РІЧКОВА СИСТЕМА ГОРИНІ: СТРУКТУРА, ФУНКЦІОНУВАННЯ, УПРАВЛІННЯ

Краткое содержание

У першому розділі “Наукові засади комплексних еколого-геоморфологічних досліджень річкових систем рівнинних регіонів” проаналізовано історію розвитку та рівень сучасних еколого-геоморфологічних досліджень флювіальних басейнових систем (ФБС), розкрито науково-методичні засади ЕГА басейну р. Горинь.

Історія формування еколого-геоморфологічних досліджень території басейну Горині тісно переплетена з історією розвитку геоморфології як науки, геоморфологічних досліджень Українського Полісся й Волино-Поділля. Упродовж попередніх сторіч такі наукові вишукування щодо досліджуваної території були покликані розв’язувати морфологічні, морфоструктурні і морфокліматичні проблеми, питання генези та історії розвитку рельєфу і річкових систем зокрема. З кінця ХХ ст. і до сьогодні спостерігається посилення ролі екологічної складової геоморфологічних досліджень, що пов’язано зі зростанням антропогенного навантаження на рельєф, у тому числі і ФБС. Головним завданням науковців еколого-геоморфологічного напрямку є пошуки шляхів та засобів оптимізації геоекологічного стану геоморфологічних систем.

Предметною сферою ЕГА флювіальної басейнової системи Горині є її структура, функціонування, стан, динаміка, зовнішні чинники впливу, обґрунтування системи заходів з оптимізації природокористування.

Під структурою річкової системи розуміють сукупність елементів (водотоків), їхнє просторове розміщення та взаємодію. Структура річкової системи Горині аналізувалася за різночасовими топографічними картами великого масштабу (1:100 000 ) з використанням схеми порядкової класифікації рік В.П.Філософова – А.Стралера.

Функціонування річкової системи виражається в кумуляції стоку, перенесенні, перерозподілі й акумуляції енергії та речовини в басейні (Дубіс, 1995). Дослідження функціонування річкової системи Горині здійснювалося на основі просторово-часового аналізу стоку води, стоку наносів, каламутності води, вертикальних і горизонтальних деформацій русла.

Стан флювіальної системи визначається її структурою, існуючими зв’язками між підсистемами, функціонуванням протягом певного часу та чинниками, що викликають порушення спокою чи динамічної рівноваги (Ковальчук, 1992).

Динаміку системи, в тому числі і флювіальної, визначають як ряд послідовних переходів від одного її стану до іншого. Динаміка пов’язана з функціонуванням і має близьке відношення до розвитку (Ковальчук, 1997).

До зовнішніх чинників впливу на стан ФБС Горині відносимо природні умови річкового басейну та господарську діяльність у басейні. До внутрішніх – параметри структури і властивості водного потоку.

Враховуючи загальноприйняті методики та алгоритми подібних досліджень, мету і завдання дисертаційної роботи, наявну інформацію про річкову систему Горині та її басейн, наші дослідження здійснювалися за певними алгоритмічними схемами. Загальна схема ЕГА басейнової системи Горині включала ряд послідовних операцій:1) постановку мети, визначення завдань і основних напрямів дослідження; 2) опрацювання наукової та методичної літератури; збір та аналіз статистичної, картографічної інформації, даних власних польових досліджень; 3) створення інформаційної бази даних про сучасний і ретроспективний стани басейну та річкової системи; загальну характеристику басейну та річкової системи; 4) аналіз природних умов річкового басейну; 5) аналіз господарської діяльності в басейні; 6) аналіз структури річкової системи; 7) аналіз взаємозв’язків структурних змін та чинників середовища; 8) аналіз функціонування річкової системи; 9) аналіз взаємозв’язків зовнішніх чинників та функціонування гідромережі; 10) аналіз взаємозв’язків функціонування і структурних змін; 11) розроблення комплексу заходів щодо оптимізації геоекологічної ситуації у басейні р. Горинь. У рамках загальної схеми еколого-геоморфологічного аналізу ФБС Горині були також застосовані алгоритми аналізу структури і функціонування річкової системи.

