Регіональний гідролого-екологічний аналіз руслових процесів

V_Qф > V_нр. (11)

При недотриманні умови (11) в розрахунок включається верхній інтервал руслоформуючої витрати Q_ф, що спостерігається при затопленій заплаві.

Використовуючи наведені положення, був розроблений алгоритм розрахунку екологічно допустимих витрат води, на базі якого проводилися подальші обчислення.

Необхідно також відзначити, що меженні ЕДВ мають досить тісні зв'язки з середніми багаторічними витратами води для басейнів Дністра, Південного Бугу, Дніпра, Сіверського Дінця та річок Приазов'я. Встановлено, що коефіцієнти кореляції між вказаними показниками змінюються для річок перших чотирьох басейнів в межах 0,90 0,97. Лише для річок Приазов'я r = 0,67, що пояснюється передусім значною антропогенною видозміненістю їх гідрологічного режиму.

Згідно методики, ЕДВ були розраховані для 54 річок України за даними 79 гідрологічних постів. Всі отримані результати попередньо були нормовані і склали основу районування території України за умовами проходження цих витрат. Для проведення районування був застосований кластерний аналіз, і в результаті виділено ХІ областей, які характеризуються однорідними параметрами проходження ЕДВ: Карпатська (І), Подільська (ІІ), Південно-Бузька (ІІІ), Західно-Поліська (IV), Східно-Поліська (V), Дніпровська Центральнолівобережна (VI), Дніпровська Південнолівобережна (VII), Дніпровська Правобережна (VIII), Північно-Сіверсько-Донецька (IX), Південно-Сіверсько-Донецька (X) та Приазовська (XI).

Найкращими умовами щодо проходження ЕДВ характеризуються карпатські та поліські річки, найгіршими - південні і східні водотоки ( спостерігається замулення та деградація їхніх русел). Отже, ЕДВ підпорядковуються певній зональності, хоча антропогенний вплив може суттєво порушувати закономірності їх проходження.

Разом з тим ці витрати можуть значною мірою відображати гідролого-екологічну ситуацію в річках з точки зору їх деградації (замулення) або відтворення (нормалізація умов функціонування саморегулюючої системи “потік-русло”). При розгляді ЕДВ була звернута увага на їхній взаємозв'язок і взаємовплив з якістю річкових вод та гідробіологічним режимом річок, що також визначає гідролого-екологічні умови в руслах річок.

В річковому потоці діє досить потужний механізм самоочищення, який пов'язаний із седиментацією дрібних частинок завислих речовин. Враховуючи це і з метою оцінки впливу екологічно допустимих витрат на якість річкових вод за величиною індексів забруднення води отримані гідрохімічні дані для деяких річок басейну Дніпра. Серед показників якості були використані сума іонів, феноли, СПАР, мідь і цинк. При порівнянні класів якості води, розрахованих для фактичних витрат та ЕДВ, встановлено, що якість річкових вод при проходженні останніх покращується. Це вказує на дуже важливу екологічну функцію вказаних витрат, яка полягає в тому, що при наявності ЕДВ створюються умови для “промивання” русла.

Поряд із вказаним, деградаційні процеси в руслах річок пов'язані також із їхнім заростанням. З метою визначення впливу ЕДВ на гідробіологічний режим було виконане їх порівняння з екологічно мінімальними витратами води, які необхідно зберігати в руслі для забезпечення нормального функціонування річкових екосистем у всі фази гідрологічного режиму (Яцик, 1998). Таке порівняння для вказаних витрат в періоди зимової і літньої межені засвідчило їхню близькість між собою, яка характеризується коефіцієнтами кореляції r = 0,44 і r = 0,96 відповідно. В першому випадку менш тісний зв'язок обумовлений частими відлигами в зимовий період і великим споживанням кисню.

Отже, ЕДВ виконують і суттєву гідробіологічну функцію. Крім цього вони створюють швидкісний режим, який забезпечує оптимальну взаємодію в системі “потік - русло - водна рослинність”.

П'ятий розділ “Екологічно необхідний стік” присвячений розгляду методики визначення ЕНС, регіональному аналізу цього стоку в залежності від умов руслоформування та розробленню рекомендацій щодо покращення вказаних умов на річках України.

Екологічна оцінка водності річок проводилась для середніх і маловодних років із забезпеченостями (ймовірностями перевищення) 50%, 75% і 95%. В багатоводні роки річки знаходяться в більш сприятливих з точки зору руслоформування умовах.

Методика визначення екологічно необхідного стоку базується на порівнянні об'ємів стоку за фазами водності і в цілому за рік для гідрографів реальних років (50%, 75% і 95%) і змодельованих гідрографів стосовно проходження ЕДВ. При цьому для побудови змодельованих гідрографів водопілля був застосований метод визначення максимальних витрат за Г.А.Алексеєвим. Але позитивні (менші від натурного) результати цей метод дає лише для років 50% забезпеченості. Для років 75% і 95% забезпеченостей до його застосування слід підходити більш обережно і виважено.Використовуючи наведену методику, за даними 84 гідрологічних постів на 58 річках України (басейни Тиси, Прута, Дністра, Південного Бугу, Дніпра, Сіверського Дінця та річки Приазов'я) був виконаний порівняльний регіональний аналіз змодельованого і натурного гідрографів.

