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
Київський університет імені Тараса Шевченка
Галущенко Олександр Миколайович
УДК 556.5: 556.512: 556.55
Балансова оцінка водних ресурсів
річок басейну Дніпра,
їх використання та охорона
(в межах України)
11.00.07 - Гідрологія суші, водні ресурси, гідрохімія
А в т о р е ф е р а т
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата географічних наук
Київ - 1999
Дисертацією є рукопис
Робота виконана на кафедрах гідрології і гідрохімії
та екології географічного факультету
Київського університету імені Тараса Шевченка
|
Науковий керівник |
кандидат географічних наук, доцент Падун М.М., Київський університет імені Тараса Шевченка, доцент кафедри гідрології і гідрохімії географічного факультету. |
|
Офіційні опоненти: |
доктор географічних наук, с.н.с. Тімченко В.М., Інститут гідробіології НАН України, зав.відділом гідрології та управління водними екосистемами; |
|
кандидат географічних наук, доцент ВОЛОШИН І.І., Національний педагогічний університет імені Драгоманова М.П., доцент кафедри фізичної географії природничо-географічного факультету. |
|
|
Провідна установа: |
Одеський гідрометеорологічний інститут Міносвіти України, кафедра гідрології суші. |
Захист відбудеться 8 квітня 1999 р. о 12 годині на засіданні спеціалізованої Вченої ради Д 26.001.22 при Київському університеті імені Тараса Шевченка за адресою: 252022 м.Київ-22, вул.Васильківська, 90.
З дисертацією можна ознайомитись у науковій бібліотеці Київського університету імені Тараса Шевченка за адресою: 252033 м.Київ-33, вул.Володимирська, 64.
Автореферат розісланий 5 березня 1999 р.
|
Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, кандидат географічних наук |
|
Ромась М.І. |
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. В Україні внаслідок високої концентрації промислового і сільськогосподарського виробництва навантаження на водні ресурси досягло дуже високого рівня. Особливо напружена екологічна ситуація з водними ресурсами, які є обмеженим і найбільш вразливим компонентом природного середовища, склалася у розвинутих в економічному відношенні регіонах басейну Дніпра. У зв’язку з цим проблема вивчення формування водних ресурсів, їх раціонального використання і охорони набула першочергового значення.
Вивченням водних балансів і водних ресурсів річкових водозборів України, включаючи басейн Дніпра, займались в різні часи Л.Г.Онуфрієнко, Й.А.Желєзняк, С.С.Левківський, Я.О.Фоменко, М.І.Кирилюк, І.О.Запольський, І.І.Волошин, А.І.Шерешевський, Є.Д.Гопченко та інші дослідники. Але в цих дослідженнях водні ресурси, як один з найважливіших з практичної точки зору витратних елементів водного балансу, для окремих водозборів за сезонні, піврічні і річні інтервали часу, а також гідрологічний рік не визначались. Сумарне випаровування розраховувалось як залишковий елемент рівняння водного балансу, що не давало можливості оцінити точність отриманих результатів, дати незалежну і об’єктивну кількісну характеристику всіх його компонентів.
Виконана наукова робота присвячена комплексному вивченню умов формування сумарного, поверхневого і підземного стоку річок басейну Дніпра, подальшому удосконаленню методики складання водних балансів, розрахункам і узагальненням для річкових водозборів, фізико-географічних зон, басейну Дніпра в межах України окремих складових водного балансу за сезонні, піврічні і річні інтервали часу багаторічного періоду і характерні за водністю роки, оцінці впливу господарської діяльності на середній стік і стік у маловодні роки, визначенню природних водних ресурсів, розробці програми спостережень для вивчення антропогенного впливу на кількісні і якісні характеристики елементів водного балансу в межах експериментальних водозборів.
Звязок роботи з науковими програмами, планами і темами. Робота виконувалась на кафедрах гідрології і гідрохімії та екології, як складова частина наукової теми "Оцінка гідрокліматичних ресурсів і водний баланс річок басейну Дніпра" плану Міністерства освіти України, а також у зв'язку з організацією і розробкою програми спостережень на екологічному полігоні.
Мета і задачі дослідження. Метою досліджень є комплексна оцінка складових водного балансу річкових водозборів, фізико-географічних зон, басейну Дніпра (в межах України) з урахуванням господарської діяльності.
Для досягнення цієї мети вирішувались такі основні завдання:
вибір розрахункових водозборів з однаковим 40-річним періодом спос-тережень за стоком і метеорологічними елементами;
подальше удосконалення методики розрахунків водних балансів;
проведення польових досліджень для оцінки точності вимірів і розрахунків витрат води різними методами;
розрахунки для кожного водозбору складових водного балансу - атмосферних опадів, сумарного, поверхневого і підземного стоку, випаровування, зміни запасів вологи, їх співвідношення за місячні, сезонні, пів-річні і річні інтервали часу та оцінка точності їх визначення;
визначення початку та закінчення гідрологічних років, сезонів, періодів;
розрахунки і узагальнення водних балансів для 85 річкових водозборів, окремих фізико-географічних зон, басейну Дніпра в межах України за багаторічний період і характерні за водністю роки;
визначення водних ресурсів річок басейну Дніпра за багаторічний пе- ріод з урахуванням господарської діяльності;
збір, аналіз і узагальнення даних про забори і скиди води, безповоротне водокористування та оцінка їх впливу на середній стік і стік в маловодні роки, а також виділення в басейні Дніпра річок, на яких господарська діяльність перевищує критичні межі;
розробка програми спостережень для оцінки впливу господарської діяльності на кількісні і якісні характеристики стоку та інші елементи водного балансу в межах експериментальних водозборів.
