Геогідроморфологічний аналіз розвитку русла та заплави верхнього пруту

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Геогідроморфологічний аналіз розвитку русла та заплави верхнього пруту

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата географічних наук

Актуальність теми. Запровадження і перевірка загальних положень і розробок руслознавства у дослідженнях конкретних річок та регіональних особливостей руслоформування як правило дає можливості створювати нові знання, збагачувати дану науку новими фактами та ідеями, краще бачити і формулювати завдання як дослідницького, так і прикладного характеру, а також намічати шляхи їх оптимального вирішення.

У працях Ю.С. Ющенка (2005) запропоновано новий підхід до вивчення закономірностей руслоформування - геогідроморфологічний. Він вже, у першому наближенні, був застосований до річок Карпато-Подільського регіону України. Водночас різноманіття і складність руслоформування тут надзвичайно великі. Крім того важливо охопити дослідженнями як природні закономірності, так і особливості їх змін пов'язані з діяльністю людини. Поступове поглиблення знань про руслоформування на річках регіону є актуальною науковою і практичною задачею. Вона може вирішуватись через запровадження та розвиток геогідроморфологічного аналізу закономірностей розвитку русел і заплав. Одним з найбільш цікавих і складних об'єктів дослідження виступає Верхній Прут.

Зв'язок із науковими програмами, планами, темами. Дослідження за темою дисертації виконувались протягом 2004-2008 рр. згідно з планами науково-дослідних робіт кафедри гідроекології, водопостачання та водовідведення Чернівецького національного університету імені Юрія Федьковича (кафедральна тема «Дослідження басейнових систем Карпато - Подільського регіону в контексті сталого розвитку», номер держ. реєстрації 0106U003617). А також у зв'язку з виконанням госпдоговірних робіт «Дослідження причин та наслідків негативних стихійних явищ на р. Черемош з метою запобігання збитків земельним ресурсам, інженерним та житловим спорудам» та «Проведення наукових досліджень з гідрологічного обґрунтування перспектив оптимізації раціонального використання русел і заплав основних річок Чернівецької області».

Об'єктом дослідження є русло та заплава Верхнього Пруту взяті разом з антропогенними об'єктами на рівні характерних та однорідних ділянок (включаючи основні елементи їх внутрішньої будови).

Предметом дослідження є геогідроморфологічні закономірності руслоформування Верхнього Пруту у референційних та антропогенних умовах.

Методи дослідження. Геогідроморфологічний аналіз - це система методів виявлення та опису особливостей руслоформування річок, що базується на використанні та розвитку знань про геогідроморфологічні закономірності цих процесів. У дисертації розвинуто і застосовано методику створення та аналізу комплексів руслознавчих карт. Як базові використані топографічні карти за період від 1889 року, а також космознімки отримані через програму Google Earth. Обробка карт проводилась за допомогою програми Corel DRAW. Також була розроблена і реалізована методика проведення експедиційних досліджень, включаючи фотограмметричний метод вивчення руслоформуючих наносів. Для аналізу чинників руслоформування використані системи гідроморфологічних зв'язків, методи статистичної обробки гідрологічної інформації, метод кривих Крессера та прийоми аналізу картографічної геоморфологічної інформації.

З метою вивчення проявів та наслідків антропогенних впливів застосовано історичний, експедиційний методи та спеціальні методи аналізу гідрологічної інформації.

Наукова новизна отриманих результатів містить наступні положення:

На рівні методолого-методичних проблем та узагальнень:

· розроблені і вперше реалізовані принципи та методика геогідроморфологічного аналізу закономірностей руслоформування;

· на основі ГМА апробовано і доповнено геогідроморфологічну класифікацію русел річок стосовно групи структурно-алювіальних русел, виділено класи та підкласи, поглиблено уявлення про особливості умов формування крупноалювіальних та структурно-алювіальних русел на гірських ділянках;

· значно поглиблено уявлення про ієрархічну дію фактора обмежень у регіонах зі складною геологічною та тектонічною будовою;

· вперше запропоновано уявлення про субеволюції руслоформування вздовж гірської та напівгірської течії річки.

На регіональному рівні:

· розроблено і реалізовано методику формування картографічної бази руслознавчих досліджень (створено серії руслознавчих карт), яка вперше дозволила провести аналіз розвитку русла за період майже 120 років;

· проведено поглиблений (геогідроморфологічний) аналіз закономірностей еволюції та дії чинників руслоформування вздовж течії Верхнього Пруту;

· поглиблено знання про характерні та однорідні ділянки русла та заплави Верхнього Пруту, а також вперше описані групи ділянок його субеволюцій, зумовлених особливостями дії чинників обмежень, наносів і реакціями системи потік-русло;

· обгрунтовано віднесення ділянок русла до підкласів та виділення генералізованих характеристик типів русла Верхнього Пруту, виявлені основні, властиві їм, види морфодинаміки на рівні домінантних форм;

· проаналізовано історію та основні особливості антропогенного впливу і антропогенних умов розвитку русла та заплави;

· запропоновано шлях формування підходів до раціонального використання і охорони русла та заплави Верхнього Пруту через розвиток уявлень про річковий геоекологічний коридор.

Практичне значення отриманих результатів. Результати досліджень можуть бути використані при проектуванні та експлуатації інженерних споруд, зокрема берегозахисту, а також при плануванні раціонального використання та охорони русла і заплави Верхнього Пруту.