На основі проведеного аналізу гідролого-екологічні умови прояву руслових процесів на вказаних річках були кваліфіковані за чотирма ознаками:

1) сприятливі, коли в усі роки (50%, 75% і 95%) величина ЕНС менша від реального стоку, тобто в усі фази водності потік забезпечує транспортування наносів і відсутнє замулення русла;

2) відносно сприятливі, коли хоча б в один із вказаних за водністю років перша умова не виконується;

3) відносно несприятливі, коли лише в один з років вказаних забезпеченостей реальний гідрограф має перевищення над змодельованим, тобто ймовірність замулення річки значно зростає;

4) несприятливі, коли для всіх років існує ситуація, зворотня першій позиції, тобто, коли в роки 50%, 75% і 95% забезпеченостей величина ЕНС більша від реального стоку. В останньому випадку русло замулюється і річка деградує. Вказані ознаки відображені на схемі гідролого-екологічних умов прояву руслових процесів на річках України

Наведена схема має деякі відмінності від районування за умовами проходження ЕДВ, що обумовлено регіональними особливостями формування стоку води і наносів, прояву руслових процесів і впливу господарської діяльності , але в загальних рисах вони подібні між собою.

Таким чином, найбільш лімітуючою з огляду на гідролого-екологічні закономірності прояву руслових процесів для малих і середніх річок є нижня межа їх водності (маловодні роки), коли формуються несприятливі умови транспортування наносів. Разом з тим для великих, ряду середніх рівнинних та гірських річок, в руслах яких активно проявляються горизонтальні і вертикальні деформації слід врахувати і такий аспект, як проходження високих водопіль і паводків, коли значно зростає транспортуюча здатність потоку, що може викликати певну екологічну напруженість у зв'язку з розмиванням берегів.

Елементарна статистика засвідчує, що лише 32,5% всіх розглянутих річок мають сприятливі і відносно сприятливі гідролого-екологічні умови прояву руслових процесів (і лише 18% - сприятливі). Разом з тим 67,5% всіх досліджених водотоків характеризуються відносно несприятливими і несприятливими умовами (35% припадає на несприятливі), що призводить до зростання екологічної напруженості в системі “потік-русло”.

В регіональному аспекті найбільш сприятливі умови руслоформування мають річки басейнів Прип'яті і Десни, а також ряд карпатських річок, що обумовлено в першому випадку їх підвищеною водністю, а в другому - гідравлічними особливостями потоку.

Найбільш несприятливі умови характерні для лівобережних притоків Дністра, річок басейну Південного Бугу, Інгульця, Самари, Осколу, Айдару, Лугані та річок Приазов'я. Основними їх причинами є мала водність, зарегульованість стоку, значний відсоток оранки в басейні, інтенсивна господарська діяльність, що призводить до порушення рівноваги в системі “потік-русло”.

Схема гідролого-екологічних умов прояву руслових процесів на річках України може слугувати інструментарієм у розробці рекомендацій, спрямованих на покращення гідролого-екологічних умов руслоформування і заходів щодо їхньої реалізації. Серед таких рекомендацій були запропоновані першочергові і перспективні, і при цьому був використаний територіально-басейновий підхід, згідно якого була проведена розробка вказаних рекомендації для річок басейнів Тиси, Дністра, Південного Бугу, Дніпра, Сіверського Дінця і річок Приазов'я.

У шостому розділі “Руслові процеси в нижніх б'єфах дніпровських ГЕС” виділені ділянки б'єфів, розроблена класифікація цих ділянок за характером прояву руслових процесів, запропоновані методичні положення аналізу процесів руслоформування і проведені їх дослідження в нижньому б'єфі Канівської ГЕС.

Біля третини довжини Дніпра в межах України, після зарегулювання стоку, припадає на сумарну протяжність нижніх б'єфів, що знаходяться в зонах виклинювання підпорів нижчерозташованих водосховищ. Тут водосховища набирають типових річкових рис з характерними закономірностями взаємодії потоку і русла. Загальною рисою прояву руслових процесів в цих зонах є їхня дискретність в часі і просторі.

Дослідженнями встановлено, що для шести водосховищ Дніпровського каскаду довжина ЗВП при НПР складає 202 км. В цих зонах розповсюджені п'ять типів русел - меандруюче з поодинокими розгалуженнями (5%), заплавна багаторукавність на фоні меандруючого русла (50%), відносно прямолінійне з поодинокими розгалуженнями (25%), врізане (відносно прямолінійне і з

поодинокими розгалуженнями) (15%), дельтові розгалуження на рукави (5%). Довжина цих зон коливається від 30 км (Київське і Дніпровське водосховища) до 39 км (Дніпродзержинське водосховище).

Дослідження руслових процесів по довжині ЗВП дозволило виділити в нижніх б'єфах гідровузлів три їхні частини за характером прояву цих процесів: ерозійну, ерозійно-акумулятивну і акумулятивну. В першій, яка знаходиться на пригребельній ділянці, переважають процеси розмиву, активно проявляються руслові деформації. В другій, початок якої вже віддалений від греблі в середньому на 6-10 км, поряд з активними русловими переформуваннями прослідковуються і процеси акумуляції наносів, що підтверджується наявністю в руслі таких форм як осередки, коси, боковики тощо. Третя зона, яка розташована на віддалі 25-40 км від ГЕС, характеризується переважанням накопичення наносів. Швидкості потоку тут значно зменшуються, потік розпластується на рукави, завислі наноси переходять в донні.