Наукова новизна одержаних результатів. Вперше для водозборів басейну Дніпра за даними багаторічних натурних гідрометеорологічних спостережень на мережі Держкомгідромету детально проаналізовано формування водного балансу, окремих його складових за сезонні, піврічні і річні інтервали часу багаторічного періоду, характерних за водністю років. За результатами досліджень встановлені кількісні співвідношення розподілу у часі і просторі атмосферних опадів, природного сумарного стоку, поверхневої і підземної його складових, випаровування, кількісно оцінено вплив господарської діяльності на стік річок, зроблені узагальнення для окремих фізико-географічних зон і басейну Дніпра в межах України.
Новою є запропонована модель водного балансу річкових водозборів басейну Дніпра у вигляді ув'язаних карт розподілу атмосферних опадів, природного сумарного стоку, випаровування.
У методичному відношенні новим є подальше удосконалення підходів при розрахунках водного балансу за гідрологічні, маловодні і багатоводні роки з визначенням окремих його елементів незалежно один від одного. Вперше запропонована програма наукових спостережень на експериментальних водозборах по вивченню впливу господарської діяльності на кількісні і якісні ха-рактеристики сумарного, поверхневого і підземного стоку, запасів вологи у грунтах зони аерації, стоку твердих наносів, інших складових водного балансу.
Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що вперше майже для всіх головних водозборів басейну Дніпра визначені кількісні площинні характеристики елементів водного балансу - атмосферних опадів, сумарного стоку, поверхневої і підземної його складових, випаровування, заборів і скидів води, безповоротного водокористування за різні інтервали часу для багаторічного періоду і характерних за водністю років. В басейні Дніпра виділено 47 річкових водозборів, на яких середній стік і стік за маловодні роки зменшився або збільшився за рахунок господарської діяльності більше ніж на 10-20%. На цих річках необхідно обмежити водокористування і, в першу чергу, проводити заходи по охороні водних ресурсів.
Одержані результати воднобалансових досліджень можуть бути використані науковими, проектними і виробничими організаціями при проведенні комплексних географічних досліджень річок басейну Дніпра, оцінці точності гідрометеорологічних спостережень на мережі Держкомгідромету, формуванні економічної і екологічної політики для оптимального планування і розміщення галузей народного господарства, розробці науково-обгрунтованих схем раціонального використання й охорони водних ресурсів, інших елементів водного балансу.
Основні результати роботи використані при підготовці наукового звіту кафедри екології географічного факультету Київського університету імені Тараса Шевченка по темі: “Оцінка гідрокліматичних ресурсів і водний баланс річок басейну Дніпра” (Держреєстрація №0195И004121, Інв. №0295И000234) і при розробці програми гідрометеорологічних спостережень на екологічному (фоновому) полігоні в с.Гулі Миронівського району Київської області.
Особистий внесок здобувача. Дисертаційна робота виконана автором самостійно. Розраховані водні баланси для 85 річкових водозборів, зроблені узагальнення для фізико-географічних зон і басейну Дніпра в цілому. Співставленні забори води, скиди, безповоротне водокористування з середнім стоком і стоком за маловодні роки, визначені водні ресурси притоків Дніпра з урахуванням господарської діяльності. Побудовані карти основних елементів водного балансу басейну Дніпра. Проведені польові дослідження для оцінки точності вимірів витрат води різними методами і обладнання екологічного полігону.
Апробація результатів дослідження. Основні положення дисертаційної роботи викладені в ряді доповідей автора на наукових семінарах кафедр екології та гідрології і гідрохімії, на звітній науковій конференції студентів і аспірантів географічного факультету, на конференції молодих вчених Київського університету імені Тараса Шевченка, на 7-му з’їзді Українського географічного товариства, на 2-му зїзді гідроекологічного товариства України, на науковій конференції "Українська географія: сучасний стан та перспективи", присвяченій 125-річчю від дня заснування Південно-Західного відділу Географічного товариства.
Публікації. За темою дисертації опубліковано 5 наукових праць.
Структура і об’єм дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, списку літератури і додатків. Загальний об’єм дисертації 185 сторінок машинописного тексту, включає 13 рисунків, 22 таблиці і 5 додатків. Список літератури нараховує 76 найменувань.
ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обгрунтована актуальність теми, визначено об'єкт дослідження, мету і основні завдання, вказана наукова новизна і її практичне значення.
Об’єктом дослідження в роботі були 85 малих та середніх річкових водозборів басейну Дніпра на території України. Предмет дослідження складали окремі компоненти водного балансу - атмосферні опади, сумарний, поверхневий і підземний стік, випаровування, зміна запасів вологи в межах водозборів і перехід вологи з одних сезонів і періодів в інші, а також забори води, скиди, безповоротне водокористування, додаткове випаровування із ставків і водосховищ. Для розробки теми використані опубліковані матеріали багаторічних спостережень гідрометеорологічної мережі Держкомгідромету України за репрезентативний 40-річний період (1951 - 1990 роки) та дані Держкомводгоспу про сумарні забори і скиди води, безповоротне водокористування.
У першому розділі розглядаються фізико-географічні умови формування водного балансу і водних ресурсів річкових водозборів басейну Дніпра. Вплив більшості факторів підстилаючої поверхні (геологічні, гідрогеологічні, рельєф, грунтовий і рослинний покрив) є відносно постійним. Головними і найбільш мінливими в часі і просторі факторами формування водних балансів є кліматичні, до яких відносяться сонячна радіація, температура і вологість повітря, швидкість вітру, атмосферні опади, температурний режим та глибина промерзання і вологість грунтів.
В межах басейну Дніпра сумарна радіація, яка є головним джерелом енергії для воднобалансових процесів, змінюється від 3500-4000 до 4600- 4800 МДж/м2. В липні її значення коливаються від 540 до 700, грудні - від 52 до 100 МДж/м2.
Середні багаторічні температури повітря змінюються від 5,8-7,3С в північних і північно-східних частинах до 9,1-9,6С в південних. Найнижча середня місячна температура повітря спостерігається в січні і дорівнює -5,1...-8,0С в північних і північно-східних частинах басейну і -3,7...-4,9С в південних, найвища - в липні і змінюється відповідно від 18,1-18,4С до 22,5-22,8С. Максимальні температури повітря досягають 37,0-40,0С, мінімальні - -31,0...-38,0С. Абсолютна амплітуда коливання температури повітря за холодний період складає 45,0-55,0С, за теплий - 30,0-35,0С, за рік - 70,0-75,0С. Стійкий перехід температури повітря через 0С восени на півночі і північному сході спостерігається в другій-третій декадах листопада, на півдні - в першій декаді грудня, весною - в першій-другій декадах березня.
