Встановлення екологічно допустимого об’єму відбору води з річок

Размещено на http://www.allbest.ru/

Київський національний університет імені Тараса Шевченка

УДК 556.531.504.4.062 (477)

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата географічних наук

Встановлення екологічно допустимого об'єму відбору води з річок (на прикладі прип'ятського полісся України)

11.00.07 - гідрологія суші, водні ресурси, гідрохімія

Холоденко Вікторія Святославівна

Київ - 2010

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі водогосподарської екології, гідрології та природокористування Національного університету водного господарства та природокористування (НУВГП), Міністерство освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор, академік УААН Яцик Анатолій Васильович Національний університет водного господарства та природокористування, завідувач кафедри водогосподарської екології, гідрології та природокористування екологічний природний водний

Офіційні опоненти: доктор географічних наук, старший науковий співробітник Тімченко Володимир Михайлович Інститут гідробіології Національної академії наук України, завідувач лабораторії гідрології та управління водними екосистемами

кандидат географічних наук, старший науковий співробітник Кордюм Аркадій Борисович Інститут гідротехніки і меліорації Національної академії аграрних наук України, провідний науковий співробітник

Захист відбудеться “ 24 ” червня 2010 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.001.22 Київського національного університету імені Тараса Шевченка за адресою: м. Київ, МСП 680, Проспект Глушкова 2, географічний факультет

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Київського національного університету імені Тараса Шевченка за адресою: 01033, м. Київ - 33, вул. Володимирська, 64

Автореферат розісланий “ 20 ” травня 2010 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Д 26.001. 22 кандидат географічних наук В.В. Гребінь

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми зумовлена широкомасштабним перетворенням природних екосистем, залученням значних обсягів водних ресурсів у господарський обіг, їх забрудненням, змінами умов функціонування ландшафтів, які призвели до порушення природної рівноваги, зниження якості води та втрати її самовідновної і самоочисної здатності. Зменшення водності у першу чергу позначається на малих та середніх річках. Посилення антропогенного пресу призвело до виникнення несприятливої ситуації у гідрологічному режимі, санітарному стані, ґрунтовому покриві та ландшафтній структурі басейнів малих річок практично в усіх регіонах держави. Сучасний рівень антропогенного навантаження на водні екосистеми, водозатратна технологія використання водних ресурсів з безповоротними відборами води без врахування екологічних вимог призвела до суттєвих змін на більшості водних об'єктів України.

За таких обставин виникає нагальна потреба розробити і ввести обмеження на відбори поверхневого стоку. При цьому ступінь і характер регулювання річкового стоку і нормування екологічно допустимого його відбору повинні бути взаємно узгоджені. На сьогодні єдиних методичних підходів до визначення екологічно допустимих об'ємів відбору води з річок не існує. Тому дослідження по зазначеній темі є важливими та актуальними.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Наукові дослідження проводилися за тематикою кафедри водогосподарської екології, гідрології та природокористування Національного університету водного господарства та природокористування (НУВГП) та у відповідності з планами держбюджетних та госпдоговірних науково-дослідних робіт Українського науково-дослідного інституту водогосподарсько-екологічних проблем (УНДІВЕП), які формувались відповідно до державних і галузевих програм на виконання положень “Національної програми оздоровлення басейну Дніпра та встановлення екологічно допустимих рівнів відбору з річок (1999 р.)”, за безпосередньою участю автора як учасника розробки методики “Визначення екологічно допустимих рівнів відбору води з річок з метою збереження сталого функціонування їх екосистем” (1999-2002 рр. № державної реєстрації 0199V000982).

Мета і завдання дослідження. Мета дослідження полягає в розробці методичних засад до визначення екологічно допустимих об'ємів відбору води з річок у роки різної забезпеченості (на прикладі Прип'ятського Полісся України).

Для досягнення поставленої мети вирішені наступні завдання:

· обґрунтовано та вибрано методичний підхід щодо визначення екологічно допустимих об'ємів відбору води з річок;

· сформовано розрахунково - критеріальну основу і параметри методології екологічно допустимих об'ємів відбору води з річок;

· визначено основні чинники, які лімітують екологічно допустимі витрати води;

· розроблено загальний розрахунок екологічно допустимих об'ємів відбору води з річок;

· встановлено екологічно допустимі мінімальні витрати води;

· обґрунтовано результати застосування методики та методичні рекомендації щодо екологічно допустимих об'ємів відбору води з річок.

Об'єктом дослідження є малі та середні річки Прип'ятського Полісся України (Прип'ять, Вижівка, Тур'я, Стохід, Вирка, Случ, Тня, Смолка, Уборть, Уж,).

Предметом дослідження є екологічно допустимі мінімальні витрати води у річках, які обмежують відповідні об'єми відбору води з них.

Методи дослідження. Для розроблення алгоритму розрахунків дослідження використано методи математичного аналізу: апроксимації, метод найменших квадратів для визначення математичної функції встановлення екологічно допустимих мінімальних витрат води в річці, математичні, статистичні методи (кластерний аналіз) обробки результатів спостережень.

Вихідна інформація. Під час теоретичних досліджень проаналізовано детальний опис річищ та гідрологічних постів (за гідрологічними щорічниками та паспортами малих річок); визначали доступними засобами швидкість течії руслового потоку (за гідрологічними щорічниками до 1974 року, таблиця “Виміряні витрати води”, за наступні роки - архів Центральної геофізичної обсерваторії Гідрометслужби України у формах таблиць ТГ-8); максимально використовували багаторічні дані вимірів стаціонарних пунктів спостережень за водним режимом (матеріали Центральної геофізичної обсерваторії Гідрометслужби України та матеріали Державного водного кадастру).