Аналіз гідродинамічних процесів в ЗВП дозволив розробити їх представлення для каскаду водосховищ Дніпра у вигляді схеми типізації ЗВП та оцінки їх ключових ділянок за характером прояву руслових процесів.

Дослідження руслових процесів у нижніх б'єфах ГЕС проводились рядом авторів (І.Л. Розовський, А.Б. Векслер, В.М. Доненберг, В.С. Лапшенков, К.М. Беркович, Н.Н. Виноградова, Б.Ф. Сніщенко, D.L. Grimshaw, I. Lewin та ін.). Але комплексній оцінці цього явища в умовах каскаду водосховищ, де нижній б'єф одного водосховища є одночасно верхнім б'єфом іншого дотепер було приділено мало уваги (Цайтц, Ободовський, 1994). Теоретико-методичною основою вказаних досліджень можуть виступати загальні положення гідролого-екологічного аналізу руслових процесів. Але застосування цих положень може відбуватися зі зміною деяких акцентів і введенням нових блоків до структури такого аналізу. Передусім це стосується гідроморфологічного районування зон виклинювання підпору, характеру розповсюдження хвилі попуску та яскраво вираженої дискретності прояву руслових процесів.

Проблема розроблення основних положень гідроморфологічного районування ЗВП виникає в зв'язку з проведенням класифікації цих зон та прогнозуванням їхнього розвитку.

Умови формування зон виклинювання підпору за ознаками природних і антропогенних чинників руслових процесів можуть бути розділені на 27 показників, що об'єднуються в 7 основних груп: гідроморфометричні характеристики водосховищ, характеристики ЗВП, екологічний стан ЗВП, гідравліко-морфологічні характеристики ЗВП, морфодинамічні характеристики ЗВП, транспорт наносів у ЗВП, зв'язок руслових і заплавних процесів у ЗВП.

Застосування такого районування дозволяє уточнити межі зон транспорту наносів, виявити найбільш небезпечні ділянки прояву руслових деформацій, намітити заходи щодо регулювання русла та покращення екологічної ситуації в ньому.

Однією з найбільш актуальних проблем оцінки руслових процесів у ЗВП є дослідження швидкості добігання хвилі попуску під час роботи ГЕС та її розпластування. З цим процесом пов'язані інтенсивність руслових деформацій, проектування капітальності висотних відміток гідротехнічних споруд, умови судноплавства в нижніх б'єфах (Цайтц, Ободовський 1991, 1992) та абіотичні умови функціонування водних екосистем (Оксіюк, Тімченко та ін. 1996, 1997).

Запропонована методика спостережень і розрахунків хвиль попусків у нижніх б'єфах ГЕС базується на результатах аналізу синхронної реєстрації рівнів води на постах, які розташовані в ерозійній, ерозійно-акумулятивній і акумулятивній зонах, що дає можливість прослідкувати не лише швидкість добігання хвилі попуску, але й ступінь її розпластаності по мірі віддалення від гідровузла (Цайтц, Ободовський, 1991). Дослідженнями встановлено, що швидкість розповсюдження фронту хвилі попуску для нижніх б'єфів чотирьох Дніпровських водосховищ змінюється від 7,1 м/с (Київська ГЕС) до 8,6 м/с (Дніпродзержинська ГЕС) і в середньому становить 7,5 м/с.

На основі отриманих результатів, розроблені основні положення гідролого-екологічного моніторингу руслових процесів в ЗВП, які включають вибір характерних ділянок спостережень, періодів спостережень, складу і методики виконання робіт.

При проведенні спостережень за русловими процесами за модельну вибрана ділянка нижнього б'єфу Канівської ГЕС. Для неї були визначені і узагальнені основні гідрологічні показники (витрати і рівні води), проведені дослідження щодо розповсюдження і трансформації хвилі попуску, розраховані руслоформуючі витрати води, визначені стійкість русла Дніпра в різному діапазоні витрат води та швидкість зміщення перекатів. Разом з тим в Прохорівській протоці Дніпра закладена моніторингова мережа спостережень за інтенсивністю прояву руслових процесів, яка складається з двох закріплених створів. Результати спостережень за 4 роки на цих створах дали можливість встановити тенденцію до замулення цієї протоки, на що вказує зменшення на 4-10% площі поперечного перерізу русла і з 15% до 10% долі витрати, яка проходить цієї протокою. Вказане дозволило розробити ряд заходів щодо запобігання погіршенню гідролого-екологічного стану русла Прохорівської протоки.

В сьомому розділі “Гідролого-екологічний аналіз руслових процесів на гірських річках Закарпаття” досліджені умови і чинники формування русел гірських річок, запропонована класифікація паводків на цих річках, проведена оцінка руслових деформацій та виконане обгрунтування протипаводкових заходів та регулювання русел гірських річок Закарпаття.

Ряд суттєвих узагальнень стосовно закономірностей прояву руслових процесів на гірських річках виконали С.Т. Алтунін, В.Ф. Талмаза, А.М. Крошкін, Р.С. Чалов, В.В. Ромашин, З.В. Копаліані, В.С. Цхададзе. Дослідження процесів руслоформування карпатських річок провели М.Н. Бухін, Я.І. Каганов, О.Н. Кафтан, В.В. Онищук, L. Macura та ін.

