Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ЛЕКЦІЯ 2
ЕКОЛОГІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ ФОРМУВАННЯ РІЧКОВОГО СТОКУ У СУЧАСНИХ УМОВАХ
Сучасний стан річкових екосистем визначається питомою вагою поверхневого стоку у витратах річкової води. Враховуючи значну освоєність поверхні водозбору - розораність, урбанізованість, розвиток інфраструктури, видобуток корисних копалин відкритим способом можна стверджувати, що цей стан визначається рівнем антропогенного навантаження (А), рівнем природного буферного захисту - природної ємності (E0), а також рівнем самоочисної здатності водотоку (Р), тобто
St=f(A,E0,P ) [3.1]
Основними гідрологічними параметрами річкової екосистеми являються швидкість (V), та витрати води (Q), рівень водного дзеркала(h), циклічність фаз гідрологічного режиму (п), а також часові характеристики (Т). Максимальні та мінімальні значення цих параметрів і обумовлюють межі функціонування екосистеми водного середовища.
Швидкість води у річці визначає інтенсивність окислювальнім процесів, насичення розчиненим киснем, видовий склад біоти та її біопродуктивність, інтенсивність водообміну. Зменшення швидкості води веде до явищ «стагнації», старіння системи, зміни складу біоти на всіх рівнях - від мікроводоростей до макрофітів, деградації, випадання з трофічного ланцюга реофільних, чутливих до насичення події розчиненим киснем риб. Швидкість води тісно пов'язана з рельєфом, механічним складом руслоформуючих та підстилаючих порід.
Встановлено три принципи існування річки, пов'язаних з швидкістю води:
- швидкість потоку повинна забезпечувати винесення з основного русла матеріалів, що потрапляють до нього внаслідок обвалів і зсувів, а також поглиблення русла та його очищення від залишків вищої водної рослинності та осаду;
- поверхня водозбору повинна забезпечувати, при існуючих рівнях падіння поверхні, достатню водність та глибину русла, і відповідно, швидкість течії, що відповідає першій вимозі;
- добуток гідравлічного нахилу в середній та нижній течії на коефіцієнт звивистості повинен бути меншим за значення середнього нахилу місцевості.
Господарська діяльність (влаштування гребель, шлюзів, спрямлення русел, змив твердого стоку з поверхні водозбору, вирубування лісів) веде до посилення руслових явищ, меандрування русел, або явищ стагнації та заболочування, веде до порушення умов руслоутворення. Прикладом може бути розмивання лівого берега річки Горинь нижче Хмельницької АЕС (створ с.Оженин).
Витрати води є також визначальним чинником у формуванні екосистеми річки. Від них залежать процеси самоочищення та біопродуктивності, рівень протистояння водного середовища антропогенним навантаженням.
У зв'язку з регулюванням річкового стоку та зростаючим водоспоживанням введене поняття «екологічно допустимих витрат води» (ЕДВ). Більш правильним було б поняття «екологічно необхідних витрат води» (ЕНВ), що забезпечують збереження та функціонування екосистеми при існуючих антропогенних навантаженнях. Це особливо важливо при зарегулюванні стоку та екологічних попусках.
В гідрологічному плані ЕДВ - це витрати води, що обумовлюють промивний режим та винесення завислих речовин і донних відкладів у період повноводдя на заплаву чи у гирло (руслоформуюча функція).
В екологічному плані - це витрати, що забезпечують обмін речовиною та енергією в період повноводдя у системі «русло-заплава», а в межінь - забезпечують оптимальні умови функціонування біоти, належні умови процесів самоочищення водного середовища та сполучення русел із заплавними екотонами.
Рівневий режим річок тісно пов'язаний з циклічністю фаз гідрологічного режиму, витратами води та температурним режимом. Підняття рівня води в повноводдя та вихід її на заплаву забезпечує розчищення русла, прогрівання води на мілководді, розвиток фіто- та зоопланктону, створює умови для нересту риби, розвитку малька та скочування його в русло.
Циклічність фаз гідрологічного режиму пов'язана з фізіологічними ритмами та життєвими циклами водної біоти в системі «річка-заплава». Аналізуючи хід гідрографів (табл. 3.1.) на протязі року річок різних фізико-географічних регіонів та їх часові характеристики, можна зробити наступні узагальнюючі висновки:
- річки Полісся характеризуються підняттям рівнів води на протязі до двох місяців у період весняного повноводдя, що забезпечує належне промивання русел та їх очищення, а затоплені заплави забезпечують належні умови нересту риб. Такі ж самі умови забезпечують літні підняття рівнів води під час весняно-літніх злив. У цьому плані гідрографічну мережу Полісся слід розглядати як основний риборозплідник аборигенної іхтіофауни Чорноморського басейну.