Наукова новизна отриманих результатів:

1. Розроблена модель визначення допустимих об'ємів відбору води з річок за еколого-гідрологічними критеріями, яка дає змогу екологічно, обґрунтовано визначити мінімальні витрати води, в річці в кожну фазу гідрологічного режиму для збереження безпечного і стійкого функціонування водної екосистеми, на основі:

· рівня виходу води на заплаву в період повені з відповідною витратою води, при яких забезпечується умови нересту риби і вологонакопичення ґрунтів прируслової території для росту лучних трав;

· руслоформуючої витрати води, проходження якої зумовлює промивання русла і збереження можливості руслоутворення, визначені розрахунково для р. Уборть - с. Рудня Іванівська і за довідниковими даними;

· швидкісного режиму водного потоку, при якому русло не замулюються, не заростає і створюються сприятливі умови для формування цінних видів гідробіонтів.

2. Обґрунтовано вибір об'єктів дослідження, гідрологічних постів і блоки вихідних даних за матеріалами стаціонарних спостережень і натурних досліджень, які забезпечують програму досліджень і підготовку бази вихідної інформації.

3. Розроблено “Методику визначення екологічно допустимих рівнів відбору води з річок з метою збереження сталого функціонування їх екосистем”.

4. Обґрунтовано критерії екологічно безпечного відбору стоку, за якими річки розглядаються як складні динамічні системи.

5. Вперше побудовано карту модулів екологічно допустимого мінімального стоку (л/с·км2) річок Прип'ятського Полісся України.

6. Удосконалено та побудовано карту мінімальних швидкостей течії досліджуваних річок при проходженні екологічно допустимих мінімальних витрат води.

7. Вперше побудовані помісячні карти екологічно допустимого об'єму відбору води з річок у % від середньо багаторічної норми стоку для Прип'ятського Полісся України.

Практичне значення одержаних результатів. Результати досліджень можуть бути використані при встановленні екологічно допустимих об'ємів відбору води з річок Прип'ятського Полісся України. Впровадження “Методики” в практику природоохоронної і водогосподарської діяльності дозволяє науково обґрунтувати рівень водокористування, виходячи із умов збереження екологічно безпечного і сталого функціонування водних екосистем при умові, коли не підривається здатність природних комплексів до саморегуляції, самоочищення і самовідновлення.

Результати роботи передано в проектні і водогосподарські організації, установи охорони навколишнього природного середовища для використання при розробці комплексних схем охорони і раціонального використання водних ресурсів, а також для обґрунтування екологічно допустимих об'ємів забору стоку з річок та розробки заходів поліпшення їхнього екологічного стану. Методика затверджена Державним комітетом по водному господарству (ISBN 966-7373-75-4), розглянута, схвалена і прийнята для практичного використання у Волинському обласному управлінні водного господарства та Рівненському обласному управлінні водного господарства.

Особистий внесок здобувача. Автором особисто зібрані та опрацьовані дані гідрологічних спостережень, на основі яких розроблені модель визначення допустимих об'ємів відбору води з річок за еколого-гідрологічними критеріями, а також “Методика визначення екологічно допустимих рівнів відбору води з річок з метою збереження сталого функціонування їх екосистем”(у співавторстві). Визначені критерії екологічно безпечного відбору стоку, за якими річки розглядаються як складні динамічні системи. Вперше побудовано карту модулів екологічно допустимого мінімального стоку (л/с·км2) річок Прип'ятського Полісся України, побудовано карту мінімальних швидкостей течії досліджуваних річок при проходженні екологічно допустимих мінімальних витрат води. Вперше побудовані помісячні карти екологічно допустимого об'єму відбору води з річок у % від середньо багаторічної норми стоку для Прип'ятського Полісся України. За безпосередньою участю автора виконані експериментальні дослідження гідрологічного режиму річок Прип'ятського Полісся України.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи викладено у результатах досліджень, які доповідались і обговорювалися на міжнародних конгресах, форумах, науково-практичних конференціях: 5 Міжнародному конгресі “Вода: екологія і технологія” ЕКВАТЕК -2002 (м. Москва, Росія, 2002 р.); другій Всеукраїнській науковій конференції “ Гідрологія, гідрохімія і гідроекологія” (м. Київ, 2003 р.); 7 Міжнародному конгресі “Вода: екологія і технологія” ЕКВАТЕК - 2006 (м. Москва, Росія, 2006 р.); другій Міжнародній науково-практичній конференції “Ключові аспекти наукової діяльності - 2007 (м. Дніпропетровськ, 2007 р.)”; 5 Міжнародному водному форумі “AQUA UKRAINE” - 2007, науково-практичній конференції “ WATER & ENVIRONMENT ” (м. Київ, 2007 р.); науково-практичній конференції “Природно-ресурсний комплекс Західного Полісся: історія, стан, перспективи розвитку” (м. Березне, Надслучанський інститут, 2008 р.), 7 Міжнародному водному форумі “AQUA UKRAINE” - 2009, науково-практичній конференції “ WATER & ENVIRONMENT ” (м. Київ, 2009 р.).

Публікації. Основні наукові положення і результати за темою дисертаційної роботи опубліковано в 12 працях: 4 статті (у фахових виданнях ВАК України), з них 3 є самостійним доробком дисертанта; методика визначення екологічно допустимих рівнів відбору води з річок з метою збереження сталого функціонування їх екосистем (у співавторстві); 7 публікацій у тезах і матеріалах конференцій.