Результати досліджень використовуються і впроваджені Державним управлінням охорони навколишнього природного середовища у Чернівецькій області і Державним науково-дослідницьким та проектно-вишукувальним інститутом «НДІпроектреконструкція». Матеріали дослідження також впроваджені у навчальний процес з підготовки географів та екологів у Чернівецькому національному університеті імені Юрія Федьковича.

Особистий внесок здобувача. Автором особисто зібрані та опрацьовані матеріали гідрологічних спостережень, а також картографічні матеріали. Проведено серію експедиційних досліджень. Розроблено та апробовано методику створення серій руслознавчих карт. Застосовано геогідроморфологічний аналіз до вивчення закономірностей руслоформування Верхнього Пруту. Виділено характерні та однорідні ділянки русла та заплави, групи ділянок субеволюцій. Описано основні види морфодинаміки на різних ділянках. Проаналізовано антропогенні умови розвитку Верхнього Пруту і сформульовані завдання підвищення якості геоекологічного коридору.

Апробація результатів дисертації. Основні результати досліджень були представлені на наукових конференціях студентів і аспірантів географічного факультету Чернівецького національного університету імені Юрія Федьковича (2003), Київського національного університету імені Тараса Шевченка (2004-2006), і на міжнародних конференціях «Молодь у вирішенні регіональних та транскордонних проблем екологічної безпеки» (Чернівці, 2006) та «Гідроекологія річкових русел» (Київ, 2006).

Публікації. За результатами досліджень автором опубліковано 10 наукових праць, у тому числі 5 - у рекомендованих ВАК України виданнях. З них три публікації є одноосібними.

Обсяг і структура дисертації. Дисертація викладена на 161 сторінці машинописного тексту. Складається з переліку умовних скорочень (абревіатур), вступу, чотирьох розділів, висновків, двох додатків, списку використаних джерел (172 найменування). Вона проілюстрована 79 рисунками та 12 таблицями. Загальний обсяг роботи - 315 сторінок.

Основний зміст роботи

геоекологічний річка русло заплава

Перший розділ «Теоретико-методологічні основи, завдання і методи дослідження» присвячений руслознавчим основам дослідження, вивченості русел та заплав річок Українських Карпат, завданням та методичним питанням, зокрема змісту геогідроморфологічного аналізу.

Практичні знання про русла річок і каналів формувались на протязі всієї історії людства, але перші наукові узагальнення і теоретичні підходи з'явилися лише наприкінці ХІХ століття. Це було викликано змінами та зростанням практичних запитів. Великий внесок у розвиток руслознавства зробили В.М. Лохтін, М.С. Лелявський, Л. Фарг, Г. Жирардон, М.М. Жуковський, В.Е. Тімонов, В.М. Родевич, Л. Леопольд, М. Вольман, П. Бондурант, М.А. Веліканов, М.Є. Кондратьєв, М.І Маккавєєв, С.Т. Алтунін, М.О. Ржаніцин, Р.С. Чалов, Й.Ф. Карасьов, Н.С. Знаменська та ін. Ними закладені основні напрямки руслознавчих досліджень та теорії.

Руслознавчі дослідження річок Українських Карпат розпочались у середині 60-х років ХХ століття. Це значною мірою пов'язано з комплексними планами освоєння водних ресурсів, що впроваджувались у Радянському Союзі. Тому такі дослідження мали прикладне спрямування. Їх розпочинали М.Н. Бухін, В.А. Базилевич, О.Н. Кафтан, В.В. Онищук, А.Я. Каганов та ін. З другої половини 90-х років починається сучасний етап досліджень русел річок регіону. Він характеризується розвитком поглядів на їх раціональне, оптимальне використання, а також застосуванням деяких нових методологічних підходів. Це стосується дослідників Київського національного університету, зокрема О.Г. Ободовського, В.В. Онищука, О.С. Коноваленко та ін. Подібні дослідження проводяться також у Чернівецькому національному університеті Ю.С. Ющенком, В.Г. Явкіним та ін.

Спрямованість геогідроморфологічних досліджень руслоформування річок на виявлення геопросторових закономірностей можна назвати геогідроморфологічним аналізом (ГМА). Його основне завдання - пізнання закономірностей руслоформування у конкретних природних умовах, а також (на цій основі) регіональні узагальнення. Він також розширює коло об'єктів та предмет руслознавчих досліджень. ГМА допомагає вивчати межі та особливості застосування геогідроморфологічного підходу (ГМП), його можливості, допомагає доповнювати іншими закономірностями згідно характеру природних умов. Реалізація ГМА потребує встановлення достатньо чітких принципів і формування системи методів та прийомів дослідження. При цьому поєднуються використання і модернізація вже відомих, та розробка і запровадження нових.

Нами вдосконалена і відпрацьована методика ГМА стосовно Верхнього Пруту. Зокрема, розроблено способи порівняння карт та космознімків за різні періоди часу, внесено вдосконалення у фотограмметричний метод аналізу руслоформуючих наносів, проведено виділення однорідних ділянок русла та заплави (ОДРЗ), розроблено та реалізовано послідовність аналізу та опису руслоформування на ОДРЗ, апробована та доповнена геогідроморфологічна класифікація русел річок, розглянуто питання про субеволюції поздовжнього профілю та руслоформування річки тощо.

Загалом, алгоритм дослідження можна представити наступним чином:

- дослідження природних умов та чинників руслоформування на характерних ділянках течії Верхнього Пруту;

- аналіз особливостей руслоформування на однорідних ділянках русла і заплави у референційних умовах враховуючи еволюцію вздовж течії (від витоків) та у часі (за багаторічний період);

- узагальнення даних про закономірності природного руслоформування;

- аналіз особливостей антропогенного впливу на руслоформування та його закономірностей в антропогенних умовах;

- формування уявлень про шляхи оптимізації розвитку річкового геоекологічного коридору Верхнього Пруту.

