, Одеса, 2000.

Дисертація присвячена проблемі встановлення впливу антропогенних заходів на гідрологічний та гідрохімічний режими на ділянках середнього та нижнього Дністра. На основі натурних даних розроблена методика дослідження коливань полів швидкості і мутності в широкому диапазоні периодів та встановлені причини цих коливань. Виявлені динамічні та кінематичні умови транспорту наносів на ділянках річки з русловиправними спорудами та русловими кар'єрами.

Досліджено особливості гідрохімічного режиму на ділянках річки з активними інженерними спорудами та вплив мулових відкладень на якість води нижнього Дністра (на ділянці Одеського водозабору).

Ключові слова: мутність, наноси, донні відкладення, якість води, русловиправні споруди, руслові кар'єри.

Коваленко Л.Б. Динамика гидрологического и гидрохимического режимов на участке среднего и нижнего Днестра. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук. - Специальность 11.00.07 - гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия. - Одесский гидрометеорологический институт, Одесса, 2000.

Исследована цикличность в рядах различных гидрологических характеристик.

На основе натурных экспериментов разработана методика исследований полей скорости и мутности в широком диапазоне частот. Выявлены колебания скорости и мутности с периодами от 20-30 с до 7-8 суток и установлены причины этих колебаний.

Для участков реки с русловыправительными сооружениями и русловыми карьерами выявлены особенности кинематики потока и транспорта наносов.

На участке с русловыправительными сооружениями выделено две основные зоны: транзитный поток и ковшовое пространство.

Влияние русловыправительных сооружений на кинематику потока проявляется в значительном увеличение скоростей в транзитной части потока и существенном их уменьшении - в пределах водоворотных зон. По глубине потока наблюдается заглубление максимума скорости на уровень 0,2Н, уменьшение вертикальных градиентов скорости в транзитной части потока и появление отрицательных градиентов скорости в межполузапрудных пространствах.

Детально рассмотрены вопросы транспорта взвешенных и донных наносов. Установлено, что русловыправительные сооружения (полузапруды, струенаправляющие дамбы) оказывают заметное влияние на перераспределение наносов на участке реки. При этом происходит интенсивное занесение взвешенными наносами пространств ниже струенаправляющих дамб и между полузапрудами. Данные выводы относятся только к меженному периоду, когда русловыправительные сооружения не затоплены.

Получены зависимости средней мутности на вертикали от основных гидравлико-морфологических характеристик потока.

Установлено, что для участков реки с русловыми карьерами после прекращения добычи песчано-гравийной смеси (ПГС) из русла, карьеры по мере заполнения наносами будут работать как плесовые участки. Возникшие водоворотные и застойные зоны могут отрицательно сказаться на морфологии русла и повлечь за собой полную перестройку руслового процесса.

Исследована пространственно-временная динамика взвешенных и донных наносов для участков реки с русловыми карьерами.

Продольное распределение мутности на исследуемом участке оценено по данным натурных измерений за различные годы. Режим мутности на участке определяется поступлением нерусловых наносов и в пределах карьера связан со скоростью потока. Установлено, что при увеличении размеров выемки скорости потока в карьере уменьшаются, что и вызывает более интенсивное осаждение взвешенных наносов.

После прекращения добычи ПГС идет процесс “обособления” транзитного потока, переносящего основную массу наносов, что приводит к менее интенсивному осаждению последних в пределах карьерной выемки. Установлено, что карьерные выемки на участке являются зонами аккумуляции влекомых и взвешенных наносов. В связи с локализацией потока, что влечет за собой увеличение скоростей в транзитной части потока, происходит интенсивный процесс отложения наносов во вдольбереговых зонах с последующим их заболачиванием.

Изучены особенности гидрохимического режима среднего и нижнего Днестра в условиях хозяйственной деятельности.

При хорошем водообмене русловыправительные сооружения (полузапруды) не оказывают негативного влияния на гидрохимический режим.

Влияние карьерных разработок на гидрохимический режим связывается с обнаружением в карьерных ямах сероводорода, что объясняется наличием в этих местах высокодисперсной органической фазы. Отмечено, что для участка реки ниже карьера градиент падения концентрации кислорода оказался менее благоприятным, по сравнению с участком ненарушенного режима, что является следствием образования наносов и продуцирования сероводорода.

Для участков нижнего Днестра установлены закономерности влияния иловых отложений на качество воды. Дана оценка процессов обмена между донными отложениями и водой на этом участке.

Проведены специальные натурные исследования для изучения свойств поверхности раздела донные отложения - вода. Получено, что в слое ила толщиной около 15 см от поверхности раздела наблюдается активное взаимодействие химических соединений, находящихся в речной и поровой воде и в скелете грунта. В нижних слоях ила, вследствие малой проницаемости, превалирует медленно протекающие при дефиците кислорода, внутригрунтовые процессы. Образующиеся в зоне активного взаимодействия формы соединений элементов имеют различную скорость диффузии и адсорбционную способность, влияя на направленность и интенсивность массообмена между речной водой и грунтом.

Ключевые слова: мутность, наносы, донные отложения, качество воды, русловыправительные сооружения, русловые карьеры.

Kovalenko L.B. The dynamics of the hydrological and hydrochemical conditions of the Middle and the Lower Dniester. - Manuscript.

Thesis for a candidate's degree by speciality 11.00.07 - the hydrology of the dry land, water resources, hydrochemistry. - The Odessa Hydrometeorological Institute, Odessa, 2000.

This thesis is devoted to the problem of the establishment of the influence of the anthropogenos actions on the hydrological and hydrochemical conditions on the length of the Middle Dniester and the Lower Dniester. The methods of the researches of the speed fields fluctuations and the turbidity in a vast diapason of the periods were worked out on the basis of the natural facts and the causes of these fluctuations were determined. And the dynamical and kinematical conditions of the transport of the alluviums on the lengths of the river with the river-bed-straighten constructions and river-bed sand-pits were also determined.

The features of the hydrochemical conditions on the lengths of the river with the active engineering constructions and the influence of the silt sediments on the quality of the water of the Lower Dniester were researched.

Key words: turbidity, alluviums, bottom sediments, quality of the water, river-bed-straighten constructions, river-bed sand-pits.

Размещено на Allbest.ru

...