Структура та обсяг дисертаційної роботи. Дисертація складається із вступу, 5 розділів, загальних висновків, списку використаних літературних джерел (127 найменувань), додатків (7 найменувань). Загальний обсяг дисертації складає 222 сторінок. Крім основного тексту, який подано на 158 сторінках, дисертація містить 168 рисунків, 13 таблиць, 14 карт, 2 акти впровадження.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи. Сформульовано мету і завдання досліджень, об'єкт, предмет, методи досліджень, наукову новизну та практичне значення одержаних результатів. Наведено дані про публікації та апробацію результатів дослідження, структуру та обсяг роботи.

Перший розділ “Обґрунтування методичного підходу щодо визначення екологічно допустимих об'ємів відбору води з річок.” Проаналізовано існуючі підходи до визначення екологічно допустимих, природоохоронних, витрат води в річках, які ґрунтуються на вітчизняному, європейському та світовому досвіді, різних методичних підходах. Вагомий внесок у даному напрямку зробили: Й.В.Гриб, В.І.Мокляк, О.Г.Ободовський, А.В.Огієвський, О.П.Оксіюк, В.В.Поліщук, В.М.Тімченко, М.В.Цепенда, А.В.Яцик (Україна), С.Л.Вендров, В.Н.Дерябін, Г.П.Калінін, Г.Н.Петров, В.В.Тараканова, А.М.Черняєв, І.С.Шахов, Л.Н.Шевелюк, І.М.Ширяк (Російська Федерація), А.К.Вайшнорас, Б.В.Гайлюшис, П.Д.Гатило, Ф.Ф.Кефалі, А.Ф.Печкуров, В.П. Рогунович, Б.В.Фащевский, І.М.Філіпович (Республіка Білорусь), М.В.Лаликін (Молдова), Х.А.Вельнер, Б.Г.Казарян, А.Г.Каск, Т.Б.Маллінт, (Естонія), А.Тушко (Польща) та ін.

Дослідження вітчизняних і зарубіжних вчених значно відрізняються при визначенні у водотоках екологічно допустимих мінімальних витрат води (природоохоронних, санітарних, лімітуючих та інших). В якості критеріїв виступають економічні, гідрологічні, гідробіологічні та інші фактори. Природоохоронна витрати води, яка повинна зберігатися в річці, не обґрунтована і не регулюється юридичними нормами і законами. Існуючі рекомендації по визначенню природоохоронної (екологічної) витрати не мають чіткої розрахунково-методичної основи. Крім того, в умовах інтенсивного використання водних ресурсів в Україні, ці рекомендації неприпустимі, особливо коли водні екосистеми під впливом антропогенного навантаження зазнали суттєвих змін: значні перетворення водозабірної площі, велика зарегульованість стоку ставками і водосховищами, високі темпи освоєння водних ресурсів і безповоротні їх витрати порушили умови формування водного режиму річок, а постійне надходження стічних вод зменшило їх здатність до самоочищення.

При оцінці екологічно допустимих об'ємів відбору води з річок ми виходили з основної умови - збереження екологічно безпечного стану водної екосистеми, коли зміни структурно-функціональної організації екосистеми не підривають здатність природних комплексів до саморегуляції, самоочищення і самовідновлення.

Збереження сталого функціонування річкової екосистеми при зростаючому рівні антропогенного втручання залежить від пошуку і встановлення лімітуючих факторів і розрахункових критеріїв, які обумовлюють обмеження такого втручання.

Автор, враховуючу наявну вихідну інформацію, для встановлення екологічно допустимих об'ємів відбору води з річок Прип'ятського Полісся України, використала найбільш повну і достовірну розробку, яка відповідає вимогам сьогодення - “Методику визначення екологічно допустимих рівнів відбору води з річок з метою збереження сталого функціонування їх екосистем” (2002 р.). Методика включає дві моделі розрахунків, які доповнюють одна одну: еколого-гідрологічну та деструкційно - продукційну. Методика розроблена здобувачем сумісно з фахівцями інститутів: УНДІВЕП, УкрНДІЕП Мінприроди України, ІГБ НАН України.

У другому розділі “Формування критеріальної основи і параметрів визначення екологічно допустимих об'ємів відбору води з річок” наведено аналіз факторів, які обумовлюють збереження сталого функціонування річкових екосистем. Визначення екологічно допустимих об'ємів відбору води з річок побудовано за екосистемним принципом. Необхідна об'єктивність розрахунків досягається широким набором показників та їх критеріальних значень, які відображають здатність річкової екосистеми до самовідновлення.

Вибір критеріїв екологічно безпечного відбору стоку з річок здійснений згідно встановлених факторів і загальної концепції, за якою річки розглядаються як водні екосистеми, складені з абіотичних та біотичних компонентів.

До головних критеріїв, які потребують розрахункових оцінок, віднесено: гідрологічні, у тому

числі ті, що забезпечують самовідновлення річкової екосистеми; екологічні, зокрема ті, що визначають параметри процесів природного самоочищення і стану біоти в екосистемі.

Ключовими процесами, параметри яких мають визначити екологічно допустимий об'єм відбору стоку з річки (екологічно допустимі мінімальні витрати води), визнано: з абіотичних - процеси руслоформування і створення сприятливого гідрологічного режиму для річкових екосистем; з біотичних - процеси первинної продукції і деструкції органічної речовини (не розглядаються у роботі). Деструкційно-продукційна модель включає в себе розрахункові показники (біомасу фітопланктону, вміст розчиненого кисню у воді, біологічно-м'які органічні сполуки за інтегральним показником БСКпов), які враховують як аллохтонні, так і автохтонні складові формування обраних показників, при чому останні складові залежать від цілого комплексу як природних, так і антропогенних чинників. Отже, при виконанні таких досліджень необхідно провести значні вишукування у польових умовах. Тому за основу взято дану “Методику”. Аналіз результатів, свідчить, що розрахунки екологічно допустимих об'ємів відбору води з річок за еколого-гідрологічними критеріями та за балансом процесів продукції і деструкції в екосистемі і визначені таким способом мінімальні витрати води, які необхідно резервувати в річці для збереження її функціонування, дуже близькі за значеннями. Це свідчить про їх достовірність і екологічну обґрунтованість. Тому у роботі використано лише еколого-гідрологічну модель.