Під час аналізу еколого-геоморфологічної ситуації основними оціночними показниками виступали: а) щодо структури річкової системи: l, (км) – загальна довжина водотоків; ∆l, (км) – зміна довжини річкової мережі протягом визначеного відтинку часу; n (од.) – загальна кількість різнорангових водотоків; ∆n (од.) – зміна їх кількості впродовж визначеного інтервалу часу; К_тр – коефіцієнт трансформації структури річкової мережі за час Т₂-Т₁; б) щодо функціонування річкової системи: витрати води (середньорічні, максимальні, мінімальні), норма стоку, модуль стоку води, об’єм стоку води, витрати наносів, модуль стоку наносів, об’єм стоку наносів, каламутність води (середньорічна, щомісячна), середня щорічна і багаторічна інтенсивність вертикальних та горизонтальних деформацій.

Оцінювання еколого-географічної ситуації у ФБС Горині здійснювалося з урахуванням показників стану компонентів природного середовища й антропогенного навантаження на водозбірну територію.

Наші еколого-геоморфологічні дослідження здійснювалися в рамках басейнової концепції з використанням системного, структурного, генетичного, речовинно-енергетичного і, звичайно, еколого-геоморфологічного та басейнового наукових підходів. У дисертаційній роботі використаний великий арсенал методів, прийомів, способів вивчення флювіальних геоморфосистем – від польового збору емпіричних даних, дешифрування аерокосмічних знімків, історико-географічного та картометричного аналізу до картографічного моделювання і теоретичних узагальнень. При цьому широко застосовувалися ГІС-технології.

Отримані результати слугують інформаційною базою для прогнозування геоекологічного стану річкової системи та її басейну. Схеми й алгоритми еколого-геоморфологічних досліджень, застосовані у нашій роботі, можуть бути методологічною основою для вирішення подібних завдань у вивченні інших флювіальних систем рівнинних регіонів.

У другому розділі “Природно-географічні та соціально-економічні умови формування і функціонування річкової системи Горині” охарактеризовано сучасний стан рельєфу та розвиток рельєфоутворюючих процесів, їхній зв’язок з особливостями структури та функціонування річкової системи Горині, проведено аналіз геоморфологічних виділів у межах досліджуваної території; проаналізовано кліматичні умови, виявлено особливості просторового поширення поверхневих та підземних вод, ґрунтового і рослинного покриву, визначено їх роль у формуванні річкового стоку та розвитку гідрогеоморфологічних процесів. Оцінка природних умов басейну базувалася на аналізі фондових матеріалів РГЕ, статистичних даних Рівненського метеорологічного бюро, Волинського ЦГМ. Оскільки функціонування річки значною мірою залежить від антропогенного впливу, нами виділено та охарактеризовано основні види господарської діяльності у басейні Горині. З метою визначення антропогенного навантаження на досліджуваній території та його динаміки за вказані періоди нами складено та проаналізовано одномасштабні різночасові (1925, 1955, 2000 рр.) карти густоти населених пунктів, густоти доріг з твердим покриттям, густоти ґрунтових доріг, густоти залізничних шляхів, карти залісненості і карти динаміки зазначених показників у періоди з 1925 до 1955 рр., з 1955 до 2000 рр., з 1925 до 2000 рр. (усього 30 карт). Вивчення особливостей антропогенного впливу здійснювалося також на основі аналізу різночасових топографічних карт 1:100 000 масштабу, матеріалів ГУС у Рівненській області, РГЕ та даних власних польових досліджень.

За особливостями прояву фізико-географічних і соціально-економічних чинників ми поділили басейн Горині на дві частини: поліську (рівнинну) і волино-подільську (височинну).