У другому розділі «Умови та чинники руслоформування Верхнього Пруту» здійснюється аналіз оротектонічних умов, особливостей формування стоку наносів та алювіального середовища, клімату, опадів, водного режиму, а також відповідних чинників: обмежень, наносів річки та її водно-гідравлічного режиму.

Гідрологічна інформація по басейну річки неоднорідна і неповна як за тривалістю, так і за якістю. Загалом, мережа гідрологічних спостережень у басейні Верхнього Пруту нараховує 17 основних пунктів. З них, саме на р. Прут (в межах України) розташовано та діє 5. Пости у м. Снятин та м. Новоселиця були закриті в 1964 і 1949 роках відповідно. На діючих гідрологічних постах спостерігають за рівнями та температурою води (всі пости), витратою води (всі, крім м. Коломия), мутністю води (Ворохта, Татарів, Яремче) і витратою завислих наносів (Ворохта, Яремче).

Чинники руслоформування розглянуто нами у геопросторовому відношенні ієрархічно, тобто через зміни умов руслоформування вздовж течії. Стосовно поділу річки на однорідні ділянки провідним виступає чинник обмежень. Найвищий рівень поділу пов'язаний з перетином тектонічних структур земної кори першого порядку (Українські Карпати, Передкарпаття та Східноєвропейська рівнина). Нижчі рівні поділу пов'язані із впливом структурних, морфотектонічних особливостей територій (долин). В умовах висхідних неотектонічних рухів та складної тектонічної будови долини Верхнього Пруту дія чинника обмежень також складна, ієрархічна. Це простежується в особливостях функціонування системи «потік - русло» (СПР) на різних рівнях.

Всю течію р. Прут на території України можна поділити на дві ділянки: гірську та напівгірську. Основою такого поділу є відмінність морфометричних, гідрологічних та ландшафтних показників.

Групи ділянок русла Верхнього Пруту у гірській його частині пов'язані зі звуженнями та розширеннями долини, що зумовлено як місцевими базисами ерозії, так і вираженими (різкими) змінами тектонічних умов розвитку. Особливостями долини Верхнього Пруту у напівгірській частині течії також є її поділ на розширені ділянки (на яких річка подрібнюється на блукаючі притоки) та звужені (в яких вона протікає єдиним, хоча і меандруючим руслом).

Основна кількість наносів Верхнього Пруту надходить з гірської частини водозбору. Їх ресурс пов'язаний з корами вивітрювання, провідними сучасними екзогенними процесами, а також із запасами на дні річкових долин. Алювіальне середовище на дні долини р. Прут у гірській течії розвинуте дуже слабко, а у напівгірській течії відмічається значна нерівномірність розподілу потужностей алювію. Переважна потужність власне під руслом складає декілька метрів. Руслоформуючий алювій змінюється вздовж течії Верхнього Пруту немонотонно. Крупні фракції алювію надходять на протязі всієї гірської течії річки, особливо при перетині хребтів і району виходів Ямненських пісковиків. У напівгірській течії збільшення крупності пов'язане із впадінням р. Черемош.

Дослідження крупності руслоформуючого алювію і особливо кривих Крессера дозволило нам деталізувати уявлення про дію чинника наносів. Інтенсивність їх транспортування вздовж всієї досліджуваної течії залишається високою. Обмін між придонними і завислими наносами незначний. Переважні діаметри часток завислих наносів 0,001 - 1 мм. Склад руслоформуючих наносів змінюється за течією від валунного до валунно-галькового і переважно галькового та дрібногалькового. Фракція гравійних часток майже відсутня, вони зустрічаються лише у вигляді домішок.

Аналіз основних гідравлічних характеристик в ув'язці з витратами води (та рівнями) проводився в основному по створах Яремче та Чернівці. Дані спостережень у м. Чернівці потребували поглибленого аналізу у зв'язку з різницею в положенні гідростворів, а також антропогенними змінами на ділянці спостережень в цілому. В результаті дослідження нами було виявлено, що для р. Прут в районі м. Яремче при витраті води 400 - 500 м³/с (забезпеченість 20-25%) відбувається зміна тенденції зростання параметра кінетичності потоку, структурний стрибок і виділення струменя у водному потоці. Водночас при таких умовах відбувається зрушення придонних наносів, тобто V/V₀ = 1. Також виявлено, що числа Фруда досягають 1 при витратах менше 10%. Важливим і однозначним висновком при аналізі чисел Глушкова є те, що при малих витратах на р. Прут в м. Яремче потік більш розпластаний. Тобто меженний потік, який не може активно формувати своє русло, розбитий на окремі струмені, його структура «рихла», а самоорганізація проявляється найменшою мірою.

Руслоформування на ділянці створу гідрометричних спостережень у Чернівцях відбувається в інших умовах, ніж по створу у Яремче. Це ділянка з давньою та «багатою» історією антропогенного впливу. В таких умовах оцінка руслоформуючих витрат являє собою непросту задачу. У першому наближенні нами покладено в основу відповідного аналізу дані за період приблизно від початку 50-х років до 1970-1974 р.р. Порогові значення середніх швидкостей початку зрушення мас наносів виявлені нами при витратах понад 1400 м³/с (забезпеченість 25%). В умовах близьких до природніх це також були витрати, при яких починався вихід води на заплаву. Але водночас аналіз розвитку руслових форм показав, що активні мезоформи розвиваються при витратах 2600-2800 м³/с, забезпеченістю менше 10%. При проходженні катастрофічних паводків їх вид може змінюватися, або потенційно може збільшуватися крок.