Необхідно зазначити, що більшість дослідників намагалися представити свої розробки у вигляді практичних рекомендацій. Натомість оцінці чинників руслоформування в гірських умовах їх ієрархії та взаємодії приділено недостатньо уваги. Слабке відображення має і екологічна оцінка руслових процесів на гірських водотоках та наслідків від руйнівної дії потоку.

Аналіз факторів формування русел гірських річок Закарпаття засвідчив, що основними з них є “класичні” - річковий стік, геолого-геоморфологічна будова та стік наносів. Специфіка руслоформування гірських річок додає до цього переліку ще природні - характер випадіння і кількість опадів, умови стікання води і характер прояву ерозійних процесів на водозборі (активізація зсувів і селевої діяльності) та антропогенні чинники - зведення лісів (особливо на високогір'ї) та випас худоби і пов'язане з цим зростання ступеня еродованості грунтів, техногенне і селитебне навантаження на схили долин, заплави, береги і русла річок.

Комплекс перерахованих показників обумовлює дискретність у характері прояву руслових деформацій. Інтенсивність їх зростає в умовах проходження високих паводків, а в меженний період потік, зазвичай “пасивно” пристосовується до раніше утворених руслових форм.

Серед компонентів річкового стоку найбільш інтегрованим показником впливу на руслові процеси є руслоформуючі витрати води. Дослідженнями встановлено, що в якості розрахункових для карпатських річок слід приймати Q_фр, які визначаються за методикою В.В. Онищука (1975) і як допоміжні, для з'ясування різних аспектів руслоформування - витрати (Q_ф), що обраховані за методикою М.І. Маккавеєва (1995). Це підтверджується і аналізом чисел Фруда при проходженні вказаних витрат. Для Q_фр числа Фруда приблизно дорівнюють 1, а для Q_ф - вони лише наближаються до 1.

Враховуючи структурні рівні при відповідних витратах, які мають різний вплив на формування ієрархії руслових форм, швидкісну структуру потоку, забезпеченість витрат води, ступінь дії потоку на руйнування інженерних споруд та умови взаємодії руслового і заплавного потоків, розроблена класифікація паводків (найактивніших агентів руслоформування) на гірських річках за умовами прояву руслових процесів та їх впливу на господарську діяльність.

Всі паводки гірських річок розділені на п'ять основних типів, які мають чітку ієрархічну послідовність у формах їх взаємодії з руслом, це - руслозберігаючий, руслоконтролюючий, руслоформуючий, руслоруйнуючий, руслоруйнуючий з катастрофічними наслідками.

Перші два з вказаних паводків входять до категорії пасивних і суттєво не впливають на прояв і інтенсивність руслових деформацій. Три останні - це активні паводки зі значною дією на процеси руслоформування. Причому два види руслоруйнуючих паводків проходять із порушеною рівновагою в системі “потік-русло” і обумовлюють незворотні руслові деформації.

Розроблена класифікація поряд з науково-методичними узагальнюючими положеннями має ще один важливий аспект - екологічний. Проходження активних паводків, які мають значну руйнівну силу, можуть суттєво впливати на умови проживання і господарювання людей та змінювати різні елементи екосистеми річки. Отже, якщо на рівнинних малих і середніх річках найбільшу екологічну напругу в руслах обумовлюють процеси замулення, то для гірських річок найбільш екологічно небезпечними з точки зору процесів руслоформування виступають активні паводки.

Оцінка руслових деформацій на гірських річках Закарпаття показала, що вертикальні їх прояви в більшості випадків розвиваються за наступною схемою, пов'язаною з транспортуванням наносів: активне розмивання і переміщення наносів у верхів'ях річок - ерозійно-акумулятивні процеси з переважанням транспорту транзитних наносів в умовах низькогір'я - переважання акумулятивних процесів на фоні багаторукавних русел в нижніх течіях на рівнинних ділянках. Досить суттєво впливає на ці процеси видобування алювіальних відкладів з русел річок, що призводить до просідання рівнів води в межах 0,30 - 4,70 см/рік.

Прояв горизонтальних деформацій русел гірських річок має чіткий зв'язок з типами русел. Найстійкішими до бокового розмиву є поріжно-водоспадні русла; найбільш виразно планові деформації проявляються на розгалужених руслах під час проходження активних паводків. Вказані положення підтверджує детальний аналіз розвитку руслових деформацій на р.Тересва за даними експедиційних досліджень, проведених за період 1996-2000 рр. Закладена система моніторингу руслових процесів на цій річці, яка відображена даними 8 створів, дала змогу розробити схему моніторингу руслових процесів (МРП) на гірських річках, що дозволяє не лише фіксувати зміни конфігурації русел, але й забезпечувати ефективне функціонування системи управління цими процесами.

Аналіз процесів руслоформування під час проходження активних паводків засвідчив, що вони призводять до широкого спектру збитків, які можна умовно розділити на екологічні та соціально-економічні. Перші ведуть до порушення екологічної рівноваги, а отже, негативно впливають на умови проживання людей і на їхню господарську діяльність. Другі - це фактичні збитки, які завдані активними паводками економіці і соціальним умовам регіону. Останні пропонується оцінювати за інтегральною характеристикою інтенсивності зростання збитків від проходження цих паводків (З_і.з.) (Ободовський, Онищук, 2001).