Із всіх основних факторів, які лімітують функціонування водної річкової системи, головними є: водний режим (рівні і витрати води у весняну повінь; рівномірний спад води в період нересту риби, нагулу малька, гніздуванню і популяції водоплавних птахів і тварин) і русловий процес (руслоформуючі витрати води, незамулюючі середні швидкості течії річкового потоку, відбори води із річки на різні господарські потреби).

Показниками, за якими у еколого-гідрологічній моделі оцінюються процеси руслоформування і формування сприятливого гідрологічного режиму, що лімітують величини відбору води з річок у різні фази водного режиму, визначено такі:

· рівні і витрати води у весняне водопілля, дотримання яких забезпечує у річках переміщення донних і завислих наносів та можливість руслоформування, затоплення заплав і вологонакопичення ґрунтів прируслової території для забезпечення росту лучних трав, міграції риби на нерест та відновленню кормів для всіх видів гідробіонтів;

· режим швидкості течії руслового потоку на початку вегетації макрофітів, розвитку фіто- ізоопланктону, який сприяє створенню оптимальних умов формування гідробіоценозів та пригнічує розвиток синьо-зелених водоростей;

· критичні незамулюючі середні швидкості течії руслового потоку, дотримання яких забезпечує транспорт наносів по дну;

· критичні середні швидкості течії руслового потоку в період інтенсивного розвитку макрофітів, величини яких перешкоджають заростанню водного дзеркала.

Перші два критерії визначають екологічно допустимі мінімальні втрати води в екстремальний період повені, коли створюються умови для затоплення заплав і транспортування наносів. Останні два показники є нормованими для всіх категорій водних об'єктів України та всіх видів стічних вод. Розрахунковими періодами для оцінки екологічно допустимих об'ємів відбору води з річок за еколого-гідрологічними критеріями прийнято всі фази водного режиму року (всі місяці року).

Третій розділ “Методика визначення екологічно допустимих об'ємів відбору води з річок. Формування блоку вихідних даних”. Наведено фізико-географічні умови, основні гідрографічні характеристики та особливості формування стоку річок, детальний опис гідрологічних постів басейну Прип'ятського Полісся України; визначено послідовність виконання робіт (вибір об'єктів дослідження, гідрологічних постів, років дослідження); встановлено розрахунково- критеріальна основа та розрахункові залежності.

Досліджувані водні об'єкти протікають в зоні Прип'ятського Полісся України, для якої характерні: достатнє та надлишкове зволоження території басейну річки, максимальне забезпечення річкового стоку під час повені, мінімальний стік у літньо-осінню межінь. Внаслідок того, що гідропости розміщені у верхів'ях річок, то їм властиві умови відсутності чи незначного впливу людської діяльності, тобто найбільш наближені до природного екологічного стану.

Територіальні особливості водності річок більшою мірою визначаються гідрологічними, геоморфологічними, геоботанічними та господарськими умовами.

Районування досліджуваної території проведено за типами внутрішньо річного розподілу стоку малих річок, за гідрологічними районами. Основними розрахунковими залежностями в еколого-гідрологічній моделі обрано

і ,

де Q,H і відповідно витрати води, рівні води і середні швидкості течії руслового потоку в заданому створі.

Встановлено згідно визначених еколого-гідрологічних показників, за якими створюються умови для збереження сталого функціонування річкових екосистем: рівень виходу води на заплаву в період повені і її відповідна витрата води; руслоформуюча витрата води (в межах русла), що зумовлює промивання русла і можливість руслоформування; швидкісний режим водного потоку, за яким передбачається наявність у річці критичних швидкостей течії, при яких русло не замулюються (Vнз=0,1…0,25 м/с), не заростає (Vзар=0,3 м/с) і при яких створюються найбільш сприятливі умови для формування цінних для екосистеми видів гідробіоценозів (Vц=0,5…0,6 м/с) для річок Прип'ятського Полісся України.

Розрахунки екологічно допустимих мінімальних витрат води виконуються за кожний місяць окремо. За розрахунковий період можна приймати фази водного режиму, а при недостатній кількості вихідних даних розрахунки виконуються по сезонах року за “Методикою”. Розрахункові періоди обґрунтовано ґрунтовим режимом річок в типових по внутрішньорічному розподілу стоку гідрологічних районах на території України. Враховані дані про внутрішньорічний розподіл стоку дають змогу розраховувати кількість води, яку можна вилучити з річки для різних водогосподарських потреб, не вдаючись до регулювання стоку.

Четвертий розділ “Загальний розрахунок екологічно допустимих мінімальних витрат води з річок” включає методи математичного аналізу: апроксимації, метод найменших квадратів для визначення математичної функції встановлення екологічно допустимих мінімальних витрат води в річці. В дослідженнях використано еколого-гідрологічну модель, у математичному підході взято систему розрахунків, що використовується в програмному пакеті MS Excel для побудови графіків та діаграм. Для оцінки зв'язків ЕДМВ води з іншими розрахунковими витратами в різні за водністю роки використано кластерний аналіз і, зокрема, його двохгруповий метод.