Середня річна температура поверхні грунтів дорівнює 7-12С. В літні місяці її значення змінюються від 20-25С в північних і центральних частинах до 28-30С в південних. Взимку поверхня грунту охолоджується до -1...-8С. Абсолютні максимальні температури грунтів досягають 60-65С, мінімальні - -30...-40С. Найбільша глибина промерзання грунтів досягає 120-160 см. Запаси вологи в метровому шарі грунтів, які відповідають найменшій польовій і повній вологоємкості, складають відповідно 140-220 і 340-480 мм.
Середні річні швидкості вітру змінюються від 2,6 до 4,7 м/с. Найбільші середні місячні їх значення спостерігаються взимку і дорівнюють 3,5-6,0 м/с, найменші влітку - 2,1-4,4 м/с.
Найменші величини пружності водяної пари спостерігаються в січні-лютому і дорівнюють 3,3-5,0 гПа, найбільші в липні - 15,0-16,0 гПа. Середні річні її значення змінюються в незначних межах - від 8,5 в північних частинах басейну до 9,5 гПа в південних. Відносна вологість повітря за даними окремих метеостанцій дорівнює 66-80%. Дефіцит вологості повітря в літні місяці змі-нюється від 7,0 гПа в північних до 15,0 гПа в південних частинах басейну, в зимові - дорівнює 0,5-1,0 гПа. Середні річні його величини збільшуються з півночі на південь від 3,5 до 5,5 гПа.
Основною закономірністю розподілу опадів в басейні Дніпра є зменшення їх кількості з півночі і північного заходу на південь і південний схід. Найбільша кількість опадів випадає в липні - 50-90 мм, а в окремі роки досягає 100-250 мм. Найменша їх сума спостерігається в лютому і дорівнює 20-30 мм. Доля рідких опадів від сумарних складає 70-85%, твердих - 5-12% і змішаних - 10-13%. Загальна тривалість снігового покриву в середньому складає 114-146, найбільша - 150-190, найменша - 58-116 діб. Максимальні запаси води перед весняним сніготаненням змінюються від 40 мм на півдні до 210-230 мм на півночі. В північних і північно-східних частинах басейну зим з відлигами спостерігається 5%, в центральних - 15% і південних - 90%.
В цьому розділі проаналізовані інші фізико-географічні фактори, які впливають на формування водного балансу річкових водозборів.
В басейні Дніпра налічується 20400 річок і струмків загальною довжиною біля 104600 км, з яких більше 90% припадає на малі річки довжиною менше 10 км. Середня густота гідрографічної мережі дорівнює 0,30 км/км2, найбільша - 0,5-0,7 км/км2 спостерігається в верхів’ях річок Случі, Тетерева, Росі, найменша - 0,2 км/км2 - на лівобережжі Дніпра між гирлами Десни і Сули, а також у басейнах річок Самари і Кінської.
Другий розділ присвячено методиці розрахунків водних балансів, окремих його складових, природного стоку, оцінці точності їх визначення. Для розрахунків водних балансів за багаторічний період і характерні за стоком роки використано рівняння
P= Qп + Qгр + E + S , ( 2.1 )
де Р - атмосферні опади; Qп і Qгр - поверхневий і підземний стік; E - сумарне випаровування; +S - внутрірічний перерозподіл запасів вологи з одних сезонів і періодів в інші, включаючи нев’язки водного балансу і помилки визначення окремих його елементів. Всі складові водного балансу визначалися в мм і незалежно один від одного.
Водні баланси для річкових водозборів розраховані за гідрологічні роки, за початок яких приймався перший осінній місяць, коли закінчувався річний цикл накопичення та витрачання вологи, а її запаси знижувались до найменших значень. При цьому зберігалось співвідношення P Q + E, де Q - сумарний стік. За кінець гідрологічного року приймався останній літній місяць або перший осінній, коли в замкнутих річкових басейнах мало місце протилежне співвідношення P Q + E.
Середній шар атмосферних опадів за багаторічний період і характерні роки в межах розрахункових басейнів визначався як середнє арифметичне із даних всіх пунктів. За критерій рівномірного їх розміщення на водозборах приймалося співвідношення 0,5 f мін/f макс 1,0, де f мін і f макс - найменша та найбільша площі, на які розповсюджуються показники окремих опадомірів. Для розрахунків використані дані 159 опадомірних пунктів, з яких 60 метеостанцій і 99 постів.
Статистичні параметри опадів і стоку за розрахункові інтервали часу об- числювались за такими формулами при (n 30 ):
середнє значення Xср -
Xі
Xср = --------- , ( 2.2 )
n
коефіцієнт варіації Сv -
(Кі - 1)2
Сv = ------------------- , ( 2.3 )
n
коефіцієнт асиметрії Cs -
(Кі - 1)3
Cs = ------------------- , ( 2.4 )
n Cv3
де Xі - значення опадів або стоку за окремі роки, Кі - модульний коефіцієнт, n - кількість членів ряду.
Відносні середні квадратичні помилки середніх значень ( Ех ) і коефіцієнтів варіації ( Ecv ) обчислювались за формулами -
+ Сv
Ех = ------------- 100% , ( 2.5 )
n
1 + 2 Сv2
Ecv = + ------------------ 100% , ( 2.6 )
2 n
Сумарний шар річкового стоку ( h, мм ) обчислювався за формулою
h = Q t /1000 F, ( 2.7 )
де Q - середня багаторічна витрата води, м3/с; t - кількість секунд в розрахунковому інтервалі часу; F - площа водозбору, км2.