Зарегулювання стоку у більшості приток першого та другого порядку призвело або до скорочення періоду повноводдя, або до пропуску талих вод в основному руслі,тобто,знищило рушійну силу функціонування екосистеми річки-циклічність фаз гідрологічного режиму та його часові характеристики. Це значно збіднило рибні ресурси та видову різноманітність річкової іхтіофауни басейну річки Прип’ять та верхньої течії Дніпра.
Таблиця 3.1
Екологічні особливості гідрографів річкових басейнів України .
|
№ п/п |
Фізико-геогра фічний район |
Особливості фаз гідрологічного режиму |
|||
|
Зимові межінь |
Весняне повноводая |
Літня межінь |
Осіннє повноводдя |
||
|
1 |
Українське Полісся а)незарегу-льовані річки, р.Горинь |
Зменшення ви трат до лю того з березне вими підйома ми за рахунок відлиг |
Цикл- 2 місяці, підвищення витрат - у кінці березня- першій декаді fbithh; (1990 1998 p.p.) значний паво док відсутній. Каналізування русла нижче майданчика Хмельницької АЕС |
Підняття рівнів внаслідок чер вневих та серп невих дощів (злив), до 10 днів |
Незначне підняття рівнів |
|
р.Десна |
Стабільна межінь в січні-лютому з підви щеннями рівнів у березні |
Цикл - 6О-70 діб, пік витрат-друга половина кііітня - перша декад і тргвня |
Без значних коливань рівнів, визначається буферністю заплави (біля 300 озер та стариць) |
Незначне підняття рівнів |
|
|
б)зарегульо-вані річки, р.Льва (л.притока р.Ствиги) |
Витрати незначні у спрямленому руслі, прохід ність порушена зарегульовани-ми шлюзами |
Цикл 30 днів, при зростанні швидкості у межах русла з інтенсивними русловими явищами та замуленням шлюзів і гирлової ділянки. Цикл 30 діб, з підтопленням ділянок вище шлюзів. |
Малі витрати, прохідність порушена |
Незначне підняття рівнів без затоплення заплави |
|
|
р.Устя (л.притока р.Горинь) |
Санітарні витрати, що забезпечуються системою регулювання стоку (шлюзами) |
Малі витрати внаслідок випаровування та слабкого живлення, явища стагнації на врегульова них ділянках |
Незначне підняття рівнів без затоплення заплави |
||
|
2 |
Лісостеп а) незарегульовані річки |
ВІДСУТНІ |
|||
|
б) зарегульова-ні річки, р.Мерла (л.п.р. Ворскла) |
Збереження стабільних санітарних витрат |
Цикл 30-40 діб, попуски в бров ках русла |
Незначне підняття рівнів за рахунок атмосферних опадів |
Незначне піднятті рівнів у межах бровок русла |
|
|
3 |
Степ а) незарегу-льовані річки (р. Самара) |
Малі витрати в січні - лютому 3 різким підняттям у березні |
Цикл 30 днів, різке підняття у березні з таким же спадом до середини квітня |
Стабільні витрати за рахунок підземного живлення та скиду шахтних вод |
Незначне піднятті рівнів у межах бровок русла |
|
4 |
Крим, р.Улу-Узень |
Різке підняття рівнів за раху нок опадів у горах |
Підняття рівнів у лютому-березні за рахунок танення снігу у горах |
Малі витрати в середині літа, в серпні різкі підйоми за рахунок злив у гірській частині басейну |
Незначне піднятті рівнів у межах бровок русла
|
- річки Лісостепу - русла річок, в основному, зарегульовані, що порушує 30-денний цикл підняття рівнів та затоплення заплави, порушена природна промивна система русел, що призводить до накопичення токсичних компонентів - важких металів, біоцидів, та явищ замору риб, стагнації та само забруднення . Осушені розорані заплави у межах водозбору не забезпечують належних умов формування поверхневого стоку.
- річки Степу - на незарегульованих ділянках забезпечуються весняне підняття рівнів, однак воно забезпечується за рахунок танення снігу, що накопичується на непорушених степових ділянках та у лісосмугах, і характеризується як досить короткочасне.