Розрахунок екологічно допустимих мінімальних витрат води здійснюється в наступному порядку:

1. В створі конкретної річки визначають рівень виходу води на заплаву, відповідну йому витрату води і значення руслоформуючої витрати води в межах русла. З матеріалів багаторічних спостережень за водним режимом річки вибирають згідно методики аналог середнього за водністю року. Для якого у березні є чітко виражена повінь, водний режим якої характеризується проходженням у березні , і наявністю руслоформуючої витрати Qрф < Qмакс. Якщо в період повені зазначеного аналога мала місце руслоформуюча витрата води в межах русла і заплава була затоплена відповідним шаром з наступним плавним спадом рівня води, то такий водний режим березня можна вважати екологічно допустимим. При цьому об'єм стоку в березні встановленого аналога повинен бути найменшим серед подібних аналогів за період спостережень, для яких дотримується задане співвідношення і . За таких умов його середньомісячна витрата води приймається за екологічно допустиму в середньому за березень.

2. За даними гідрометричних вимірів для кожного з визначених за методикою розрахункових періодів формують масив даних - “Виміряні витрати води і відповідні їм середні швидкості течії руслового потоку” за весь період спостереження.

3. За даними режимних спостережень визначають найбільшу за період досліджень помісячну мінімальну витрату води і за її значенням коригують сформований масив даних “Витрати води - середні швидкості течії” (із масиву виключають витрати води, які перевищують встановлені величини).

а) За даними відкоригованого масиву будують на ПЕОМ розрахункові залежності витрат води від середніх швидкостей річкового потоку для всіх розрахункових місяців (періодів). Враховуючи призначення окремих гідрометричних створів (меженний, паводковий, тимчасовий), що забезпечує однорідність вимірів.

б) За встановленими таким чином показниках і розрахункових залежностях визначають згідно методики екологічно допустимі мінімальні витрати води для кожного місяця року (фаз водного режиму і сезонів року).

У дисертаційній роботі детальний порядок розрахунку визначення екологічно допустимих мінімальних витрат води та екологічно допустимих об'ємів відбору води розглянуто на прикладі річки Тні поблизу с. Броники за еколого-гідрологічними критеріями. Так, допустимий об'єм відбору води для р. Тні в межах гідроствору біля с. Броники в літню межень визначає екологічно допустима мінімальна витрата води 0,39 м3/с. Такий об'єм відбору води не порушить самоочисні процеси у річці, а відповідність його прийнятим еколого-гідрологічними критеріям зберігає здатність екосистеми до самовідновлення: при розрахунково - критеріальній швидкості водного потоку 0,25 м/с забезпечується функціонування таких видів біоценозів як фітопланктон, бактеріопланктон, зоопланктон і зообентос, русло не заростає, не замулюється.

В зимовий період згідно з розрахунками за еколого-гідрологічними критеріями відповідна екологічно допустима мінімальна витрата води становить 0,29 м3/с. Вона не виходить за межі вище згаданих витрат води і не суперечить основним вимогам збереження сталого функціонування річкової екосистеми (рис. 1).

Аналіз екологічно допустимих мінімальних витрат води в літню межень по досліджуваних річках показав, що за період спостереження з 1945-1974 рр. екологічно допустима мінімальна витрата води в р. Тур'ї поблизу м. Ковель становила 2,71 м3/с, тоді як в період з 1994-2004 рр. - 8,96 м3/с - при Qек.ср.р=2,66 м3/с (екологічно допустима середньорічна витрата води). Це свідчить проте, що на гідрологічний режим річки негативно впливає водосховище розміщене вище гідропоста на 340 м, заростання русла та незадовільний технічний стан меліоративних систем, що сприяє підвищенню екологічно допустимих мінімальних витрат води. А у р. Прип'ять поблизу с. Любязь стан протилежний, за період спостереження з 1963-1974рр. мінімальна витрата води становить 7,87 м3/с, тоді як в період з 1994-2004рр. - 7,13 м3/с. Це свідчить проте, що є вплив природних факторів і антропогенних. Перші обумовлені зміною кліматичних характеристик (теплі з відлигами зими і вологі, теплі літа), що приводить до збільшення частки меженного стоку. Серед антропогенних факторів необхідно відмітити: регулювання стоку річки за рахунок забору води у Дніпро-Бузький канал, незадовільний технічний стан меліоративних систем, що сприяє вторинному заболочуванню і як наслідок, підвищенню екологічно допустимих мінімальних витрат води, заростання русла.

У р. Тні поблизу с. Броники на протязі усього періоду дослідження екологічно допустима мінімальна витрата води коливається в межах відповідно 0,41 м3/с і 0,71 м3/с. Отже, екологічно допустимі мінімальні витрати води в річці подібні, екологічний стан річки відносно сталий.

Для порівняння екологічно допустимих мінімальних витрат води з річок Прип'ятського Полісся України розраховано екологічно допустимі мінімальні модулі стоку (Мек.доп), л/с·км2 і побудована карта екологічно допустимих мінімальних модулів стоку в л/с·км2 (рис.2).

Так, екологічно допустимий мінімальний модуль стоку на досліджуваній території змінюється від 2,5 л/с·км2 на р. Прип'ять біля с. Річиця до 2,0 л/с·км2 у Волинському Поліссі (р. Вижівка, р. Тур'я, р. Стохід, р. Вирка) і до 1,50 л/с·км2 у Житомирському Поліссі (р. Уборть, р. Уж). Такий розподіл екологічно допустимого мінімального модуля стоку пояснюється впливом факторів - гідрологічних, геоморфологічних, площею водозбору, глибиною урізу русла.

П'ятий розділ “Оцінка екологічно допустимого об'єму відбору води з річок в роки різної забезпеченості” включає аналіз результатів розрахунків, обчислення екологічно допустимого об'єму відбору води з річок, обґрунтування результатів застосування методики та загальних рекомендації щодо визначення екологічно допустимих мінімальних витрат води.