Підземна складова ( hгр ) сумарного стоку за окремі місяці і сезони виз-началась шляхом розчленування гідрографів сумарного стоку за найменшими середніми місячними витратами води багаторічного періоду. Поверхневий шар стоку ( hп ) обчислювався за формулою
hп = h - hгр. ( 2.8 )
Для визначення природного стоку враховувались забори та скиди води, безповоротне водокористування, додаткове випаровування з водної поверхні ставків і водосховищ.
Природний стік ( Qп ) розраховувався за формулою
Qп = Qпб - Qс + Qз +Ед , ( 2.9 )
де Qпб - побутовий стік, Qс - сумарна величина стоку, яка скидається в річку за розрахунковий період, Qз - сумарна величина стоку, яка забирається на господарські потреби, Ед - додаткові втрати води на випаровування з водної поверхні ставків і водосховищ.
Додаткове випаровування обчислювалось за формулою
Ед = Ев - Ес , ( 2.10 )
де Ев - випаровування з водної поверхні ставків і водосховищ, Ес - випаровування з поверхні суші до побудови штучних водойм.
Сумарне випаровування з річкових басейнів визначалось за методом О.Р.Константинова. Його величина обчислювалась незалежно від інших складових водного балансу за місячні інтервали часу за даними стандартних спостережень за температурою і вологістю повітря на висоті 2 м з введенням поправок на інерційність. Річні величини випаровування визначались як сума місячних їх значень.
Обчислення випаровування за місяці конкретних років ( Е ) проводились за формулою
Е = Еz Кz Ке Кl Кu , ( 2.11 )
де Еz - місячні величини випаровування без врахування поправок; Кz - коефіцієнт шорсткості, для річкових водозборів приймався 6 см; Ке - поправочний коефіцієнт на опади, визначався в залежності від температури повітря і ступеня зволоженості території; Кl - поправочний коефіцієнт на турбулентний обмін, визначався в залежності від температури і вологості повітря, числа Ричардсона та швидкості вітру; Кu - поправочний коефіцієнт на швидкість вітру, обчислювався за формулою
Кu = 0.23 Uф + 0.32 , ( 2.12 )
де Uф - швидкість вітру на висоті флюгера.
Внутрірічний перерозподіл запасів вологи на водозборі з одних сезонів, періодів в інші визначався як залишковий компонент рівняння водного балансу. Ця складова включає також помилки обчислення чи визначення окремих складових водного балансу і його нев’язки.
В третьому розділі виконана балансова оцінка водних ресурсів з метою більш повного і комплексного вивчення закономірностей формування сумарного, поверхневого і підземного стоку по окремих водозборах, природних зонах, басейну Дніпра в межах України, встановлено співвідношення між окремими елементами водного балансу, їх мінливість у часі та просторі за сезонні, піврічні і річні інтервали часу багаторічного періоду, маловодних та багатоводних років. Розрахунками визначено, що річні суми опадів в межах окремих водозборів поступово зменшуються в широтному напрямку (майже на 25%) від 600-650 мм у північно-західних частинах басейну Дніпра до 460-480 мм у південних. Найбільша річна кількість атмосферних опадів (620-670 мм), випадає у верхній частині басейну р.Стир, яка протікає по Подільській і Волинській височинах з абсолютними відмітками рельєфу 340-400 м над рівнем моря. Більша кількість опадів (на 10-15%) характерна також для верхніх частин басейнів річок Горині, Случі, Тетерева, Росі, водозборів Льви і Уборті, верхніх притоків р.Самари. Найменша сума опадів (459 мм) спостерігається в межах водозбору р.Мокра Сура.
Відносна частка опадів теплого періоду поступово збільшується з півночі на південь від 60 до 70% річної їх суми, а в абсолютних величинах, навпаки, зменшується від 330-410 до 310-350 мм. На зимовий і весняний сезони припадає відповідно по 16-28 і 18-23% річної суми опадів, на літній - 35-52%.
Річний шар природного сумарного стоку в залежності від величини, інтенсивності і розподілу атмосферних опадів по території, інших фізико-географічних факторів та господарської діяльності також зменшується в ши-ротному напрямку від 120 до 5-10 мм (в 12-25 разів).
На фоні широтної зміни багаторічного шару стоку, яка в загальних рисах повторює закономірності просторового розподілу атмосферних опадів, є водозбори, на яких його величина більша або менша зональної. Так, за рахунок
впливу атмосферних опадів і рельєфу шар стоку в верхів’ях басейнів Стирі і Горині збільшується на 40% порівняно із зональними величинами і становить 140-160 мм. Підвищеним стоком, який в 2,5-5 разів перевищує зональний, характеризуються також верхівя річок Росі, Солоної, Кінської.
Для окремих річок зони мішаних лісів частка стоку теплого періоду становить 56-73% (50-110 мм), лісостепової зони - 64-80% (30-90 мм). Для водозборів степової зони його частка в зв’язку з відлигами зменшується до величин стоку зони мішаних лісів, а в абсолютних величинах змінюється від 5 до 25 мм. На весняний сезон припадає від 35 до 70% річного стоку.
Коефіцієнти річного стоку коливаються в межах від 0,02 до 0,30.
Частка поверхневого стоку для більшості водозборів складає 90-95% від сумарного, а на малих річках нижньої частини басейну збільшується до 98-99%. Лише на закарстованих водозборах його величина зменшується до 55-75%. Шар підземного стоку для більшості річок зони мішаних лісів складає 20-25 (23% від сумарного), лісостепової - 8-12 (16%) і степової - 1-3 мм (14%).
Сумарне випаровування по території басейну Дніпра змінюється менше ніж на 10% і коливається від 500 до 460 мм. В зв’язку зі зменшенням опадів з півночі і північного заходу на південь, сумарне випаровування зменшується не тільки з півночі на південь, а і з заходу на схід. Найбільша величина випаровування, що дорівнює 510-520 мм, має місце на водозборах, на яких спостерігається найбільша кількість опадів. По відношенню до атмосферних опадів сумарне випаровування для більшості водозборів складає 80-90%, а в південних - збільшується до 95-97%.