Третій розділ «Однорідні ділянки русла та заплави Верхнього Пруту» присвячений виділенню однорідних ділянок гірської та напівгірської частини течії, аналізу та узагальненню відомостей про руслоформування в їх межах.

Структурування течії річок для руслознавчого дослідження пропонується проводити з визначенням двох верхніх рівнів поділу: 1) характерні ділянки; 2) однорідні ділянки русла і заплави. Однорідні ділянки виділяються в межах характерних. Характерні - отримують назви у зв'язку з геогідроморфологічною класифікацією русел річок.

До основних критеріїв виділення ОДРЗ в референційних (природних) умовах слід віднести геоморфологічні особливості дна долини річки і розташування русла та заплави в його межах, а також вплив приток. Таким чином сама процедура виділення повинна включати опис та аналіз цих умов, взаємодії з внутрішніми процесами в СПР. Однорідність ділянок проявляється також і у господарському освоєнні, антропогенному впливі. Це важливо враховувати при вивченні розвитку природно-антропогенних систем, екологічних умов територій.

Виділення ОДРЗ Верхнього Пруту і наступний аналіз інформації про їх особливості підтвердило провідне значення чинника обмежень. Він відображає вплив геологічної будови, тектоніки та інших зовнішніх впливів на СПР. Слід також зауважити на тому, що довжини ділянок (ОДРЗ) досить різні. Це, з одного боку, говорить про особливості прояву зовнішніх впливів. А з іншого - про чутливість СПР до змін та її здатність виступати їх індикатором.

Дослідження ділянок гірської течії дозволило нам провести апробацію геогідроморфологічної класифікації русел річок, а також виробити пропозиції щодо її розвитку (доповнення). А саме, в межах групи структурно-алювіальних русел запропоновано виділяти наступні класи: поріжно-водоспадні русла (ПВР) та структурно-глибово-алювіальні русла (СГАР); підкласи: до СГАР можна віднести прямолінійні (СГАР - 1) та звивисті (СГАР - 2). Слід зауважити, що на ділянці ХІV є локальна вставка структурного русла, а саме Яремчанський водоспад. В цілому апробація геогідроморфологічної класифікації русел річок показала відповідність реальним умовам на ділянках.

У гірській частині течії Верхнього Пруту складні геолого - тектонічні умови впливають на малі довжини ОДРЗ, а також на варіативність форм та процесів руслоформування в середині них. Всього на ділянці від витоків до смт. Делятин виділено 16 ОДРЗ. Визначені їх основні параметри.

Дослідження ОДРЗ гірської частини Верхнього Пруту показало відсутність плавно-монотонних односпрямованих змін. Найбільш адекватною і перспективною формою відображення (схематизації) немонотонних змін є поняття про субеволюції (парагенези), що включають взаєпов'язані групи ділянок. Основним видом дії тектонічного чинника на виділення ділянок субеволюцій є місцеві базиси ерозії. Субеволюції у гірській частині течії (їх нараховується сім) носять свої особливості.

Незначний розвиток ділянок алювіального русла в гірській частині течії Верхнього Пруту відповідає великій інтенсивності впливу чинника обмежень. Слід також зауважити, що закономірні зміни поздовжніх похилів у межах субеволюцій є реакцією СПР на дію чинника обмежень. Система регулює (формує) рівні балансу швидкостей та внутрішнього опору.

Основною закономірністю змін крупності руслоформуючих наносів вздовж ділянок гірської течії Верхнього Пруту є не тільки поступове зменшення, але і значні варіації, пов'язані з особливостями руслоформування. Більш дрібні наноси можуть відкладатися у тіньових зонах, або у значних розширеннях. Вони добре окатані. На ділянках структурно-алювіального русла наноси більш крупні і менш окатані.

Великий ступінь стиснення та обмежень потоку, малий розвиток алювіальних ділянок свідчать про високу інтенсивність (динамічність) потоку під час проходження крупних паводків і, відповідно, велику інтенсивність транспорту придонних наносів, які значною мірою можуть проноситися транзитом.

Оцінюючи ширини русла, смуги руслоформування та заплави можна прийти до висновку що у гірській течії переважає врізане русло (В_з ? В_р). Аналіз кроків домінантних алювіальних форм вказує на те, що у горах вони переважно вторинні, тобто явно менші, ніж повинні були б бути відповідно до Q_р/ф. Імовірно тут впливають значне стиснення (S=8) та особливості дії (самоорганізації) потоку під час проходження паводків. В цілому ієрархія грядових форм виражена слабко. Вона повніша лише на ділянках найбільшого розвитку алювіального середовища.

Значні планові деформації гірського русла Верхнього Пруту нами не виявлені. Вертикальні деформації у референційних умовах слабко виражені.

В межах напівгірської течії Верхнього Пруту (до кордону з Молдовою) виділено 16 ОДРЗ. Їх розташування та специфіка також тектонічно зумовлені. Нами визначено, що поділ на ОДРЗ можна чітко та об'єктивно унаочнити накресливши провідну, тектонічно зумовлену лінію передгірної течії Верхнього Пруту. Визначені всі основні параметри ОДРЗ. Проведено аналіз руслоформування в їх межах.