Запропонована шкала збитковості цих паводків має наступний вигляд:

З_і.з. = > 1,0 - надзвичайно збиткові руслоруйнуючі паводки з катастрофічними наслідками - зона екологічного лиха;

З_і.з. = 0,9 - 1,0 - дуже збиткові руслоруйнуючі паводки;

З_і.з. < 0,9 - збиткові руслоруйнуючі з переходом в руслоформуючі паводки.

Виконані дослідження дозволили обгрунтувати науково-методичні засади протипаводкових заходів та способи регулювання русел гірських річок, які слід класифікувати на першочергові і перспективні. До перших віднесені невідкладні заходи щодо грунтовних наукових досліджень руслових процесів на гірських річках, оцінки впливу на річкові системи всіх видів господарської діяльності, створення і реалізацію протиерозійної програми в Закарпатті, кількісне відновлення і збереження систем спостережень за стоком води і наносів, проведення комплексу лісомеліоративних заходів, створення науково-методичного обгрунтування щодо регулювання руслових процесів та включення його в схему комплексного протипаводкового захисту басейну р.Тиса, встановлення лімітів і жорсткого контролювання відбору руслових алювіальних відкладів. До других - створення моделей управління русловими процесами, формування банку даних ерозійних і руслових процесів, забезпечення функціонування системи МРП, зменшення селитебного навантаження на заплавах річок тощо.

русло річка деформація ерозійний

Висновки

1. Аналіз проблеми стосовно гідролого-екологічної оцінки руслових процесів засвідчив, що її стан досить далекий від всебічного вивчення причинно-наслідкових зв'язків і закономірностей. Разом з тим існуючі наукові надбання вітчизняних і зарубіжних авторів створили передумови для осмислення і формування теоретико-методологічної концепції та розробки основ регіонального гідролого-екологічного аналізу руслових процесів. Основою до створення концептуальних положень регіонального гідролого-екологічного аналізу слугувала розробка, з врахуванням існуючих підходів, нової структури чинників руслових процесів, яка включає як природні, так і антропогенні аспекти процесів руслоформування з виділенням видів їх прояву.

Екологічне руслознавство відображає екологічні аспекти руслових процесів в їх природному та видозміненому господарською діяльністю стані. Саме дослідження цих станів, що виражені через взаємодію певних чинників, склало основу для розроблення теоретичних положень гідролого-екологічного аналізу руслових процесів. Запропонований алгоритм гідролого-екологічного аналізу є достатньо уніфікованим для реалізації на різних водних об'єктах, формування банку інформації стосовно руслових процесів, оптимізації моніторингових спостережень, розробки системи заходів щодо покращення екологічної ситуації в руслі.

2. Одним із основних питань у дослідженні руслових процесів є аналіз руслових деформацій. Дослідження вертикальних руслових деформацій на річках України засвідчили тенденцію до “врізання” більшості русел річок зони мішаних лісів і Лісостепу і зростання відміток дна в річках степової зони. Для більш об'єктивної оцінки цих процесів запропонований безрозмірний показник Н/h_ЕДВ, який може виступати критерієм у функції із сортованістю алювію (d₅₀/d₉₅), тобто величин відносного просідання рівня води в залежності від просторово-часової зміни відносної крупності донних наносів.

Оцінка горизонтальних руслових деформацій засвідчила наявність зв'язків їх прояву як від умов руслоформування, так і від водності річок. Для аналізу інтенсивності цих деформацій встановлені критеріальні залежності щодо оцінки зміни деформованості русел В/z_сер і відносної ширини русла В/h від руслоформуючої діяльності потоку Q_фр/Q_ЕДВ і забезпеченості руслоформуючих витрат води Р_Qфр, для рівнинних річок України. В умовах вільного розвитку руслоформування наведені залежності характеризуються лінійними зв'язками, а в обмежених умовах - вони не прослідковуються, що пов'язано з особливостями морфології русел.

Аналіз просторово-часової динаміки руслоформуючих наносів показав, що на більшості рівнинних річок України в сучасних умовах, крім деяких річок басейнів Дністра, Сіверського Дінця і річок Приазов'я, має місце тенденція до зменшення розмірів частинок донних наносів. Критеріальна оцінка зміни сортованості алювію d₅₀/d₉₅ в залежності від показника водності Q_о/Q_фр дозволила встановити для вільномеандруючих русел річок зворотні лінійні зв'язки, а для умов обмеженого розвитку руслових деформацій - ступеневий розподіл вказаної функції, який характеризується зростанням неоднорідності складу донних наносів із зменшенням показника водності.

3. Запропонований ерозійний показник стійкості русла (Ло) найбільш реально відображає умови інтенсивності прояву горизонтальних руслових деформацій. В просторово-часовому аспекті цей показник характеризується наступними змінами: для більшості розглянутих річок України, які протікають як в умовах вільного, так і обмеженого розвитку руслових деформацій, спостерігається зростання стійкості їхніх русел. Це стосується 61% всіх досліджених водотоків. Основними причинами цього є надмірне надходження продуктів ерозії в русла річок, затухання процесів меандрування, зарегульованість стоку, коливання водності тощо.

Застосування цього показника засвідчило його неоднозначність для різних умов руслоформування , що відображено в шкалі стійкості русел рівнинних річок. Класифікація русел річок України за умовами стійкості показала, що на стійкі і відносно стійкі русла припадає 66,1% всіх розглянутих ділянок річок, а на нестійкі і відносно нестійкі 33,9%.