Основна частка сумарного випаровування припадає на теплий період року і в зоні мішаних лісів дорівнює 74-83%, лісостеповій - 84-89%, степовій - 91-92%. Взимку випаровується 2-3% річної суми або 10-15 мм.
У звязку з переходом вологи з одних сезонів і періодів в інші, сумарне випаровування за теплий період року в степовій і лісостеповій зонах перевищує опади на 20-40%, в зоні мішаних лісів - на 5-10%.
Водні баланси за багаторічний період розраховані досить надійно, про що свідчать незначні нев'язки, середні значення яких дорівнюють 5% від ат-мосферних опадів. Для 85% досліджених водозборів їх величина не перевищує 10%.
Водні ресурси притоків Дніпра в межах України дорівнюють 23,7 км3. Вони формуються опадами - 155,3 км3, з яких біля 90% витрачається на сумарне випаровування (табл.1).
В зв’язку з особливостями формування стоку по території, характерні за стоком роки на окремих водозборах басейну Дніпра не співпадають в часі. Для 57% водозборів багатоводними за стоком роками були 1969/70, 1974/75, 1979/80 і 1980/81 гідрологічні роки. В багатьох випадках вологі роки за опада-
ми не співпадають з багатоводними роками за стоком. Найбільша кількість опадів спостерігалась в 1965/66, 1968/69, 1974/75, 1976/77 і 1979/80 роках.
Таблиця 1. Водні баланси і середній стік річок басейну Дніпра по
природних зонах (мм - чисельник, км3 - знаменник)
|
Природна зона |
Площа, тис.км2 |
Елементи водного балансу |
Нев’язка водного |
||
|
опади |
стік |
випаро-вування |
балансу % |
||
|
Мішаних лісів |
128,1 |
590/75,6 |
117/15,0 |
501/64,2 |
-4,7 |
|
Лісостепова |
102,5 |
515/52,8 |
71/7,3 |
474/48,6 |
-5,8 |
|
Степова |
60,8 |
442/26,9 |
23/1,4 |
451/27,4 |
-7,0 |
|
Басейн Дніпра |
291,4 |
533/155,3 |
81/23,7 |
481/140,2 |
-5,4 |
Маловодними роками, які спостерігались майже на 47% від загальної кількості водозборів, були 1953/54 та 1963/64 гідрологічні роки. Маловодні роки за стоком, як правило, співпадають з сухими роками за опадами.
На окремих водозборах сума опадів за багатоводні роки змінювалась від 428 до 913 мм, а в середньому дорівнювала 693 мм, що на 24% більше порів-няно з багаторічним періодом. На окремих водозборах це перевищення дорів-нювало 54% або складало всього 0,95 багаторічної величини.
Річний стік на 85 розрахункових водозборах за багатоводні роки перевищує середні багаторічні значення в 2,3 рази, з коливаннями на окремих водозборах від 1,5 до 5,0 разів. В абсолютних значеннях шар річного стоку в багатоводні роки змінюється від 36 до 391 мм і більше, а коефіцієнти стоку - від 0,06 до 0,58.
Шар поверхневого стоку в багатоводні роки по окремих водозборах коливається від 28 до 280 мм, підземного - від 0,8 до 228 мм.
В межах окремих водозборів випаровування за багатоводні роки змі- нюється від 345 до 737 мм.
В маловодні роки річні суми опадів в межах окремих водозборів змі-нюються від 255 мм до 695 мм, при середньому їх значенні 456 мм, що складає біля 80% багаторічної величини.
Річковий стік в ці роки на розглянутих водозборах майже в три рази менше порівняно з багаторічним і змінюється по території від 1,6 до 99 мм. На окремих водозборах ця різниця може досягати 10-16 разів. Коефіцієнти стоку коливаються від 0,01 до 0,21.
Поверхневий стік в маловодні роки на окремих водозборах змінюється від 0,6 до 47,9 мм, а шар випаровування - від 301 до 664 мм. Частка підземної складової дорівнює 46% сумарного стоку, що майже в три рази перевищує її середню багаторічну величину.
Четвертий розділ присвячено аналізу використання та охороні водних ресурсів з метою встановлення впливу господарської діяльності на середній стік і стік за маловодні роки. Узагальнення кількісних показників використання водних ресурсів показали, що з розглянутих притоків басейну Дніпра в цілому забирається 8,6% річного стоку, скидається 7,1%, безповоротне водокористування дорівнює 1,5%. Відносно стоку за маловодні роки забори, скиди води і безповоротне водокористування збільшуються в 2,5-3,0 рази (табл.2).
Таблиця 2. Відомості про середні забори води, скиди і безповоротне
водокористування в басейні р.Дніпро по природних зонах
|
При-родна зона |
Забори води в % до стоку |
Середні скиди води в % до стоку |
Безповоротне водокористування в % до стоку |
|
багато-річного періоду |
мало-водного року |
багато-річного періоду |
мало-водного року |
багато-річного періоду |
мало-водного року |
|
|
Мішаних лісів |
6.8 |
18.1 |
5.2 |
13.8 |
-1.6 |
-4.3 |
|
Лісо-степова |
6.6 |
22.7 |
4.4 |
15.2 |
-2.2 |
-7.5 |
|
Степова |
34.1 |
165.8 |
38.0 |
184.8 |
3.9 |
19.0 |
|
Басейн Дніпра |
8.6 |
25.3 |
7.1 |
21.0 |
-1.5 |
-4.3 |
На більшості річок зони мішаних лісів забори води складають 5-10% середнього річного стоку, скиди - 1-5%, безповоротне використання - 1-2%. Найбільші забори води, які дорівнюють 12% річного стоку, характерні для р.Гнилопять, скиди (10-20%) - для р.Тетерів і її притоків - Гуйви, Гнилопяті, Ірші. Безповоротне водокористування на річках Стохід, Случ, Тетерів, Гнилопять становлять 6-20%, на інших не перевищує 1-2% річного стоку.