Всі ОДРЗ віднесені нами до основного підкласу напівгірського типу русел (КАР - 3) згідно геогідроморфологічної класифікації. Перехід до КАР - 4, імовірно, відбувається в межах Молдови.

У напівгірській частині течії поряд з можливими прямими тектонічними причинами виникнення субеволюцій можуть існувати непрямі (наприклад, дія крупних приток). Допускаються невеликі відхилення від монотонних односпрямованих змін в розвитку СПР. Вони виникають завдяки надзвичайно чутливій реакції останньої на тектонічні впливи. Все, це а також аналіз реальних умов руслоформування на ОДРЗ, дозволяє виділити три групи ділянок субеволюцій напівгірського типу.

Однорідні ділянки русла і заплави у свою чергу характеризуються певною внутрішньою, локальною варіативністю руслових форм та особливостей їх розвитку. Тектонічно зумовлені відхилення від основної лінії напівгірської течії закономірно призводять до посилення дії фактора обмежень і провокації пониження значень параметра S і переходів від розгалужень до меандрування, або від меандрування до квазіпрямолінійних ділянок. Так само можуть виникати відхилення - варіації в межах ОДРЗ, але вже на локальному рівні. Існує також досить багато адаптованих форм (як підтипи).

Для вивчення процесів руслоформування в межах ОДРЗ нами використані, зокрема, картографічні матеріали та інформація з космознімків за період від 1889 р. до 2006 р. Аналіз за такий тривалий період проведено вперше. Це дозволяє більш впевнено судити про основні схеми змін русла та заплави і параметри руслових форм.

Слід зауважити, що в цілому чинник бічних обмежень проявляється відносно інтенсивно, не дивлячись на те, що русло розвивається на фоні досить широкого дна долини (алювіальної рівнини). Це вказує на загальні фонові підняття території у голоцені. Хоча вони і не були значними.

У напівгірській течії чергуються ділянки адаптованого (В_з = 1-3 В_р) та широкозаплавного (В_з > 3 В_р) русла. Заплава в цих (сучасних) межах руслоформування переважно низька (до 1,5 - 2 м у референційних умовах). Уяви про високу заплаву, на наш погляд, пов'язані з поняттям «зона затоплення», що не зовсім відповідає руслознавчим підходам. Можливо масиви з відносними висотами 3 - 3,5 м є рештками якогось минулого етапу розвитку СПР у передгір'ях.

Чинник обмежень проявляється також у субеволюціях. Але для напівгірської течії вони пов'язані також з чинником наносів. По-перше, це вплив р. Черемош (з великим стоком придонних наносів). По-друге, це внутрішні спрямовані зміни в СПР, пов'язані з сортуванням та перевідкладанням наносів.

Дослідження впливу водно-гідравлічного режиму на розвиток ділянок напівгірського русла показують, що стан бурхливої течії тут не спостерігається, а забезпеченість руслоформуючих витрат (паводків) становить менше 40%.

Переважаючим у напівгірській частині течії Верхнього Пруту залишається крок приблизно 500 м (практично на всіх ділянках). Він може, деколи, поєднуватися з кроком 1 км. Більший крок мають тимчасові об'єднані та тектонічно зумовлені комплексні звивини чи острови. Ієрархія форм у референційних умовах на ділянках вільного розвитку русла була досить складною. Основними видами вторинних форм можна вважати осередки і невеликі звивини - меандри. Порівняння карт напівгірських ділянок показало стабільність кроків і значний ступінь узгодженості (однорідності) руслоформування за референційний період.

Темпи планових деформацій основних руслових форм у випадках поступальних зміщень становлять 5-10 м/рік. У деяких випадках локальні, другорядні та менш тривалі деформації можуть відбуватися з темпами 15-20 м/рік.

Деформації також проявляються ієрархічно. На рівні основних форм вони можуть полягати: у поступовому бічному розвитку звивин (особливо в межах «кишень» смуги руслоформування); у сповзанні сегментних звивин; у перекиданні основної течії з однієї протоки в іншу; у спрямленні звивин (звивини не розвиваються за схемою вільного меандрування); у виникненні, зникненні (причленуванні) та змінах конфігурації провідних островів. Особливо відмітимо незначні прояви сповзання провідних форм вниз за течією (як це мало би бути за класичними уявленнями).

Четвертий розділ «Антропогенні умови розвитку русла та заплави Верхнього Пруту» присвячений історії та основним видам антропогенного впливу на русло та заплаву Верхнього Пруту, а також антропогенним змінам розвитку гірської та напівгірської течії. Приділено увагу вивченню Верхньопрутського річкового геоекологічного коридору.

Основними чинниками антропогенного впливу на досліджувану річку є: зарегулювання протипаводковими гідротехнічними спорудами і видобування алювію з руслових та заплавних кар'єрів. Важливою стороною впливу на русло є берегоукріплення (дамби обвалування, кріплення берегів, шпори та ін.).

Вивчення переходу до антропогенних умов потребує вирішення питання про критерії їх виділення, про інтенсивність та види антропогенних впливів, які повинні враховуватися. Зважаючи на те, що у даній дисертації не ставилось завдання зробити оцінку гідроморфологічної якості русла р. Прут, основним аспектом виділення референційних та антропогенних умов приймається власне руслознавчий, тобто зміна характеру руслоформування на рівні основних форм.

Зміни планових форм можна аналізувати за допомогою картографічних матеріалів (включаючи космознімки), а також шляхом експедиційних досліджень.