4. Обгрунтована та реалізована на річках України методика визначення екологічно допустимих витрат води, яка базується на врахуванні гідравлічних особливостей водотоків і процесах взаємодії потоку і русла. Результати розрахунків ЕДВ дали можливість розробити схему районування території України за умовами проходження цих витрат, яка дозволяє оцінювати їх в регіональному аспекті. Крім цього, виявлені певні закономірності впливу екологічно допустимих витрат на показники гідрохімічного режиму річкових вод, які характеризують покращення класу їх якості при проходженні ЕДВ. Разом з тим ЕДВ можна використовувати певним чином і як індикатор гідробіологічного режиму річок, а саме, для оцінки умов розвитку форм деяких річкових біоценозів, в тому числі і заростання русел.

5. На базі оцінки екологічно допустимих витрат води сформульовані основні положення та розроблена методика визначення екологічно необхідного стоку. Реалізація цієї методики на річках України дозволила обгрунтувати основні параметри ЕНС для років різної забезпеченості (50%, 75%, і 95%) стосовно цих водних об'єктів. Таким чином пріоритетною в оцінці гідроекології русел рівнинних малих і середніх річок є нижня межа ЕНС, яка відповідає, як правило, маловодним періодам. Одержані результати були покладені в основу оцінки гідролого-екологічних умов прояву руслових процесів і класифіковані за чотирма основними ознаками: 1) сприятливі; 2) відносно сприятливі; 3) відносно несприятливі і 4) несприятливі. Виявлено, що лише 32,5% всіх розглянутих річок мають сприятливі і відносно сприятливі умови руслоформування (з них 18% - сприятливі). Разом з тим 67,5% всіх досліджених водотоків характеризуються відносно несприятливими і несприятливими умовами (35% припадає на несприятливі), що призводить до збільшення екологічної напруженості в системі “потік-русло” цих річок.

6. Характеристика нижніх б'єфів, розташованих у зонах виклинювання підпору каскаду дніпровських водосховищ, дозволила розробити схему типізації цих зон та оцінити їх ключові ділянки за характером руслових процесів з урахуванням особливостей їх прояву. З метою детального аналізу і класифікації цих зон запропонована методика проведення їх гідроморфологічного районування, застосування якого дає можливість уточнити межі зон транспорту наносів, виявити найбільш небезпечні ділянки прояву руслових деформацій, намітити заходи щодо регулювання русла та покращення гідроекологічної ситуації в ньому.

Важливим, з точки зору оцінки процесів руслоформування в ЗВП, є визначення швидкості добігання хвилі попуску та її розпластування під час роботи ГЕС. З цим процесом пов'язані умови прояву (дискретність) та інтенсивність руслових деформацій, вплив потоку на гідротехнічні споруди, умови судноплавства в нижніх б'єфах та абіотичні умови функціонування водних екосистем. Розроблена методика оцінки хвиль попусків в ЗВП реалізована при дослідженнях у нижніх б'єфах чотирьох водосховищ, що дало можливість визначити основні гідравлічні параметри потоку під час попусків при різних режимах роботи ГЕС.

В залежності від активності руслових деформацій та характеру транспорту наносів в ЗВП виділені три зони - ерозійна, ерозійно-акумулятивна і акумулятивна, в яких спрямованість та інтенсивність руслових процесів має суттєву диференціацію.

Отримані результати були покладені в основу створення системи моніторингу руслових процесів у нижньому б'єфі Канівської ГЕС.

7. Детальний аналіз умов і чинників формування русел гірських річок Закарпаття дозволив виділити основні з них, а саме: надмірну кількість з великою інтенсивністю випадіння атмосферних опадів, наявність активних екзогенних процесів (зсуви, селі) в регіоні, недосконалу технологію вирубування лісів, невірне компонування протипаводкових та берегорегулюючих споруд, нераціональне використання пасовищ.

Встановлено, що критеріально величину транспортуючої здатності потоку можна виразити через руслоформуючі витрати води. Крім цього виявлено, що поняття “руслоформуюча витрата” тісно пов'язана з оцінкою стійкості русел гірських річок і ступенем бурхливості потоку.

Враховуючи оцінку структурних рівнів стосовно систем “потік-русло”, швидкісні показники потоку, забезпеченість витрат води, процеси утворення різнорангових руслових форм, ступінь дії потоку на процеси руйнування різних споруд та умови взаємодії руслового і заплавного потоків, запропонована класифікація паводків на гірських річках за умовами прояву руслових процесів та їх впливу на господарську діяльність. В ній виділено п'ять основних типів паводків, які мають чітку ієрархічну послідовність у формах їх впливу на русло. Застосування основних положень цієї класифікації дозволяє систематизувати підходи до реалізації низки протипаводкових заходів і закласти систему моніторингу руслових процесів на гірських річках.

Оцінка вертикальних руслових деформацій на річках Закарпаття показала, що найбільші просідання рівнів води спостерігаються в місцях інтенсивного видобутку руслового алювію при загальній тенденції до зростання величини врізання русел у верхів'ях гірських річок. Виявлений чіткий зв'язок між плановими деформаціями і типами гірських русел. Найстійкішими до бокового розмиву є поріжно-водоспадні русла, а найяскравіше цей процес проявляється на розгалужених ділянках русел при виході з гір.