- річки Криму - надходження прісних вод забезпечує функціонування сетуарних екосистем та літоралі Чорного моря (умови нересту).
- річки Приазов'я - мають надзвичайне значення у формуванні рибопродуктивності Азовського моря Пересихання та маловодність річки Молочна, Обіточна, Берди, перекриття русел призвело до екологічної кризи, зниження рибопродуктивності, розвитку малоцінних порід, необхідності вселення інших видів.
2. Основні принципи розрахунку екологічно необхідних витрат (ЕНВ)
Принцип розрахунку екологічно необхідних витрат базується на наступних положеннях:
а) кожна річкова екосистема функціонує в певному лімітуючому інтервалі кількісних та якісних характеристик - мінімальних та максимальних витратах води, енергетичних субсидіях вуглецю, азоту та фосфору;
б) продуктивність річкової біоти перебуває у тісному взаємозв’язку з витратами води, а також часовими та рівневими характеристиками річкового стоку, розвитком заплави.
Таким чином, екологічно необхідні витрати можна визначити як витрати води даної забезпеченості, котрі при існуючому антропогенному навантаженні та самоочисній здатності водотоку гарантують належну якість води та умови функціонування річкової біоти при оптимальній рибопродуктивності.
Для визначення ЕНВ у створі спостережень будуються суміщені графіки залежності у системі «концентрація - витрати води» - «С - Q», та «біопродуктивність-витрата води» - «Р-Q», де С-концентрація гідрохімічних показників (БСК, ХСК); Р-біопродуктивність(фітопланктону,зоопланктону).
Оптимум знаходимо як перехрещення двох кривих - «С - Q» та «Р - Q». Тобто, ми виходимо із встановлених рамок визначень витрат води даної забезпеченості, як результат статистичної обробки даних гідрометричних спостережень до встановлення закономірності формування якості води при нормованих (заданих витратах).
Як свідчить досвід, максимум продуктивності річкової біоти спостерігається у роки із середньою водністю при збереженні продовженого гідрологічного циклу (весняне повноводдя, затоплення заплави не менше ЗО днів). У маловодні роки затоплення заплави не спостерігається (аналогічно -відрегульований на стік магістальний канал), що веде до порушення обміну енергією у системі «річка - заплава», зменшення площ та пересихання нерестилищ на заплаві, збіднення кормової бази. У зимову межінь у таких непромитих системах утворюється напружений кисневий режим та спостерігаються задухи риб.
У роки з високою водністю спостерігається велика трансформація русла, перевідкладення донних відкладів, що порушує міграцію риб та умови нересту.
З біопродуктивністю річкових біосистем корелює коефіцієнт розвитку заплави (Кзапл.). Він являє собою відношення середньої ширини водної поверхні В(о) при 1% рівні забезпеченості до ширини річки при рівнях води у бровках русла В(б), тобто:
К = Во/Вб [3.2]
«Вб» визначається за матеріалами спостережень мережі Держгідромету на основі побудови залежності В = ДН), де «В» і «Н» -ширина водної поверхні та висота рівня води відповідно. Відмітка виходу води на заплаву відповідає - Вб.
Річки з високою біопродуктивністю характеризуються коефіцієнтом розвитку заплави Кзапл > 5.0 із середньою Кзапл < 5.5, з низькою - Кзапл < 2.0.
До останніх відносяться меліоративні канали, спрямлені русла річок.
У гідрологічних розрахунках для маловодних років значення екологічних витрат у році 95% забезпеченості приймаються рівними природному стоку 99% забезпеченості. Значення природного річного стоку 50% забезпеченості приймаються рівними екологічному стоку 25% забезпеченості. Тобто, чим більш збережена заплава в природному, не порушеному стані, з численними заплавними екотонами - озерами, старицями, рукавами, болотами, тим вища природна біопродуктивність і її стійкість.
Якщо заплавні екотони відрізані від русла, а по фарватеру проходить тільки транзит органічних речовин та мінеральних солей, то і продуктивність буде бідною. Для порівняння - повна зміна води в руслі 8-12 днів, цикл розвитку мікроводоростей 5-7 днів, цикл розвитку дафнії - 10 днів.
Інші аспекти проблеми, які відносяться до визначення антропогенного навантаження на водні екосистеми, екологічної ємності, а також самоочисної здатності річкової мережі, та методика розрахунку ЕНВ будуть подані в наступних розділах, як і порівняльні характеристики EНB.