Використання інформації гідрологічних спостережень для вивчення анропогенного впливу включає різні методичні прийоми. Нами розглянуті порівняння поперечних профілів русла, зміни положення кривих витрат і застосовано метод аналізу багаторічних змін мінімальних річних рівнів та витрат води. Водночас хронологічні графіки мінімальних рівнів можуть вказувати на імовірні зміни висотного положення русла, якщо при цьому враховуються хронологічні графіки змін мінімальних витрат води. Їх (рівнів) зміни за період приблизно від 1970 року до теперішнього часу в цілому відповідають інформації про зміни положення кривих витрат. Пониження відміток русла зафіксоване на поперечниках не може абсолютно точно відповідати вище наведеному опису, оскільки потік (СПР) володіє властивістю саморегуляції. Відповідність є генералізованою і наближеною.

Сумісний аналіз хронологічних графіків мінімальних рівнів, кривих витрат і графіків поперечних перетинів по пунктах гідрологічних спостережень показує, що перший метод може використовуватись для орієнтовної оцінки просадок рівнів і пониження висотних відміток русла. З метою оцінки обґрунтованості використання методу нами обраховані коефіцієнти кореляції між згладженими мінімальними рівнями та рівнями, знятими з кривих витрат при нормі стоку (Q = 75 м³/с) на р. Прут в м. Чернівці та, для порівняння, на р. Сірет в м. Сторожинець. Для цього побудовані графіки змін відповідних рівнів у часі, з яких використано інформацію за період 1976-2006 рр. для м. Чернівці та 1964-2006 рр. для м. Сторожинець. Значення коефіцієнтів кореляції становить 0,96 та 0,93 для Чернівців та Сторожинця відповідно, що вказує на обґрунтованість застосування даної методики.

Оперативну оцінку змін гранулометричного складу наносів під дією антропогенних чинників можна проводити використовуючи фотограмметричний метод.

Гірська частина Верхнього Пруту не так сильно відчуває на собі вплив антропогенного чинника, як передгір'я. Пов'язане це з меншим селітебним навантаженням на долину річки та особливими геогідроморфологічними умовами розвитку СПР. Хоча на певних локальних відрізках спостерігається антропопресинг. Його вплив відчувається на жорсткому закріпленні окремих ділянок берегів і на особливостях внутріруслових процесів (зокрема, відбір алювію, зміни його складу, зміни дрібних форм). В цьому розумінні власне і розглядаються антропогенні умови. На ділянках стійкого структурно-алювіального русла значних односпрямованих вертикальних деформацій не виявлено. Це ж підтверджують дані спостережень у пункті р. Прут - м. Яремче.

Антропогенні чинники впливу на процеси формування СПР напівгірської частини течії р. Прут призвели до таких її змін: зменшення ширин русла, відмирання окремих значних проток, звуження багаторічної смуги руслоформування, зміни типу русла з розгалуженого на однорукавне (на більшості ОДРЗ), зникнення окремих звивин (спрямлення), на деяких ділянках - зменшення кроків домінантних форм тощо. Необхідно відмітити також, що у деяких населених пунктах (села Саджавка, Верхнє, Нижнє, Стрілецький Кут) частково забудована багаторічна смуга руслоформування.

Антропогенна діяльність призвела до змін ОДРЗ. Зокрема, в районі м. Чернівці виникла ділянка антропогенного походження (рис. 3). На інших ділянках зафіксовані локальні (внутрішні) зміни. Дослідження змін положення русла за тривалий період часу дозволяють обґрунтовано стверджувати, що спостерігаються процеси «наступу» людини на заплаву і навіть на смугу руслоформування (інженерні споруди, населені пункти). Змінюється також характер заплави. Частини її фактично стають новітніми терасами.

Дані про врізання річки у першу чергу вивчались по пунктах гідрологічних спостережень, а саме р. Прут - м. Чернівці. Пряму інформацію про зміни положення русла дають поперечні профілі. Криві витрат відображають водночас особливості гідравліки потоку. А мінімальні рівні можуть крім того залежати ще й від умов формування водності річки.

В районі м. Чернівці на 2004-2005 рр. величина просадки рівнів складала приблизно 1,5 м за співставленням кривих Q = f(Н) та мінімальними рівнями, а за суміщенням поперечних профілів річки - біля 3 м. Розбіжності в даних можуть бути пов'язані з тим, що на положення кривих витрат впливає зменшення швидкостей, а зміни поперечного профілю вказують на морфологічну динаміку дна річки. У зв'язку з врізанням значно більше проявилися донні пороги, пов'язані із включеннями щільних пісковиків у неогенові глини, загострились проблеми використання інженерних споруд та деякі інші.

Внаслідок антропогенних змін параметрів русла та заплави, процесів руслоформування Верхнього Пруту спостерігаються складні ланцюги (комплекси) переважно негативних наслідків. До них можна віднести: посилення бічних обмежень; зміни рівнів та режиму підземних (алювіальних) вод, умов водопостачання та водовідведення; активізацію зсувних процесів на частині схилів долини; зміни гідроекосистем, рибопродуктивності; зміни відносних висот заплави та терас і, як наслідок, зміни умов функціонування ландшафтів; зміни зон затоплення; зміни умов функціонування інженерних споруд; зміни рекреаційної та туристичної цінності (якості) річки та прилеглих територій; зміни гранулометричного складу руслоформуючих наносів (зменшення крупності) та інші. Цілком очевидно, що: а - все це є зворотною реакцією СПР, яку потрібно було передбачити при плануванні регулювання річки та її «раціонального використання»; б - проблема з «чисто» технічної переросла у болючу екологічну, соціально-економічну. Вона потребує відповідного комплексу досліджень.