Екологічно допустимі мінімальні витрати води у річках розраховані за еколого - гідрологічними критеріями для всіх місяців року, вони обмежують відповідні об'єми відбору води з них.

Для проведення аналізу в таблиці 1 наведено результати розрахунків означених витрат води для окремих річок, що протікають в зоні Прип'ятського Полісся України. За визначеними значеннями екологічно допустимих мінімальних витрат води розраховані об'єми екологічного стоку (Wе), який необхідно залишити в річках для збереження сталого функціонування їх екосистем при будь-яких видах господарської діяльності.

Результати відображають стан забезпечення величин екологічно допустимого мінімального стоку в річках Прип'ятського Полісся водними ресурсами у різні за водністю роки як в цілому за рік, так і в окремі місяці. Як свідчать дані таблиці 1, об'єм екологічного стоку майже в половини досліджуваних річках досягає 40 % норми стоку, а в інших шести річках 50-60% норми стоку, за винятком р. Вирки поблизу с. Сварині, де екологічний стік становить 74,4% норми стоку (де майже 30 % стоку зарегульовано), а також р. Прип'ять, де екологічний стік становить 71,7% норми стоку біля с. Річиця (де загальний об'єм ставків складає 8,3 млн. м3) і 76,4% норми стоку біля с. Любязь (де пост є джерелом води для Дніпро-Бузького каналу).

В дуже маловодний рік 95 % забезпеченості водні ресурси не забезпечують об'єми екологічного стоку і Wе > Wр, а в маловодний рік 75 % забезпеченості його водні ресурси перебільшують екологічний стік здебільшого на незначну величину, це підтверджує і О.Г. Ободовський у своїх роботах. В дуже маловодні роки (близькі до 90-95% забезпеченості) характеристики, які забезпечують відтворення біоресурсів водних екосистем, досягають критичних значень. Щодо місячних екологічно допустимих мінімальних витрат води, то в основному їх величини перевищують відповідні середньомісячні витрати води в рік 95 % забезпеченості стоку. А відносно прийнятих санітарних витрат води у практиці водогосподарських розрахунків і проектування споруд (традиційно їх визначають по найменшій середньомісячній витраті води 95 % забезпеченості), то це перевищення досягає 24 %. Так, в теплий період року санітарні витрати води р. Тні поблизу с. Броники становлять 0,15 м3/с, тоді як екологічні - 0,39 м3/с.

Встановлені об`єми екологічного стоку дають можливість обчислити екологічно допустимий об`єм відбору води з річки, тобто потенційного стоку, за яким оцінюють забезпеченість території басейна водними ресурсами для можливого їх використання. Його величину визначають за різницею об'ємів природного стоку (середньобагаторічного 50% забезпеченості) (Wр) і екологічно допустимого (Wе), тобто: Wв=Wр-Wе .

Таблиця 1 Екологічно допустимі мінімальні витрати води (1) і розрахункові витрати води в характерні за водністю роки (2-середні, 3-маловодні, Р=75%, 4-дуже маловодні, Р=95%) та відповідні об'єми стоку досліджуваних річок

Наприклад, забезпеченість водними ресурсами р. Тні поблизу с. Броники для можливого їх господарського використання у середні за водністю роки (50% забезпеченості), маловодні (75% забезпеченості) становить відповідно 74,3 млн. м3 і 15,3 млн. м3 . В дуже маловодні роки (95 % забезпеченості) об'ємів водних ресурсів для можливого використання в басейні річки не вистачає майже 22,7 млн. м3, тобто необхідно зменшувати відбір водних ресурсів для водогосподарських потреб, шукати джерела для поповнення стоку річок (що практично надзвичайно важко) чи різко зменшити скиди стічних вод, або ж налагодити їх краще очищення. Вимоги щодо забезпечення водою господарських потреб при дотриманні у річці екологічно допустимих мінімальних витрат води і відповідних об'ємів відбору стоку з них узгоджують балансовими розрахунками.

Розглянуті приклади розрахунку свідчать, що в основному розрахункові критерії задовольняють основним принципам методики визначення екологічно допустимих мінімальних витрат води при різних умовах формування стоку. Потрібно лише враховувати різну тривалість основних фаз водного режиму. Так, в басейнах річок Полісся повеневий період припадає на другу декаду березня, а вегетаційний період починається в першій декаді квітня. Тоді як в степовій зоні зимова межень в річках триває лише два місяці - грудень, січень; повеневий період припадає на лютий і може тривати до квітня, а літня межень починається з травня. Тоді як в зоні Полісся літня межень починається з червня.

Тому, незважаючи на незначний діапазон коливань розрахункових критеріїв їх визначення необхідно обґрунтовувати по кожній річці. Наприклад, в період зимової межені в руслі річки Тні для забезпечення переміщення ґрунтових фракцій достатня середня швидкість 0,25 м/с, а для річки Вирки 0,1 м/с, тому що вона віднесена до малих річок з глибинами в межень 0,1- 0,15 м; оскільки водозабір річки характеризується незначною глибиною врізу (0,1…0,15 м), поступовим переходом від інтенсивно заболочених долинних геоморфологічних рівнів (заплава, надзаплавні тераси) до низьких і часто також заболочених вододілів. Річковий стік тут формується під значним впливом напірних вод верхньокрейдяних горизонтів. Похил русла річки незначний, річка має повільну течію.

Аналіз результатів такого визначення для досліджуваних річок Полісся показав, що за умовами збереження функціонування річкових екосистем як водних об'єктів живої природи від виснаження і деградації допустимий об'єм відбору річкового стоку вище вивчених гідростворів знаходиться в межах (25…48%), окрім річок Стохід - с. Малинівка, Тня - с. Броники, Смолка - с. Сусли, Уборть - с. Перга, Уборть - с. Рудня Іванівська в яких ця межа досягає (50…65%). При цьому слід зауважити, що ця величина складається не тільки із об'ємів безповоротного водоспоживання, а в ній зосереджені всі витрати річкового стоку (вище гідростворів) внаслідок господарської діяльності людини. А для річок Стохід, Тня, Уборть є значні резерви водовіддачі за рахунок руслового регулювання стоку.