На більшості лівобережних притоків Дніпра забори води становлять 6-7% середнього стоку. Обєми скидів дорівнюють 2-3%, а відносно стоку в мало-водні роки - 7-8% і лише для річок Перевід і Оріль - 24-42%. Безповоротне використання річкових вод на більшості цих водозборів становить 1-2% річного стоку і 4-5% по відношенню до стоку маловодних років. На річках Перевід, Берестова і Орчик його величина дорівнює 12-21%, а на р.Золотоношка 27 і 70%.
На правобережних притоках Дніпра - Стугні, Росі і Тясмині забори води становлять 5-26% річного стоку і 40-95% стоку в маловодні роки, скиди - відповідно 5-25% і 20-70%. В басейні р.Рось від верхівя до с.Фесюри за рахунок скидів спостерігається збільшення стоку на 11% і на 32% - в маловодні роки. Нижче за течією спостерігається зменшення стоку відповідно на 7 і 21%.
Забори води з гідрографічної мережі басейну Самари змінюються від 6 до 53% по відношенню до середнього стоку. Скиди води становлять 28-36%, а в маловодні роки - в 1,6-2,6 рази перевищують стік. Безповоротне водокористування на річках басейну Самари дорівнює 12-15% річного стоку.
Найбільш зарегульованими річками є Хомора, Гуйва, Гнилопять, Есмань, Ромен, Перевід, Золотоношка, Рось. На водозбори цих річок припадає 1,0-1,96 га/км2 водної поверхні ставків і водосховищ, в яких зарегульовано від 15 до 67% річного стоку. В степовій зоні найбільш зарегульованими річками є Базавлук та Інгулець. В межах водозборів стік цих річок повністю зарегульований.
В межах басейну Дніпра виявлено 47 річкових водозборів, на яких середній стік і стік в маловодні роки зменшився або збільшився за рахунок господарської діяльності більше, ніж на 10-20%. По відношенню до середнього стоку - таких водозборів виділено 16 (табл.3).
Так, середній стік річок Тясміна, Самари, Вовчої зменшився на 10-15%, а Стугни, Золотоношки, Мокрі Яли - на 25-52%. На річках Льва, Гуйва, Ірша, верхній частині Росі середній річний стік за рахунок скидів збільшився на 11-16%, а на річках Велика Тернівка, Солона, Мокра Сура - на 37-48%. Се-редній стік в верхній частині р.Інгулець збільшився на 130%, в нижній - на 29%. В маловодні роки стік на 14 річках басейну Дніпра зменшився на 20-125%. На виділених водозборах басейну Дніпра необхідно проводити першочергові заходи з охорони водних ресурсів.
За останні 8 років забори води зменшились на 45%, скиди - на 46%, безповоротне водокористування - на 44%. Скиди забруднених стічних вод за цей період збільшились на 26%.
При розгляді питань охорони водних ресурсів особливу увагу слід приділяти питанню їх забруднення дифузійним шляхом в межах басейнів і надход-женню в поверхневі і підземні води забруднюючих речовин з атмосферними опадами. До дієвих заходів в цьому напрямку є створення вздовж річок і каналів водоохоронних зон, захисних смуг, зон санітарної охорони, проведення комплексу організаційно-господарських, агротехнічних, меліоративних та економічних заходів. Всі ці заходи є комплексними і повязані з охороною земельних ресурсів та інших природних компонентів.
Таблиця 3. Співвідношення величин заборів і скидів води відносно
середнього стоку для річок басейну Дніпра, %
|
Річка - пункт |
Забори води |
Скиди води |
Різниця між заборами і скидами води |
|
Річки, для яких різниця між заборами і скидами води перевищує 10%
|
|||
|
Льва - м.Осницьк |
-- |
11.4 |
11.4 |
|
Ірша - смт Володарськ-Волинський |
3.5 |
19.2 |
15.7 |
|
Гуйва - с.Городківка |
5.8 |
16.3 |
10.5 |
|
Рось - с.Круподеренці |
13.9 |
24.9 |
11.0 |
|
Тясмін - с.Велика Яблонівка |
25.8 |
15.6 |
-10.2 |
|
Самара - с.Коханівка |
40.3 |
28.1 |
-12.2 |
|
Вовча - смт Василівка |
38.7 |
23.7 |
-15.0 |
|
Річки, для яких різниця між заборами і скидами води перевищує 20% |
|||
|
Стугна - с.Здорівка |
25.0 |
0.0 |
-25.0 |
|
Золотоношка - м.Золотоноша |
27.3 |
0.4 |
-26.9 |
|
Велика Тернівка - с.Богданівка |
-- |
37.5 |
37.5 |
|
Мокрі Яли - х.Грушевський |
53.4 |
1.0 |
-52.4 |
|
Солона - с.Новопавлівка |
16.5 |
54.3 |
37.8 |
|
Мокра Сура - смт Кринички |
15.1 |
63.6 |
48.5 |
|
Інгулець - с.Олександро-Степанівка |
8.5 |
134.4 |
125.9 |
|
Інгулець - с.Іскрівка |
26.4 |
88.8 |
62.4 |
|
Інгулець - м.Кривий Ріг |
44.5 |
73.7 |
29.2 |
Для вивчення впливу дифузійних джерел забруднення, і в першу чергу сільськогосподарського виробництва, необхідно вибрати на типових ланд-шафтах експериментальні замкнуті водозбори з різними природними і антропогенними умовами формування водного балансу. На цих водозборах необхідно досліджувати умови формування кількісних і якісних характеристик атмосферних опадів, рідкого та твердого стоку, поверхневих та підземних вод, сумарного випаровування, вологості грунтів. На інших басейнах, що знахо-дяться, наприклад, у сільськогосподарському виробництві - додатково вивчати вплив господарської діяльності на окремі компоненти природного середовища, включаючи водні ресурси.