На основі попереднього аналізу “гірського” руслоформування основним критерієм гідролого-екологічного стану русел цих річок встановлена “верхня” межа екологічно допустимих витрат, яка оконтурюється руслоформуючими витратами води. Проходження цих та вищих за них витрат порушує стійкість русла, змінює його тип, руйнує інженерні споруди, впливає на якість води і річкову біоту та порушує умови життєдіяльності людей і може виступати головним індикатором гідролого-екологічних умов руслоформування.

8. Отримані результати дозволили розробити ряд практичних рекомендацій щодо заходів по покращенню умов руслоформування на річках України. Всі вони розділені на першочергові і перспективні. Перші стосуються проведення термінових заходів по відновленню і покращенню вказаних умов, другі - пов'язані з розробленням і впровадженням методів по зменшенню негативного впливу річкових потоків, стабілізації і відновленню екологічного стану русел. Для їхньої реалізації використаний територіально-басейновий підхід.

Окремою є розробка науково-методичного обгрунтування заходів по регулюванню русел гірських річок. В них в першочерговому і перспективному виконанні зконцентровані основні проблемні питання та методи їх вирішення стосовно протипаводкових дій, які базуються на комплексному науково-методичному аналізі підходів щодо регулювання русел гірських річок.

Список опублікованих праць автора за темою дисертації

Монографії, навчальний посібник

1. Малі річки України / За редакцією А.В.Яцика. Руслові процеси - К.: Урожай, 1991. - С.144-150 (співавтор Є.С.Цайтц).

2. Руслові процеси. Навчальний посібник. - К.: РВЦ Київський університет, 1998. - 134 с.

3. Київ, як екологічна система: природа-людина-виробництво-екологія. Поверхневі води Києва - К.: Центр екологічної освіти і інформації, 2001. - С. 163-194 (співавтор В.К.Хільчевський).

4. Гідролого-екологічна оцінка руслових процесів (на прикладі річок України). - К.: Ніка-Центр, 2001. - 274 с.

Статті

5. Руслоформирующие расходы воды рек Крымского полуострова // Вісник КДУ. Географія.- 1984. - Вип.26.- С. 59-64 (співавтори Є.С. Цайтц, О.О. Гуменний).

6. Вплив руслоформуючих витрат води на формування русел середніх і малих річок Української РСР // Вісник КДУ. Географія.- 1990. - Вип. 32.- С.23-29 (співавтори С.М.Лисогор, Є.С.Цайтц).

7. Исследования гидрологических факторов русловых процессов на реках Украины // Эрозионные и русловые процессы . Материалы координационных совещаний вузов 1986-1990. - Луцк, 1991. - С.43-52 (співавтор Є.С. Цайтц).

8. Руслоформирующая деятельность рек равнинной части Украины и ее экологический аспект // Экологические проблемы эрозии почв и русловых процессов. - М.: МГУ, 1992. - С.134-141.

9. Методические аспекты обоснования экологически допустимых расходов воды (на примере рек Украинского Полесья) // Физ. география и геоморфология.- 1992. - Вып. 39.- С.47-53 (співавтор О.М. Петрук).

10. Обеспечение гарантированной глубины для прохождения крупнотоннажными судами участка Днепродзержинская ГЕС - г.Днепропетровск // Речной транспорт.- 1992. - Вып. 1-2.- С.27-29 (співавтори Є.С. Цайтц, Г.І. Поплевичев).

11. Руслоформирующая деятельность рек в бассейне Днепра и ее экологические аспекты // Проблемы экологической оптимизации землепользования и водохозяйственного строительства в бассейне р. Днепр. Материалы межрегиональной конференции - К.- 1992. - Вып. 2.- С.58-62 (співавтори Є.С. Цайтц, Р.С. Чалов, О.В. Чернов).

12. Определение просадки уровня воды при разработке руслового карьера // Метеорология, климатология, гидрология. -Киев - Одесса: Вища школа.- 1993. - Вып. 29.- С.123-127 (співавтор Є.С. Цайтц).

13. Оцінка стійкості русел річок Українського Полісся // Вісник Київського університету. Географія.- 1995.- Вип. 41. - С.142-151 (співавтори Є.В. Луконін, І.П. Шуляренко).

14. Загальна характеристика водосховищ Дніпровського каскаду // Рекомендації щодо поліпшення екологічного стану прибережних територій дніпровських водосховищ. - К.- 1996 (с. 5-12). (співавтор С.А. Дубняк).

15. Співставлення крупномасштабних картографічних матеріалів для виявлення інтенсивності руслових деформацій річок басейну Дніпра // Картографія та вища школа. - К.- 1996. - Вип. 1.- С.13-14 (співавтор І.П. Шуляренко).

16. Оцінка екологічно необхідного стоку (на прикладі річок басейну Дніпра) // Вісник Київського університету. Географія .- 1997.- Вип. 42.- С.57-61 (співавтори О.В. Сукач, І.П. Шуляренко).

17. Гідроекологічні особливості руслових процесів річок (на прикладі річок басейну Дніпра) // Водне господарство України.- 1997.- №3. - С.17-19.

Вплив осушувальних меліорацій на руслоформуючу діяльність річок Українського Полісся // Меліорація і водне господарство. - К.- 1998.- №85. - С.95-99.

18. Оцінка руслових процесів р.Тересви з метою обгрунтування комплексу протипаводкових заходів та експлуатації водогосподарських об'єктів // Водне господарство України.- 1998.-№5-6.- С.31-33 (співавтори Є.С. Цайтц, В.В. Гребінь, В.В. Онищук, О.М. Козицький).