Оцінка зв'язку та аналіз річок за проходження ЕДМВ (екологічно допустимих мінімальних витрат) води у процентному відношенні до середньо багаторічної витрати води за досліджуваний період проведена на основі кластерного аналізу з використанням двохгрупового методу та програмного пакету STATISTICA 6 RU та ArcGis 9.3. Саме цей метод дозволяє проводити кластеризацію (об'єднання) в обох напрямках, тобто і спостереження (річки), і змінні (ЕДМВ води, витрати води різної забезпеченості).

Це дозволило здійснити районування території Прип'ятського Полісся України за помісячними екологічно допустимими об'ємами відбору води з річок, результати відображені для серпня на рис.3.

Таким чином, при проведенні кластерного аналізу за двохгруповим методом ми отримали різну кількість кластерів для різних місяців. Аналіз підтверджує, що найбільші витрати на досліджуваних річках Прип'ятського Полісся спостерігаються у період весняного водопілля (III-IV місяці), а найменші - у період літньо-осінньої межені. Так, на рис.3. зображено екологічно допустимі об'єми відбору води з річок у відсотках від середньо багаторічної норми стоку для серпня. Отримано дев'ять кластерів, які відповідають екологічно допустимим об'ємам відбору на досліджуваних річках. Відповідно найбільший відбір води на р. Уборть - с. Перга - 58,2 %, Случ - с. Громада - 48,4 %, а найбільша потреба у воді для р.Тур'я - м. Ковель, Стохід - с. Малинівка, Вирка - с. Сварині (від'ємні значення). Проведене районування території Прип'ятського Полісся за екологічно допустимими об'ємами відбору води з річок, буде більш точним та достовірним, при дослідженні більшої кількості гідрологічних постів на інших конкретних водних об'єктах.

Внаслідок того, що гідропости розміщені у верхів'ях річок, де стік перебуває в природному стані, тому екологічно допустимі об'єми відбору з річок є дещо завищеними. Забір води з поверхневих та підземних джерел на виробничі, господарські потреби та риборозведення у басейнах досліджуваних річок не перевищує допустимий об'єм річкового стоку, який встановлений для відбору згідно з розрахунками. Більшість підприємств використовують для водоспоживання підземні водні ресурси.

Тому, виходячи із екологічно допустимого об'єму безповоротного водоспоживання в межах водозабірного басейну річки обов'язково необхідно визначати екологічний стік для збереження здатності водної екосистеми до саморегуляції, самоочищення і самовідновлення.

Нормативи гранично допустимого внутрішньорічного безповоротного відбору річкового стоку і екологічний стік повинні встановлюватися диференційовано для кожного водного об'єкту в різних гідростворах з обов'язковим врахуванням вимог до водних ресурсів.

Висновки

У дисертаційній роботі здійснено розробку методичних положень, спрямованих на визначення екологічно допустимих об'ємів відбору води з річок Прип'ятського Полісся України у роки різної водності, обґрунтовані рекомендації щодо визначення характеристик стоку, які забезпечують збереження річкових екосистем.

Основні висновки і результати отримані завдяки проведеному дослідженню полягають в наступному:

1. На основі аналізу чинників і процесів, які лімітують основні напрямки збереження річкових

систем у різні фази водного режиму (як складних біокосних систем), дозволили обґрунтувати величини відбору води з річок у роки різної водності (забезпеченості стоку) і розробити “Методику визначення екологічно допустимих рівнів відбору води з річок з метою збереження сталого функціонування їх екосистем”.

Відбір чинників здійснений згідно загальної концепції, за якою річки розглядаються як складні біокосні динамічні системи, які складені з біотичних і абіотичних компонентів.

2. Розроблена методика базується на аналізі таких показників: а) рівнів виходу води з русла річки на заплаву, а відповідно і витрат води, які забезпечують цей вихід в період повені, при яких створюються умови для нересту риби і вологонакопичення ґрунтів заплави для росту лучних трав; б) руслоформуючих витрат води, при проходженні яких зумовлюється промивання русла і збереження можливості для руслоутворення; в) швидкісний режим потоку, при якому русло не замулюється, не заростає і сприяє формуванню цінних видів гідробіонтів.

3. Методика дає можливість екологічно обґрунтувати визначення мінімальних витрат води в річці, при яких в кожну фазу гідрологічного режиму зберігається безпечне і стале функціонування водної екосистеми.

4. В результаті досліджень сформульовані основні вимоги до вибору об'єктів розрахунків, гідрологічних постів та створена база вихідної інформації, в основу якої покладені матеріали багаторічних спостережень за гідрологічним режимом річок.

5. Екологічно допустимий мінімальний стік річок Прип'ятського Полісся України, визначений за розробленою методикою, який необхідно залишити в річці для збереження її сталого функціонування. Він відповідає стоку, що знаходиться в межах 40… 74,4%. Таким чином, в дуже маловодний рік 95% забезпеченості водні ресурси набагато менші екологічного стоку, а в маловодний рік 75% забезпеченості вони перебільшують екологічний стік на незначну величину.

Співставлення санітарних і екологічно допустимих витрат води у річках Прип'ятського Полісся України показало, що санітарні витрати переважно менші екологічних. Так, зокрема санітарні витрати води р. Тні поблизу с. Броники становлять 0,15 м3/с, тоді як екологічні - 0,39 м3/с.