Використовуючи методи порівняння, результати комплексних гідрометеорологічних спостережень на експериментальних басейнах, активні польові дослідження, можна встановити закономірності формування кількісних і якісних характеристик елементів водного балансу, їх залежність від рівня господарської діяльності та розробити рекомендації з охорони і використання водних ресурсів, інших компонентів природного середовища. Програма таких дос-ліджень розроблена автором і приведена в дисертації.
ВИСНОВКИ
1. Проведені воднобалансові дослідження дали можливість комплексно і більш глибоко вивчити умови формування водних ресурсів, встановити співвідношення між сумарним, поверхневим, підземним стоком, атмосферними опадами, випаровуванням, дослідити їх мінливість в часі і просторі, зробити узагальнення по окремих водозборах, природних зонах, басейну Дніпра в межах України за сезонні, піврічні і річні інтервали часу багаторічного періоду, маловодних і багатоводних років з урахуванням господарської діяльності.
2. Елементи водного балансу визначені за однаковий 40-річний репрезентативний період спостережень і незалежно один від одного. Водні баланси розраховані надійно, середня нев’язка водного балансу для розглянутих водозборів дорівнює 5% по відношенню до атмосферних опадів. Для 85% досліджених водозборів їх величина не перевищує 10%.
3. За результатами досліджень вперше запропонована модель водного балансу річкових водозборів басейну Дніпра у вигляді побудованих карт розподілу атмосферних опадів, сумарного стоку та випаровування. Ці карти, на відміну від інших, ув'язані між собою і є більш деталізованими. Їх використання дає можливість уточнити окремі елементи водного балансу, зокрема для верхніх частин водозборів Турії, Стирі, Горині, Случі, Росі, Ворскли, Орелі, Самари, Вовчої, а також річок Льви і Уборті. Середні помилки визначення атмосферних опадів за побудованими нами картами складають 2%, сумарного стоку - 7,5%, випаровування - 1%. Встановлено, що під впливом рельєфу річна кількість атмосферних опадіві збільшується на 5-10%, шар стоку - на 30-40% і більше порівняно з зональними величинами.
4. Для розглянутих водозборів проведено співставлення розподілу елементів водного балансу по території за гідрологічні і календарні роки. В се-редньому за багаторічний період атмосферні опади за ці роки відрізняються на 0,5%, стік - на 0,6%, а випаровування практично співпадає.
5. Виявлено, що на фоні загальної широтної зональності, окремі елементи водного балансу змінюються в різних межах. Атмосферні опади в басейні Дніпра зменшуються з півночі і північного заходу на південь до 25%, сумарний стік в 12-25 разів. Багаторічний шар випаровування зменшується в широтному напрямку і з заходу на схід всього на 10%. У звязку з переходом вологи з одних сезонів і періодів в інші, сумарне випаровування за теплий період року в степовій і лісостеповій зонах перевищує опади на 20-40%, в зоні мішаних лісів - на 5-10%.
6. Внаслідок впливу кліматичних факторів, природної і штучної заре-гульованості стоку на річкових водозборах, восени та взимку гідрометеорологічні процеси уповільнюються, весною та влітку, навпаки, стають більш інтенсивними. Весною формується 50% сумарного стоку, 21% опадів і 29% випаровування, влітку, відповідно, 16%, 42%, 53%, взимку - 22%, 20%, 2%, восени - 12%, 17%, 16% річних їх величин.
Неузгодження окремих елементів водного балансу показали, що на водозборах річок Прип'ять-с.Речиця, Вижівка, Голтва, Ромен і Многа необхідно провести додаткові дослідження по уточненню умов формування і розрахунків стоку за багаторічний період і характерні за стоком 1951/52, 1974/75, 1980/81 гідрологічні роки.
7. Виявлено, що у зв’язку з особливостями формування стоку по території, пов’язаними з нерівномірністю розподілу опадів, впливом факторів підстилаючої поверхні, характерні роки за стоком на окремих водозборах спостерігались в різний час.
На окремих водозборах басейну Дніпра спостерігається асинхронність процесів формування елементів водного балансу, особливо стоку. Одні і ті ж роки за стоком на різних водозборах можуть бути як багатоводними, так і маловодними. Встановлено, що асинхронними за стоком були - 1953/54, 1963/64 і 1974/75 гідрологічні роки. Асинхронність також мала місце в характерні за опадами роки - 1970/71 і 1974/75 рр. Виявлено, що сума річних і місячних величин атмосферних опадів на різних ділянках одних і тих же водозборів може відрізнятися відповідно в 2-3 і 10-20 разів.
8. Проведені розрахунки показали, що в середньому у басейні Дніпра за багатоводні роки випадає на 24% більше опадів порівняно з багаторічним пе-ріодом, за маловодні роки - всього 80% від їх величини. Сумарний річний стік за багатоводні роки перевищує середній в 2,3 рази, за маловодні - складає всього 0,30 від його величини.
9. Узагальнення даних впливу господарської діяльності на стік річок показали, що середній стік річок зони мішаних лісів і лісостепової зони за рахунок господарської діяльності зменшився відповідно на 1,6 і 2,2%, а в маловодні роки - на 4,3 і 7,5%. На річках степової зони середній стік, навпаки, за рахунок скидів і перекидання стоку з інших басейнів збільшився майже на 4,0%, в маловодні роки - на 19%. За останні 8 років забори і скиди води, безповоротне водокористування зменшилось на 44-46%, а скиди у поверхневі водні об’єкти забруднених стічних вод, навпаки, збільшились на 26%.
10. В басейні Дніпра виділено 47 річкових водозборів, на яких середній стік і стік в маловодні роки зменшився або збільшився за рахунок господарської діяльності більш, ніж на 10-20%. На цих річках необхідно обмежити водокористування і, в першу чергу, проводити заходи з охорони водних ресурсів.