Характерні риси поліської частини басейну Горині:

1.     Переважання рівнинного рельєфу (фонові гіпсометричні показники рідко перевищують 200 м); серед екзогенних процесів домінуючими є заболочування, карстоутворення, природне підтоплення та вітрова ерозія;

2.     Найбільше рельєфоутворююче значення мають крейдові і палеогенові відклади (останні поза поліською частиною відсутні), а також четвертинні, які представлені переважно пісками.

3.     Середня багаторічна температура повітря становить 7,2°С; середня багаторічна кількість опадів перевищує 600 мм, дощі характеризуються невисокою інтенсивністю випадання. Потужність снігового покриву зазвичай не більше 20 см; глибина промерзання грунту найчастіше становить 40–80 см.

4.     Основними гідрологічними об’єктами є річки, меліоративні канали, болота, озера, штучні водойми на суходолі. Природна густота річкової мережі становить 0,25-0,39 км/км². У другій половині ХХ ст. спостерігається різке її зростання за рахунок меліоративного будівництва.

5.     Для водного режиму річок властива відносно тривала повінь (за рахунок рівнинної місцевості й невеликих похилів русла); середнє багаторічне значення річної амплітуди рівнів р. Горинь становить 2,6 – 3,0 м, величина міждобових коливань витрат рідко перевищує половину середньомісячних витрат (максимальне значення – 58,1 %); частка підземного стоку – близько 34 %. Визначальну роль у підземному живленні річок мають водоносні комплекси четвертинних відкладів.

6.     У ґрунтовому  покриві домінантними є дерново-підзолисті, дерново-карбонатні, лучні і лучно-болотні; болотні, торфово-болотні, торфові ґрунти і торфовища низинні.

7.     Сучасні показники залісненості поліської частини басейну коливаються в широких межах – від 10 до 100 %, найбільші за площею ареали з найвищими показниками (70–100 %) розміщені в межах Малого та Житомирського Полісся. Переважають соснові і дубово-соснові ліси. Природні біоценози дуже широко представлені лучною та болотною рослинністю.

8.     Домінантні антропогенні чинники: 1) меліорація (найбільш меліорованими (до 50 % водозбору) є басейни річок Мельниця, Вирка, Зульня, Боркова); 2) спрямлення русел (сьогодні понад 81% річищ І-ІV порядків є прямолінійними); 3) лісогосподарські дії (характерні різноспрямовані зміни лісистості: у період із 1925 до 1955 рр. на значних площах спостерігається різке скорочення площі лісових масивів (на 20–40 % і більше), впродовж 1955 – 2000 рр. помітні позитивні аспекти природокористування – лісовідновлення, які, однак, сьогодні не компенсували значне зниження лісистості за 75-річний період); 4) сільськогосподарські дії (у поліських адміністративних районах частка орних земель у структурі сільськогосподарських угідь коливається в межах 50–65%); 5) поселенське навантаження (фоновий показник густоти населених пунктів на кінець ХХ ст. становить 0-10 %, на значних площах (у верхів’ях річок Замчиська, Боркової, Жильжанки, Мельниці, Бережанки) поселення взагалі відсутні); 6) транспортне навантаження (фоновий показник густоти автомобільних доріг з твердим покриттям складає 0-1 км/км², максимальні його значення перевищують 5–5,5 км/км² (м. Шепетівка); фоновий показник густоти ґрунтових доріг становить 0-1 км/км², максимальні значення – 3–4 км/км²; середня густота залізничної мережі – 0–0,5 км/км², у м. Шепетівка цей показник перевищує 2,5 км/км²); 7) забруднення річок стічними водами (викиди недоочищених стічних вод у річки поліської частини досліджуваного басейну станом на 01.01.2000р. становлять 5237,4 тис. м³, що складає 70,7 % від усіх викидів у річкову систему Горині).