19. Особливості гідрологічного режиму і руслових процесів у нижньому б'єфі Канівської ГЕС // Вісник Київського університету. Географія.- 1999.- Вип. 44. - С.40-45 (співавтор В.В. Гребінь).

20. Гідроекологічні особливості формування русел річок України // Вісник Київського університету. Географія .- 1999.- Вип. 45. - С.58-61.

21. Динаміка руслових деформацій річок Закарпаття // Екологічні та соціально-економічні аспекти катастрофічних стихійних явищ у Карпатському регіоні (повені, селі, зсуви). Матеріали міжнародної конференції - Рахів. - 1999. - С.252-256 (співавтори Є.С. Цайтц, В.В. Гребінь, В.В. Онищук).

22. Паводок 1998 р. на Закарпатті: рекомендації по відновленню гідроекологічного стану річок // Водне господарство України.- 1999. - №3-4.- С.12-15 (співавтори В.В. Гребінь, В.В. Онищук, О.М. Козицький).

23. Сучасні підходи до визначення стійкості річкових русел // Меліорація і водне господарство.- 1999 . - №86. - С.105-112 (співавтор І.П. Шуляренко).

24. Оцінка стійкості русел і класифікація паводків гірських річок // Україна та глобальні процеси: географічний вимір. Збірник наукових праць VIII з'їзду УГТ. Луцьк: Вежа.- 2000. - Т. 2.- С.205-209.

25. Динаміка параметрів поперечних перерізів русла в басейнах головних річок України // Гідрологія, гідрохімія і гідроекологія.- 2000. - №1.- С.162-166 (співавтори Є.С. Цайтц, О.В. Сукач).

26. Исследование русловых процессов реки Тересвы с целью обоснования комплекса противопаводковых мероприятий // Стаціонарні та експериментальні дослідження сучасного рельєфоутворення. - Львів: ВЦ ЛНУ ім. Івана Франка, 2000. - С.41-47 (співавтори Є. Цайтц, В. Гребінь, В. Онищук, О. Козицкий).

27. Структура чинників руслових процесів // Картографія та вища школа. - К.- 2001. - Вип.5. - С.50-57.

28. Определение гидравлических сопротивлений в руслах рек и каналов // Меліорація і водне господарство. -2001. - Вип. 87.- С.127-131 (співавтор Є.С. Цайтц).

29. Дослідження руслового режиму річок України // Вісник Київського університету. Географія.- 2001. - Вип.47.- С.45-49.

30. Організація моніторингу гідрологічного режиму і руслових процесів Дніпра в районі Канівського заповідника // Заповідна справа в Україні. -2001. - Т.7, вип. 1.- С.59-64 (співавтор В.В. Гребінь).

31. Гідроекологічна та економічна оцінки збитковості катастрофічних паводків на річках Закарпаття // Економічна та соціальна географія. - 2001. - Вип.50.- С.130-134 (співавтор В.В. Онищук).

32. Концептуальні положення гідроекологічної оцінки прояву руслових процесів // Гідрологія, гідрохімія і гідроекологія. - 2001. -Т.2.- С.146-156.

33. Аналіз просторово-часової динаміки руслоформуючих наносів у річках України // Географія і сучасність.- 2001.- Вип.6. - С. 81-89.

34. Оцінка вертикальних руслових деформацій на рівнинних річках України // Захист довкілля від антропогенного навантаження. - Харків-Кременчук.- - 2001. - Вип. 5(7).- С. 49-57.

35. Оцінка стійкості русел річок України // Економічна та соціальна географія.- 2001. - Вип. 51.- С. 107-115.

Тези доповідей

36. Методика определения экологически допустимых расходов воды как фактора руслоформирующей деятельности рек // Тезисы докладов Межвузовского координационного совещания по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов. Ташкент. ТГУ. - 1991- С.64-66.

37. Экологические особенности проявления русловых процессов на реках Украины // Девятое межвузовское координационное совещание по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов. Тезисы докладов. Брянск: БПИ. - 1994. - С.107-108.

38. Обгрунтування екологічно необхідного стоку на прикладі річок басейну Дніпра // Проблеми ефективного використання водних ресурсів та меліорації земель. - К.- 1996. - С.33-34.

39. Моніторинг руслових процесів та їх гідроекологічних характеристик у зонах виклинювання підпору на водоймищах Дніпра // ІІ з'їзд Гідроекологічного товариства України. Тези доповідей .- К.- 1997. - Т. ІІ. - С.227-228 (співавтор Є.С.Цайтц).

40. Гидроэкологическая оценка русловых процессов рек бассейна Днепра в пределах Украины // Тринадцатое межвузовское координационное совещание по проблеме эрозионных, устьевых и русловых процессов. Тезисы докладов. Псков: МГУ, ПГИ, -1998. - С.135-136.

41. Предупреждение и борьба с катастрофическими паводками на реках Карпатского региона // Фундаментальные прикладные проблемы мониторинга и прогноза стихийных бедствий. Материалы международного научно-технического семинара. - К. - 1999. - С.93.

42. Влияние экологически допустимых расходов на качество речных вод бассейна Нижнего Днепра // Пятнадцатое межвузовское координационное совещание по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов. Тезисы докладов Волгоград-Москва. - 2000. - С.138-139. (співавтори В.М. Савицький, О.В. Сукач).

Размещено на Allbest.ru