11. Для вивчення забруднення водних ресурсів дифузійним шляхом внаслідок господарської діяльності необхідно на типових ландшафтах створити експериментальні водозбори з різними природними і антропогенними умовами формування водного балансу. По запропонованій програмі на цих водозборах необхідно вивчати умови формування кількісних і якісних характеристик елементів водного балансу, на інших - додатково вплив господарської діяльності на окремі компоненти природного середовища, включаючи водні ресурси.
12. Висновки, рекомендації, узагальнення дисертації обгрунтовані чи-сельними розрахунками елементів водного балансу, які виконані на сучасному науковому рівні. Отримані результати воднобалансових досліджень за багаторічний період і характерні за стоком роки, оцінка впливу господарської діяльності на річковий стік, рекомендації по вивченню кількісних і якісних характеристик елементів водного балансу на експериментальних водозборах можуть бути використані науковими, проектними і виробничими організаціями при проведенні комплексних географічних досліджень річок басейну Дніпра, оцінці точності гідрометеорологічних спостережень на мережі Держкомгідромету, формуванні економічної і екологічної політики для оптимального планування і розміщення галузей народного господарства, розробці науково-обгрунтованих схем раціонального використання й охорони водних ресурсів, інших елементів водного балансу. Комплексні воднобалансові дослідження можуть бути основою при вивченні причин підтоплення територій, а також можливих змін водного балансу у зв'язку з глобальними змінами клімату.
СПИСОК ПУБЛІКАЦІЙ ЗА ТЕМою ДИСЕРТАЦІЇ :
Падун М.М., Галущенко О.М., Годун О.С., Журавльов В.Б. Оцінка точності вимірів і розрахунків витрат води // Вісник Київського університету. Хіміко-біологічні науки та науки про Землю. - Київ: Київський університет, 1991. - Вип.2. - С. 50-54.
Яблонський В.В., Падун М.М., Галущенко О.М., Пархоменко О.А. Формування і розрахунки антропогенного селю в м.Києві // Вісник Київського університету. Географія. - Київ: Київський університет, 1993. - Вип.40. - С. 107-113.
Галущенко О.М. Розподіл полів кількості атмосферних опадів на річкових водозборах басейну Дніпра // Вісник Київського університету. Географія. - Київ: Київський університет, 1995. - Вип.41. - С. 109-119.
Галущенко А.Н. Балансовая оценка водных ресурсов рек бассейна Днепра, их использование и охрана // Второй съезд гидроекологического общества Украины. Тезисы докладов. - Том 2. - Киев, 1997. - С. 194-195.
Галущенко О.М. Водні баланси і водні ресурси річкових водозборів басейну Дніпра та їх використання (в межах України) // Вісник Київського університету. Географія. - Київ: Київський університет, 1998. - Вип.43. - С. 77-81.
АНОТАЦІЯ
Галущенко О.М. Балансова оцінка водних ресурсів річок басейну Дніпра, їх використання та охорона (в межах України). - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата географічних наук за спеціальністю 11.00.07 - гідрологія суші, водні ресурси, гідрохімія. - Географічний факультет Київського університету імені Тараса Шевченка, Київ, 1999.
Дисертацію присвячено балансовій оцінці водних ресурсів річкових водозборів басейну Дніпра за окремі сезони, холодні і теплі півріччя багаторічного періоду і характерні за стоком гідрологічні роки. Визначено природний стік. Запропонована модель водного балансу у вигляді ув’язаних карт розподілу атмосферних опадів, сумарного стоку та випаровування. Проводиться співставлення заборів, скидів води і безповоротного водокористування з середнім стоком і стоком за маловодні роки. Виділено 47 водозборів, в межах яких середній стік і стік за маловодні роки змінився більше ніж на 10-20%. Пропонується підхід до вивчення впливу дифузійних джерел забруднення на кількісні і якісні характеристики елементів водного балансу.
Ключові слова: річковий стік, опади, випаровування, водний баланс, водокористування, охорона водних ресурсів.
АННОТАЦИЯ
Галущенко А.Н. Балансовая оценка водных ресурсов рек бассейна Днепра, их использование и охрана (в пределах Украины). - Рукопись.
Диссертация на соискание научной степени кандидата географических наук по специальности 11.00.07 - гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия. - Географический факультет Киевского университета имени Тараса Шевченко, Киев, 1999.
Диссертация посвящена балансовой оценке водных ресурсов речных водосборов бассейна Днепра за отдельные сезоны, холодные и теплые полугодия многолетнего периода и характерные по стоку гидрологические годы. Определен естественный сток. Предложена модель водного баланса в виде увязанных карт распределения атмосферных осадков, суммарного стока и испарения. Проводится сопоставление заборов, сбросов воды и безвозвратного водопотребления с средним стоком и стоком за маловодные годы. Выделено 47 водосборов, в пределах которых средний сток и сток за маловодные годы изменился больше чем на 10-20%. Предлагается подход к определению влияния диффузийных источников загрязнения на количественные и качественные характеристики элементов водного баланса.
Ключевые слова: речной сток, осадки, испарение, водный баланс, водопотребление, охрана водных ресурсов.
ANNOTATION
Galushenko A.N. Balance evaluation of water resources of rivers in the Dnipro basin, their use and protection (within Ukraine). - Manuscript.
The thesis for candidate of Geographical science degree by speciality 11.00.07 - Hydrology of the land, water resources, hydrochemistry. - Geographical faculty of Kyiv University by name of Taras Shevchenko, Kyiv, 1999.
The dissertation is devoted to the balance evaluation of water resources river catchments in the Dnipro basin for seasons, cold and warm periods, hydrologic years of long-term period and characteristic years for a drain. A natural drain is determined. The model of water balance in a form of the map on precipitation distribution, drain and evaporation is offered. Water escape and irrevocable water compares to a long-term drain and drain for dry year. 47 catchments in the Dnipro basin are allocated, in limits of which the average drain and the drain for dry year had changed more than on 10-20%. The approach to research influence of diffusion sources pollution on quantitative and qualitative characteristics of water balance elements is offered.
Key words: a river drain, deposits, evaporation, water balance, water consumption, water resources protection.