Характерні риси  волино-подільської  частини басейну:

1.     Розчленований рельєф (гіпсометричні показники коливаються в межах 300–420 м); домінантними екзогенними процесами є лінійна та площинна ерозія, карст і суфозія.

2.     Найбільше рельєфоутворююче значення мають карбонатні породи крейдової системи, неогенові вапняки, піски, пісковики, гіпси, а також четвертинні відклади, представлені лесами і лесоподібними суглинками.

3.     Середня багаторічна температура повітря становить 6,9°С; середня багаторічна кількість опадів коливається в межах 550–650 мм. За рахунок розвитку конвекції улітку дощі часто набувають зливового характеру. Середня висота снігового покриву становить 20 см; глибина промерзання грунту – 40–80 см.

4.     Основними гідрологічними об’єктами є річки, ставки і водосховища на річках, меліоративні канали. Природна густота річкової мережі становить 0,28–0,67 км/км².

5.     Для водного режиму волино-подільських річок властива  менша тривалість повеней у порівнянні з поліськими за рахунок більших похилів русла; річна амплітуда коливання рівнів води на р. Горинь складає 1,7 м; максимальна величина міждобових коливань витрат на Поділлі перевищує 280 % від середньомісячних витрат, на Волинській височині – 195  %; частка підземного стоку у середньому становить 42 %. Основу підземного живлення забезпечують неогенові і крейдові водоносні горизонти

6.     У ґрунтовому покриві переважають сірі лісові опідзолені, дерново-карбонатні, чорноземи опідзолені, чорноземи неглибокі та чорноземи глибокі, лучно-глейові, лучно-болотні, болотні ґрунти, торфовища низинні.

7.     Фоновий показник сучасної залісненості волино-подільської частини басейну коливається в межах 0–10 %, на окремих ділянках (у басейнах річок Устя, Жердь-Жирак, Полква, на Гощанському плато) лісовий покрив відсутній повністю. Переважають дубово-грабові ліси, зустрічаються груди – грабові ліси, утворені грабом з домішками берези та осики. Серед лучних масивів панівним типом є заплавні луки; болотна рослинність залишилась переважно у долинах малих річок.

8.     Домінантні антропогенні чинники: 1) створення ставків та водосховищ на річках із метою регулювання стоку (245 водойм із регуляторною функцією); 2) спрямлення русел (69 % водотоків І-ІV порядків мають прямолінійні річища); 3) сільськогосподарські дії (у волино-подільських адміністративних районах частка орних земель у структурі сільськогосподарських угідь іноді перевищує 80 %); 4) лісогосподарські дії (упродовж 1925–2000 рр. на переважній площі височин спостерігається зменшення лісистості (в основному на 0–5 %, хоча на окремих ділянках – 20–40 % і вище); 5) поселенське навантаження (фоновий показник густоти населених пунктів на кінець ХХ ст. становить 0–10 %, найбільші показники (20–50 %) відмічаються в долинах річок (у басейні р. Устя він перевищує 70 %); 6) транспортне навантаження (фоновий показник густоти автомобільних доріг з твердим покриттям складає 0–1 км/км², максимальні його значення сягають 4 км/км² і вище (м. Рівне); фоновий показник густоти ґрунтових доріг коливається в межах 0,5–2 км/км², максимальні значення – 3–3,5 км/км²; середня густота залізничної мережі – 0–0,5 км/км²); 7) забруднення річок стічними водами (викиди стічних вод у річки волино-подільської частини досліджуваного басейну станом на 01.01.2000 р. складають 2169,1 тис. м³ (29,3 % від усіх викидів у річкову систему Горині, з них майже половина – 40,5 % – є неочищеними, решта – недоочищеними).

Виявлені просторові відмінності у фізико-географічних умовах басейну зумовлюють територіальну диференціацію структури та функціонування річкової системи Горині.