Аналіз інформації про різні види антропогенного впливу приводить до висновку про переважання дії двох основних факторів (за останні 30-50 років). До них належить стискання екологічного коридору, у першу чергу дамбами обвалування, і відбір річкового алювію. Разом вони призводять до значних змін у руслоформуванні, транспорті наносів, гідравлічному режимі потоку, функціонуванні та якості природних комплексів в цілому. Єдиним позитивним наслідком такого роду антропопресингу є пониження загальної імовірності затоплення частини прибережних територій. Але, водночас, негативним є пониження рівнів ґрунтових вод, зміни у ландшафтах і господарстві, забудова частин смуги руслоформування.

Для підвищення якості геоекологічного коридору Верхнього Пруту ми рекомендуємо: обмежити і в найближчі роки заборонити відбір алювію та забезпечити функціонування альтернативних екологічно збалансованих джерел будматеріалів; провести інвентаризацію стану гідротехнічних споруд, що розташовані на прилеглих до річки територіях; організувати моніторинг Верхньопрутського геоекологічного коридору; уточнити його положення і статус в екологічній мережі, а також у програмі сталого розвитку.

Висновки

1. Формування методичного змісту і запровадження геогідроморфологічного аналізу умов та закономірностей розвитку русла і заплави Верхнього Пруту дозволяє зробити висновок про його ефективність, можливості отримання нових знань, вирішення актуальних проблем.

2. Аналіз дії чинників руслоформування показує, що стосовно поділу річки на особливі ділянки провідним виступає чинник обмежень. Найвищий рівень поділу пов'язаний з перетином тектонічних структур земної кори першого порядку (Українські Карпати, Передкарпаття та Східноєвропейська рівнина). Нижчі рівні поділу пов'язані із впливом структурних, морфотектонічних особливостей територій (долин). Вже на фоні провідної дії чинника обмежень відбувається вплив чинника наносів. Основна форма впливу - через крупність руслоформуючих (донних) часток. Чинник водно-гідравлічного режиму діє на фоні двох попередніх і визначає основні режимні зміни процесів руслоформування, зокрема активні їх фази.

3. За ознакою належності до переважаючого впливу основних тектонічних структур та із врахуванням геогідроморфологічної класифікації русло Верхнього Пруту поділено на дві характерні ділянки: гірської та напівгірської течії річки. Наступним є провідний рівень поділу - виявлення однорідних ділянок русла та заплави (ОДРЗ). Нами виділено по 16 ділянок у гірській та напівгірській частині течії. Найбільш адекватною і перспективною формою відображення (схематизації) немонотонних змін ОДРЗ є поняття про субеволюції (парагенези), що включають взаєпов'язані групи ділянок (у гірській частині течії їх нараховується сім, у напівгірській - три). Основним видом дії тектонічного чинника на виділення ділянок субеволюцій є місцеві базиси ерозії.

4. Геогідроморфологічний аналіз умов та проявів руслоформування на ділянках гірської течії Верхнього Пруту з використанням картографічної інформації, експедиційних обстежень, даних гідрологічних спостережень, геоморфологічних даних та інших матеріалів дозволив принципово уточнити схему виділення ОДРЗ і виявити основні їх особливості. Також вироблені пропозиції щодо розвитку (доповнення) геогідроморфологічної класифікації русел річок. А саме, в межах групи структурно-алювіальних русел запропоновано виділяти наступні класи: поріжно-водоспадні русла (ПВР) та структурно-глибово-алювіальні русла (СГАР); підкласи: до СГАР можна віднести прямолінійні (СГАР - 1) та звивисті (СГАР - 2). У гірській частині течії переважає врізане русло (В_з ? В_р), домінантні алювіальні форми переважно вторинні, значні планові деформації нами не виявлені, вертикальні деформації слабко виражені.

5. Чинник бічних обмежень у напівгірській частині течії річки в цілому проявляється відносно інтенсивно, не дивлячись на те, що русло розвивається на фоні досить широкого дна долини (алювіальної рівнини). Стан бурхливої течії тут не спостерігається, а забезпеченість руслоформуючих витрат (паводків) становить менше 40%. Деформації проявляються ієрархічно. На рівні основних форм вони можуть полягати: у поступовому бічному розвитку звивин (особливо в межах «кишень» смуги руслоформування); у сповзанні сегментних звивин; у перекиданні основної течії з однієї протоки в іншу; у спрямленні звивин (звивини не розвиваються за схемою вільного меандрування); у виникненні, зникненні (причленуванні) та змінах конфігурації провідних островів. Особливо відмітимо незначні прояви сповзання провідних форм вниз за течією. У напівгірській частині течії чергуються ділянки адаптованого (В_з = 1-3 В_р) та широкозаплавного (В_з > 3 В_р) русла, основний крок руслових форм - 500 м, темпи планових деформацій становлять 5-10 м/рік, значні вертикальні деформації у референційних умовах не виявлені.

6. Основними чинниками антропогенного впливу на досліджувану річку є: зарегулювання протипаводковими гідротехнічними спорудами і видобування алювію з руслових та заплавних кар'єрів. Важливою стороною впливу на русло є берегоукріплення (дамби обвалування, кріплення берегів, шпори та ін.). Використання інформації гідрологічних спостережень для вивчення анропогенного впливу включає різні методичні прийоми. Нами розглянуті порівняння поперечних профілів русла, зміни положення кривих витрат і застосовано метод аналізу багаторічних змін мінімальних річних рівнів та витрат води.