6. Виконані дослідження свідчать, що запропонована методика визначення екологічно допустимих рівнів відбору забезпечує врахування значного числа гідрологічних чинників і завдяки використанню ЕОМ дозволяє врахувати численні варіанти впливу природних і антропогенних чинників на річкові екосистеми і отримання обґрунтованої оцінки екологічно допустимих мінімальних витрат води, які необхідно резервувати в річці в різні фази водного режиму для збереження її сталого функціонування.

7. За визначеними величинами екологічно допустимих мінімальних витрат води з річок Прип'ятського Полісся України побудована карта екологічно допустимих мінімальних модулів стоку (л/с·км2).

8. В роботі зроблений аналіз екологічно допустимих мінімальних витрат води з річок Прип'ятського Полісся України у відсотковому відношенні цих витрат до середніх багаторічних витрат води за досліджуваний період на основі кластерного аналізу з використанням двох групового методу та програм STATISTICA 6 RU ArcGis 9.3. Це дозволило здійснити районування території Прип'ятського Полісся України за помісячними екологічно допустимими об'ємами відбору води з річок.

9. Результати виконаних досліджень свідчать, що застосування розробленої методики дає можливість в умовах сучасного рівня водоспоживання, водогосподарсько-екологічного стану водних і навколоводних екосистем науково обґрунтувати об'єми відбору річкового стоку. Для досліджених річок Прип'ятського Полісся України допустимий об'єм відбору річкового стоку знаходиться в межах (25…65%).

Впровадження розроблених методичних рекомендацій в практику природоохоронної і водогосподарської діяльності дозволяє науково обґрунтувати об'єм водокористування, виходячи з основних умов збереження екологічно безпечного і сталого функціонування водних та навколоводних екосистем в межах толерантності природної стадії гідрогенезу, коли не порушується здатність природних комплексів до саморегуляції, самоочищення і самовідновлення.

“Методика визначення екологічно допустимих рівнів відбору води з річок з метою збереження

сталого функціонування їх екосистем” передана в проектні і водогосподарські організації, установи охорони навколишнього природного середовища для використання при розробці комплексних схем охорони і раціонального використання водних ресурсів, при складанні водогосподарських балансів та розробці режимів роботи водогосподарських об'єктів.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Холоденко В. С. Обгрунтування методичного підходу до визначення екологічно допустимих рівнів відбору води з річок / В. С. Холоденко // Гідрологія, гідрохімія і гідроекологія: наук. зб. / Відп. редактор - В. К. Хільчевський. - К. : ВГЛ Обрії, 2008. - Том.15. - С. 34 - 42.

2. Холоденко В. С. Определение экологически допустимых уровней отбора воды из р. Уж / В. С. Холоденко // Вода: экология и технология (ЭКВАТЭК - 2006): 7 - й междунар. конгр., 30 мая - 2 июня 2006 г., Ч. 1. - Москва: Фирма СИБИКО Интернэшнл, 2006. -- С. 76 - 77.

3. Холоденко В. С. Определение экологически допустимых уровней отбора воды из р. Тни / В. С. Холоденко // Ключевые аспекты научной деятельности - 2007: II междунар. науч.-практ. конф., 16 - 31 янв. 2007 г., Т. 7. Естественные науки. - Днепропетровск: Наука и образование, 2007. -- С. 97 - 98.

4. Холоденко В. С. Встановлення екологічно допустимого об'єму відбору води з річок Поліської області надмірної водності України/ В. С. Холоденко // Гідрологія, гідрохімія і гідроекологія: наук. зб. / Відп. редактор - В. К. Хільчевський. - К. : ВГЛ Обрії, 2009. - Том.17. - С.105-212.

5. Холоденко В. С. Встановлення екологічно допустимих рівнів відбору води з р. Тур'ї / В. С. Холоденко // AQUA UKRAINE 2007: V - й міжнар. водний форум наук. - практ. конф. “WATER & ENVIRONMENT” (“ВОДА ТА ДОВКІЛЛЯ”), 9 - 12 жовт. 2007 р. - К. : ТОВ Міжнародний виставковий центр, 2007. - С. 63 - 64.

6. Холоденко В. С. До визначення екологічно допустимого рівня відбору води з річок / В. С. Холоденко // Гідрологія, гідрохімія і гідроекологія: наук. зб. / Відп. ред. - В. К. Хільчевський. - К. : ВГЛ Обрії, 2008. - Том.14. - С. 138-144.

7. Холоденко В. С. Встановлення екологічно допустимого об'єму відбору води з р. Вижівки / В. С. Холоденко // Природно-ресурсний комплекс Західного Полісся: історія, стан, перспективи розвитку. Ч. 1: наук. - практ. конф., 17 - 18 трав. 2008 р. - Березне: НСІ, 2008. - С. 83 - 85.

8. Холоденко В. С. Оцінка екологічно допустимого рівня відбору води з річок у різну їхню водність / В. С. Холоденко, А. В. Яцик // Водне господарство України. - 2007. - № 5. - С. 29 - 34. (здобувач - оцінка екологічно допустимого рівня відбору води з річок у різну їхню водність; А. В.Яцик - супровід вирішення задачі).

9. Холоденко В. С. Встановлення екологічно допустимого об'єму відбору води з р. Уборть/ В. С. Холоденко // AQUA UKRAINE 2009: VII - й міжнар. водний форум наук. - практ. конф. “WATER & ENVIRONMENT” (“ВОДА ТА ДОВКІЛЛЯ”), 10 - 13 лист. 2009 р. - К. : ТОВ Міжнародний виставковий центр, 2009. - С. 74 -75.

10. Методика визначення екологічно допустимих рівнів відбору води з річок з...