У третьому розділі “Структурний аналіз річкової системи Горині” на основі аналізу параметрів стану структури річкової системи Горині у різні часові зрізи, оцінки масштабів змін у цій річковій системі та її підсистемах, а також чинників, що зумовлюють ці зміни, нами виявлений прояв активних трансформаційних процесів у досліджуваному об’єкті. Упродовж 1955 – 2000 рр. у річковій системі Горині відбулися:

1) зміни кількості та довжини водотоків різних рангів: для річок поліської частини басейну характерне значне зростання цих показників, для деяких річок Волино-Поділля – зменшення; у цілому для річкової системи Горині властиве збільшення кількості та довжини водотоків різних порядків (коефіцієнт трансформації сумарної кількості річок становить +71,2 %, а коефіцієнт трансформації загальної довжини річкової системи – +34,4 %);

2) зростання чи зниження рангів річкових систем, унаслідок чого змінився перелік найдовших і найрозгалуженіших допливів Горині;

3) ускладнення або спрощення структури основних річкових систем басейну Горині: для більшості із них, особливо поліських, за досліджуваний період спостерігається збільшення величини перевищень реальної кількості водотоків над мінімально необхідним для порядкоутворення (у 1955 р. середнє значення цього показника становило 2,3, у 2000 р. – 4,9); для деяких річкових систем Волино-Поділля спостерігається зворотна тенденція (у 1955 р. середнє значення цього показника в таких річкових системах становило 4,2, у 2000 р. – 2,8);

4) регіональний перерозподіл кількості водотоків та довжини основних річкових систем басейну Горині на користь його поліської частини, де найактивніше відбувалися перетворення гідромережі за рахунок створення штучних річок – каналів (коефіцієнт трансформації кількості річок в області Волинського та Житомирського Полісся (загалом) становить +268,5 %, коефіцієнт трансформації довжини річок – +121,2 %; в області Малого Полісся – відповідно +9,8 % і +0,8 %; у Волинській та Середньо-Подільській височинних областях (загалом) – +22,3 % і +10,1 %);

5) зміни співвідношення кількості різнорангових водотоків та співвідношення довжин водотоків різних порядків. Проте і за кількістю, і за довжиною домінуючими залишились річки І порядку (станом на 2000 р. частка кількості річок І порядку від загального числа водотоків у річковій системі Горині становить 76,2 %, частка сумарної довжини цих річок – 49,75 %); 

6) зменшення середнього значення довжини водотоків І рангу для більшості річкових систем поліського сточища (на 0,1 – 4,7 км); для деяких річок Волино-Поділля – навпаки, збільшення (на 0,1 – 1,3 км); у цілому для річкової системи Горині спостерігається зменшення цього показника (у 1955 р. – 1,3 км, у 2000 р. – 1,2 км);

За результатами аналізу ступеня і характеру прояву структурних змін здійснено районування басейну Горині (рис. 1;2).

У четвертому розділі “Функціонування річкової системи Горині” виявлено особливості функціонування досліджуваної річкової системи в хорологічному та хронологічному аспектах. Аналіз річкового стоку Горині свідчить про відмінності в його кількісних показниках і їх динаміці для різних частин річкового басейну:

1.     Аналіз модулів середнього, мінімального та максимального стоку свідчить, що у переважній більшості випадків ці показники зростають не зі збільшенням площі водозбору (у напрямку на північ), а навпаки, зростають або залишаються стабільними у напрямку до витоків (на південь) одночасно зі зменшенням площі водозбору. Це пояснюється високою часткою підземного живлення у лісостеповій (південній) частині басейну та значно швидшою трансформацією опадів у річковій стік завдяки геолого-геоморфологічній будові цієї території.

2.     Багаторічна динаміка середньорічних, максимальних і мінімальних витрат води р. Горинь в усіх частинах її басейну має циклічний характер, при цьому максимальний стік має виражену тенденцію зменшення його величин впродовж 1958-2003 рр., а мінімальний стік – зростання, середньорічний стік має малопомітну тенденцію до зростання (рис.3).