7. Внаслідок антропогенних змін параметрів русла та заплави, процесів руслоформування Верхнього Пруту спостерігаються складні ланцюги (комплекси) переважно негативних наслідків. До них можна віднести: посилення бічних обмежень; зміни рівнів та режиму підземних (алювіальних) вод, умов водопостачання та водовідведення; активізацію зсувних процесів на частині схилів долини; зміни гідроекосистем, рибопродуктивності; зміни відносних висот заплави та терас і, як наслідок, зміни умов функціонування ландшафтів; зміни зон затоплення; зміни умов функціонування інженерних споруд; зміни рекреаційної та туристичної цінності (якості) річки та прилеглих територій; зміни гранулометричного складу руслоформуючих наносів (зменшення крупності) та інші. Цілком очевидно, що: а - все це є зворотною реакцією СПР, яку потрібно було передбачити при плануванні регулювання річки та її «раціонального використання»; б - проблема з «чисто» технічної переросла у болючу екологічну, соціально-економічну.

8. При формуванні геоекологічного погляду на шляхи оптимізації використання та охорони русла і заплави Верхнього Пруту нами за основу було взято поняття «річкового геоекологічного коридору». Для підвищення його якості рекомендуємо: обмежити і в найближчі роки заборонити відбір алювію та забезпечити функціонування альтернативних екологічно збалансованих джерел будматеріалів; провести інвентаризацію стану гідротехнічних споруд, що розташовані на прилеглих до річки територіях; організувати моніторинг Верхньопрутського екокоридору; уточнити його положення і статус в екологічній мережі області, а також у програмі її сталого розвитку.

Список опублікованих автором праць за темою дисертації

1. Кирилюк А.О. Аналіз змін рівневого режиму річки Прут в межах м. Чернівці / Кирилюк А.О. // Гідрологія, гідрохімія і гідроекологія. - К.: ВГЛ «Обрії», 2006. - Т. 9. - С. 84-91.

2. Кирилюк А.О. Оцінка вертикальних деформацій русла верхнього Пруту / Кирилюк А.О. // Наук. вісник Чернівецького ун-ту. - 2007. - вип. 361. Географія. - С. 26-35.

3. Кирилюк А.О. Використання програмного забезпечення для аналізу планових змін та параметрів русла верхнього Прута / Кирилюк А.О. // Наукові записки Вінницького державного педагогічного університету імені Михайла Коцюбинського. Серія: Географія - Вінниця, 2008. - вип. 15. - С. 38-43.

4. Явкін В.Г. Особливості впливу господарської діяльності на процеси деформації русла р. Прут / Явкін В.Г., Кирилюк А.О. // Наук. вісник Чернівецького ун-ту. Географія. - Чернівці: Рута, 2005. - вип. 238. - С. 20-34. (Особистий внесок - проведення та аналіз експедиційних досліджень впливу антропопресингу на русло р. Прут).

5. Явкін В.Г. Особливості паводків та процеси вертикальної ерозії русел річок басейну Прута / Явкін В.Г., Кирилюк А.О., Цепенда М.В. // Гідрологія, гідрохімія і гідроекологія. - К.: ВГЛ «Обрії», 2006. - Т. 11. - С. 158-163. (Особистий внесок - побудова і аналіз хронологічних графіків мінімальних рівнів водпостів річок басейну Прута).

6. Явкін В.Г. Розвиток базису ерозії басейнів Прута, Черемоша та Сірету / Явкін В.Г., Кирилюк А.О., Цепенда М.В. // Річки і долини. Природа - ландшафти - людина: зб. наук. праць. - Чернівці - Сосновець, 2007. - С. 258-266. (Особистий внесок - розробка схеми вертикальної ерозії в басейнах Прута, Черемоша та Сірету; побудова поперечних профілів р. Черемош - с. Устеріки та р. Прут - м. Чернівці).

7. Кирилюк А.О. Стан гідротехнічних споруд річок Чернівецької області / Кирилюк А.О. // Матеріали студентської наукової конференції (Чернівці, 14-15 травня 2003 року). Книга 1. Природничі науки. - Чернівці: Рута, 2003. - С. 147-148.

8. Кирилюк А. Аналіз причин та наслідків зміни рівневого режиму річки Прут / Кирилюк А.О. // Матеріали Міжнародної науково-практичної конференції студентів, аспірантів та молодих вчених «Шевченківська весна», присвяченої 15-й річниці незалежності України (Київ, 2-3 березня 2006 року). - К.: Логос, 2006. - вип. IV: Ч. 1. - С. 67-68.

9. Кирилюк А.О. Оцінка вертикальних переформувань гірської частини русла р. Прут. / Кирилюк А.О. // Гідрологія, гідрохімія, гідроекологія: матеріали третьої Всеукраїнської наукової конференції (Київ, 15-17 листопада 2006 року). - К.: Ніка-Центр, 2006. - С. 42-43.

10. Ющенко Ю.С. Екомережа Чернівецької області і гідроморфологічні дослідження річок / Ющенко Ю.С., Горшеніна Л.В., Кирилюк А.О. // Матеріали П'ятої міжнародної наукової конференції «Молодь у вирішенні регіональних та транскордонних проблем екологічної безпеки» (Чернівці, 5-6 травня 2006 року). - Чернівці: Зелена Буковина, 2006. - С. 422-425. (Особистий внесок - проведення гідроморфологічного дослідження р. Прут).

Размещено на Allbest.ru