3.     Залежність багаторічних режимів середньорічного, мінімального та максимального стоку р. Горинь від багаторічного режиму опадів зменшується з півночі на південь басейну. Особливо добре вираженою є неузгодженість зазначених режимів стоку води та опадів на усіх гідропостах з другої половини 80-их рр. ХХ ст., що зумовлено впливом антропогенних чинників.

4.     Генеза максимального стоку у різних частинах басейну Горині має певні особливості. У цілому в досліджуваному басейні найбільші за рік витрати формуються під час весняної повені, однак у напрямку на південь (у лісостеповій частині басейну) спостерігається зростання кількості випадків, коли максимальні за рік витрати формуються під час літніх злив.

5.     Відзначається також різниця у кількісних значеннях максимальних витрат різного походження: Q_макс, які формуються під час весняної повені, значно перевищують норму максимального стоку, тоді як Q_макс, які зумовлені літніми, осінніми чи зимовими паводками рідко досягають середнього багаторічного значення максимальних витрат.

6.     Річний режим річкового стоку найбільш рівномірний у поліській частині р. Горинь, у напрямку до витоків він стає менш рівномірним.

На основі аналізу основних показників стоку наносів та каламутності води ми виявили, що:

·       у басейні р. Горинь величина витрат завислих наносів, об’єми їх стоку зростають із збільшенням водності річки;

·       модуль стоку наносів зменшується у 4,6 раза зі збільшенням площі водозбору у 6,5 раза. Формуванню вищих показників модуля стоку наносів у верхній течії (Поділля) у порівнянні з нижньою (Полісся) сприяють територіальні особливості геолого-геоморфологічної будови русла Горині та її басейну, водного режиму річки, високий ступінь розораності лісостепової частини водозбору, активний прояв схилової ерозії, наявність річок низьких порядків, що перебувають у безпосередньому контакті зі схилами;

·       багаторічні режими стоку наносів на гідропостах Ямпіль і Деражне мають значні відмінності: стік наносів на гідропосту Ямпіль має чітко виражену тенденцію зниження його величин; на гідропосту Деражне намітилась слабо виражена тенденція до зростання його показників. 

·       на обох гідропостах багаторічний режим стоку наносів характеризується нерівномірністю, що дає змогу виділити певні періоди у часовій зміні показників витрат наносів. Чіткіше виражена така періодичність на гідропосту Ямпіль: у період 1963–1989 рр. середнє багаторічне значення витрат наносів становить 1,38 кг/с, у період 1990–1997 рр. – 0,19 кг/с; на гідропосту Деражне у період 1963–1989 рр. – 1,8 кг/с, у період 1990 –1997 рр. – 0,8 кг/с.

·       синхронність багаторічних режимів стоку води і наносів характерніша для гідропосту Деражне; в Ямполі з кінця 80-их рр. залежність витрат наносів від витрат води послаблюється; в окремі часові проміжки на обох гідропостах спостерігається обернена залежність зазначених показників.

·       середня величина каламутності за багаторічний період на гідропосту Ямпіль у 3,9 рази вища, ніж на гідропосту Деражне; у часовій зміні каламутності, як і витрат наносів, спостерігається деякий поділ на періоди з відмінними середніми значеннями показника. У період 1967 – 1989 рр. середнє багаторічне значення каламутності води в Ямполі становить 176,6 г/м³, у період 1990 – 2003 рр. – 26,4 г/м³; для гідропосту Деражне відповідно до вказаних часових періодів показники каламутності становлять 40,1 г/м³ і 23,5 г/м³);

вагомий вплив на часову динаміку показників каламутності та витрат наносів має антропогенне навантаження (будівництво регуляторних гідротехнічних споруд, зростання навантаження, рівнів меліорованості й розораності водозбору, поселенського і транспортного